四川大學(xué)是教育部直屬全國(guó)重點(diǎn)大學(xué)，是布局在中國(guó)西部、“985工程”和“211工程”重點(diǎn)建設(shè)的高水平研究型綜合大學(xué)。巍巍學(xué)府，德渥群芳，這一所歷史悠久，人才輩出的高等學(xué)府一直在先進(jìn)制造和和高端科技領(lǐng)域不斷開(kāi)拓創(chuàng)新。德陽(yáng)市東汽表面工程技術(shù)有限公司作為客戶方與四川大學(xué)電氣信息學(xué)院進(jìn)行項(xiàng)目合作，將先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用于機(jī)器人熱噴涂領(lǐng)域。為了提高表面工藝性能與噴涂質(zhì)量，四川大學(xué)自主設(shè)計(jì)的三軸轉(zhuǎn)臺(tái)作為擴(kuò)展外軸，采用BECKHOFF數(shù)控系統(tǒng)作為其現(xiàn)場(chǎng)解決方案，設(shè)計(jì)出一套與ABB六軸機(jī)械手共同構(gòu)成的九軸聯(lián)動(dòng)熱噴涂系統(tǒng)，使得熱噴涂工藝更加靈活自由。
熱噴涂技術(shù)與三軸轉(zhuǎn)臺(tái)
在現(xiàn)代工業(yè)中，由于熱噴涂工作環(huán)境惡劣，常常伴隨高溫、高壓、有毒氣體等環(huán)境因素，需要滿足復(fù)雜的噴涂工藝要求，提高工作效率，機(jī)器人與熱噴涂技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物應(yīng)運(yùn)而生，由于被噴涂元件的工藝曲面較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)ABB六軸機(jī)械手單獨(dú)完成噴涂工藝較為困難，所以項(xiàng)目開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)提出將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)作為被噴涂元件的夾持設(shè)備，通過(guò)改變被噴涂元件的姿態(tài)，在提高了熱噴涂質(zhì)量的同時(shí)，簡(jiǎn)化了熱噴涂工藝。
基于TwinCAT NC I 的轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)控系統(tǒng)
如果將三軸轉(zhuǎn)臺(tái)看成是一種特殊的機(jī)器人類型，項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)可以看作BECKHOFF在機(jī)器人領(lǐng)域的一次技術(shù)運(yùn)用。若要確保一個(gè)系統(tǒng)能夠隨時(shí)隨地安全運(yùn)行，對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求會(huì)非常的高。該系統(tǒng)必須同時(shí)驅(qū)動(dòng)3臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器，并同時(shí)讀取用于所有5根電纜的力傳感器和角度編碼器，需要一個(gè)高性能的實(shí)時(shí)平臺(tái)。TwinCAT NC I 的運(yùn)用有效地解決了控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題，而CP2216系列面板型PC不僅為整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)的控制提供了充足的計(jì)算性能，同時(shí)EtherCAT技術(shù)與伺服驅(qū)動(dòng)器等組件之間進(jìn)行的高速實(shí)時(shí)通訊具有極短的過(guò)程映像更新時(shí)間，NC能夠達(dá)到2ms級(jí)別的任務(wù)處理速度，電子凸輪盤可以達(dá)到1ms，驅(qū)動(dòng)器的控制周期能夠達(dá)到250us，可在運(yùn)動(dòng)控制器中集中進(jìn)行軸的控制。
在IEC 61131-3標(biāo)準(zhǔn)下，通過(guò)由大量節(jié)省時(shí)間的功能塊構(gòu)成的 TwinCAT 運(yùn)動(dòng)控制功能庫(kù)，開(kāi)發(fā)人員有了一個(gè)非常靈活的工具來(lái)生成控制軟件，這大大加快了工程設(shè)計(jì)過(guò)程。
對(duì)三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的控制主要包括了偏航、俯仰、橫滾三種角度的變位方式，該系統(tǒng)利用TwinCAT NC I提供的電子凸輪和三軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制方式，通過(guò)一臺(tái)AX51xx和兩臺(tái)AX52xx系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器，利用先進(jìn)的PC和EtherCAT控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)5個(gè)同步電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，從而控制轉(zhuǎn)臺(tái)的三種姿態(tài)的變化。其中俯仰和橫滾兩種變位方式分別需要兩臺(tái)電機(jī)共同實(shí)現(xiàn)，AX52xx系列伺服驅(qū)動(dòng)器可以提供雙通道的控制鏈路，并利用電子齒輪作為軟件功能有效地解決了雙電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)負(fù)載的難題，同步精度完全滿足驅(qū)動(dòng)需求，并且使得控制結(jié)構(gòu)更加緊湊。
展望未來(lái)
將BECKHOFF產(chǎn)品用于轉(zhuǎn)臺(tái)這樣的機(jī)電設(shè)備具有深遠(yuǎn)的意義，一方面，基于PC控制技術(shù)的BECKHOFF自動(dòng)化產(chǎn)品以其優(yōu)越的性能為精密運(yùn)動(dòng)控制提供了優(yōu)異的技術(shù)支持。另一方面，BECKHOFF產(chǎn)品具有不可比擬的開(kāi)放性，兼容多種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，并能夠與各通信子系統(tǒng)通信。TwinCAT作為靈活的編程工具，可以輕松整合出機(jī)器人熱噴涂系統(tǒng)的解決方案。
（轉(zhuǎn)載）
