四川大學是教育部直屬全國重點大學，是布局在中國西部、“985工程”和“211工程”重點建設(shè)的高水平研究型綜合大學。巍巍學府，德渥群芳，這一所歷史悠久，人才輩出的高等學府一直在先進制造和和高端科技領(lǐng)域不斷開拓創(chuàng)新。德陽市東汽表面工程技術(shù)有限公司作為客戶方與四川大學電氣信息學院進行項目合作，將先進的自動化技術(shù)運用于機器人熱噴涂領(lǐng)域。為了提高表面工藝性能與噴涂質(zhì)量，四川大學自主設(shè)計的三軸轉(zhuǎn)臺作為擴展外軸，采用BECKHOFF數(shù)控系統(tǒng)作為其現(xiàn)場解決方案，設(shè)計出一套與ABB六軸機械手共同構(gòu)成的九軸聯(lián)動熱噴涂系統(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

　　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，需要滿足復雜的噴涂工藝要求，提高工作效率，機器人與熱噴涂技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物應運而生，由于被噴涂元件的工藝曲面較為復雜，實現(xiàn)ABB六軸機械手單獨完成噴涂工藝較為困難，所以項目開發(fā)人員設(shè)計提出將三軸轉(zhuǎn)臺作為被噴涂元件的夾持設(shè)備，通過改變被噴涂元件的姿態(tài)，在提高了熱噴涂質(zhì)量的同時，簡化了熱噴涂工藝。

　　基于TwinCAT NC I 的轉(zhuǎn)臺數(shù)控系統(tǒng)

　　如果將三軸轉(zhuǎn)臺看成是一種特殊的機器人類型，項目的開發(fā)可以看作BECKHOFF在機器人領(lǐng)域的一次技術(shù)運用。若要確保一個系統(tǒng)能夠隨時隨地安全運行，對數(shù)控系統(tǒng)的要求會非常的高。該系統(tǒng)必須同時驅(qū)動3臺伺服驅(qū)動器，并同時讀取用于所有5根電纜的力傳感器和角度編碼器，需要一個高性能的實時平臺。TwinCAT NC I 的運用有效地解決了控制系統(tǒng)的實時性問題，而CP2216系列面板型PC不僅為整個轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的控制提供了充足的計算性能，同時EtherCAT技術(shù)與伺服驅(qū)動器等組件之間進行的高速實時通訊具有極短的過程映像更新時間，NC能夠達到2ms級別的任務處理速度，電子凸輪盤可以達到1ms，驅(qū)動器的控制周期能夠達到250us，可在運動控制器中集中進行軸的控制。

　　在IEC 61131-3標準下，通過由大量節(jié)省時間的功能塊構(gòu)成的 TwinCAT 運動控制功能庫，開發(fā)人員有了一個非常靈活的工具來生成控制軟件，這大大加快了工程設(shè)計過程。

　　對三軸轉(zhuǎn)臺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運動控制方式，通過一臺AX51xx和兩臺AX52xx系列交流伺服驅(qū)動器，利用先進的PC和EtherCAT控制技術(shù)，實現(xiàn)對5個同步電機的運動控制，從而控制轉(zhuǎn)臺的三種姿態(tài)的變化。其中俯仰和橫滾兩種變位方式分別需要兩臺電機共同實現(xiàn)，AX52xx系列伺服驅(qū)動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共同驅(qū)動負載的難題，同步精度完全滿足驅(qū)動需求，并且使得控制結(jié)構(gòu)更加緊湊。

　　展望未來

　　將BECKHOFF產(chǎn)品用于轉(zhuǎn)臺這樣的機電設(shè)備具有深遠的意義，一方面，基于PC控制技術(shù)的BECKHOFF自動化產(chǎn)品以其優(yōu)越的性能為精密運動控制提供了優(yōu)異的技術(shù)支持。另一方面，BECKHOFF產(chǎn)品具有不可比擬的開放性，兼容多種現(xiàn)場總線技術(shù)，并能夠與各通信子系統(tǒng)通信。TwinCAT作為靈活的編程工具，可以輕松整合出機器人熱噴涂系統(tǒng)的解決方案。

（轉(zhuǎn)載）