特性机器人
连接控制:BOS Innovations将激光切割与机器人技术联系起来

两个世界中最好的 - 这就是博斯创新努力提供广泛的制造客户基础。

作为一个机器制造商OEM和系统集成商，多尔切斯特，安大略省。公司结合其提供交钥匙机器的实力，并有能力改造和连接到现有的工厂生产线和系统，主要在汽车和重工业。

“我们在自动化组件中开发了核心竞争力，先进的机器人，包括焊接，激光加工，协调的动作技术，协作机器人和质量检验，”Ben Huigenbos是BOS的总裁。

在最近为一级汽车制造商的公司L-MS（激光运动系统）实施最近的实施方案中，这些互补功能是明确的。L-MS是一款先进的光纤激光切割机，配备直接驱动线性运动系统，用于精密数控控制。

这种高性能的机器通过杠杆解决轴的协调动作产生具有紧密公差的复杂部件。据史蒂夫瓦莱昂，技术经理，激光器和BOS的运动系统表示，虽然L-MS支持安装下载安装，但该项目还需要外围系统以满足所有客户需求。

房龙说:“为了让这个L-MS真正成为一个交钥匙系统，我们需要增加一个机器人来装卸零件，并将它们移到工位去毛刺、视觉检查和用即时标记器做标记。”“大多数其他激光设备供应商不会这么做。它们更倾向于手动加载生产，只提供激光设备和基本的自动化界面。”

无论是在手动加载系统中，还是在一级汽车客户的完全自动化设置中，BOS都能提供交钥匙切割夹具，提供所有必要的参考，以制造高质量的零部件。

灵活、模块化控制

为了确保L-MS可以支持许多客户最畅销的方法，BOS工程团队在初始设计中具有灵活性和模块化的最优先事项。除标准1千瓦光纤激光器外，切割头还可容纳两个0.5-6千瓦的激光源甚至焊接或远程焊接。

提供这种高度的灵活性，需要强大而可适应的控制和网络技术，这些技术将允许L-MS与工厂中的其他系统集成。

该机器具有供烟装置，自动废料输送，自动门和用于操作员的安全扫描仪的选项。部件可以坐在平板上或使用带有额外伺服轴的耳轴系统，以旋转工件360度。通过添加转盘，加载时间可以与激光过程并联发生。

灵活性甚至延伸到占地面积：L-MS电池，大约两米的立方体，设计为1,300毫米的部件，可以在各方面扩展，以适应许多尺寸的工件。

提供这种高度的灵活性，需要强大而可适应的控制和网络技术，这些技术将允许L-MS与工厂中的其他系统集成。用于切割轴的高度同步电动机和驱动技术对于确保部件质量至关重要。因此，开放性能够对机器人控制器，DE-BURR组件和视觉系统进行实时通信。

为了解决这个问题，Van Loon与机械设计师Riley Tomiuck和Scott McCall在设计上工作。该团队确定系统所需的性能更高，而不是传统的现场总线和硬件PLC可以提供，因此他们转向了Beckhoff Automation的解决方案。

BOS首先在十年前实施了Beckhoff Technologies，在一个大约50个运动轴的大型纸板转换系统，以及随后的其他项目。然后，在2018年，BOS使用Beckhoff建立了L-MS的第一次迭代，旨在削减SUV运行板，并决定调整机器是其投资组合中的标准产品。

对于这个项目，该团队与当地的Beckhoff团队密切合作 - 自动化销售工程师Dean Herron和Application Engineer Rui Zhang - 自动化系统设计，计划和委托。

与Ethercat的运动技术

BOS使用各种旋转伺服电机和具有EtherCAT通信的直接驱动解决方案来实现L-MS上的精密运动控制。水平轴使用Beckhoff Al2800系列线性电机，可提供高达6米/秒的速度，最高峰值高达4,500 n。

“X和Y轴在加速，速度和精度方面具有高度动态的要求，即呼吁线性电机，”Van Loon说。客户机的机器具有Z轴和耳轴系统，既使用伺服电机。

带有One Cable Technology (OCT)的AX5000伺服驱动器提供了运动控制和减少电机布线，他们允许轻松集成一个较小的第三方电机来控制切割头的theta轴。

该机器处理可变壁厚的八角钢管部件，在每件件的一端切割21.5度角，并在​​保持紧张的情况下用六个或12个孔处理两个变体。

EtherCAT为L-MS系统提供了实时通信，并且各种Beckhoff I / O组件提供了必要的功能。

作为一个本质上开放的工业以太网系统，EtherCAT支持30多种协议的通信，使其易于与生产线上的其他组件连接。

Herron解释说:“EtherCAT在每个设备中使用分布式时钟，提供小于1µs的紧密同步和抖动，这是L-MS这样的协调运动系统的最佳选择。”EtherCAT的理论上限是在单个网络上超过65,000个设备，可以自由选择拓扑结构，而且不需要交换机，因此无论是在5个轴还是50个轴的系统中，EtherCAT实际上都没有限制。”

作为一个本质上开放的工业以太网系统，EtherCAT支持30多种协议的通信，通过一个简单的以太网/IP总线耦合器可以很容易地连接到生产线上的其他组件。

除了来自Beckhoff的EtherCAT耦合器和I / O端子外，BOS还实现了TwinSafe功能安全模块。TwinSafe技术依赖于EtherCAT（FSOE）的安全性，是使用“黑通道”方法在标准网络上传输安全数据的TÜV认证通信技术。

这使得工程师可以在标准的I/O段中放置安全终端，据张说:“BOS使用了EL6900 TwinSAFE逻辑终端作为这台机器上的安全PLC。

这种方法允许它们削减硬连线安全开关所需的时间和复杂性。所有I / OS保持在同一机架上或使用IP67盒模块安装到机器上，并在标准的TwinCAT工程环境中简单地创建安全逻辑。“

控制软件和硬件

With TwinCAT 3 automation software, BOS equipped the client’s engineers to select the programming languages they are most familiar with or that best suit the project, including the object-oriented extensions of IEC 61131-3, computer science standards in Microsoft Visual Studio and predefined or custom function blocks.

控制L-MS依赖于单个Beckhoff CX2040嵌入式PC。DIN导轨安装的CX2040具有四核Intel核心I7处理器，80 GB CFast Flash卡和4 GB DDR3 RAM。15.6英寸CP2916控制面板为来自激光切割机的相机提供多点触控操作员界面和高分辨率显示。

提供两全其美的服务

完整的L-MS系统在2020年代后期的最终用户的设施中。通过快速控制和自动加载，机器可以实现40秒或更短的部分到部分周期时间。

“L-MS轻松运行，每秒两秒钟，加速1.25米，瓦伦说，将孔削减了客户所看到的最高精度，”Van Loon说。“这是由于控制速度和我们用Twincat范围完成的微调。

使用数字示波器，我们可以在屏幕上看到所有参数，并从每个轴收集数据，包括跟踪误差、加速度、减速等，以优化系统。”

EtherCAT在带宽和速度方面提供了良好，以及占地面积和成本降低。“协调动作需要在伺服驱动器和运动计划者之间传递大量数据。Ethercat真的是唯一一个能够处理的现场总线，“Van Loon解释说。

完成的L-MS满足汽车客户的所有要求，BOS为其他客户构建额外的单位。借助于定制机器并在其前面构建系统，BOS工程团队计划继续与其激光切割机和其他系统进行创新，为客户提供激光焦点的解决方案。

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James Figy是Beckhoff Automation的高级内容专家。

这篇文章刊登在2021年6月号的制造自动化。