1 倍福 I/O 端子模塊生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了靈活的最終 檢驗(yàn)

　　“與倍福每年的高增長(zhǎng)率保持同步。”對(duì)于負(fù)責(zé)建造 操作設(shè)備等事項(xiàng)的演示系統(tǒng)部門的負(fù)責(zé)人 Michael Golz 及其約 40 名員工來說，無論是過去還是現(xiàn)在，這都是一 個(gè)挑戰(zhàn)。他們對(duì) I/O 端子模塊的最終檢驗(yàn)系統(tǒng)采取了一 種全新的方案：XPlanar 輸送系統(tǒng)，專門開發(fā)的固件編程 工站，以及使用通用測(cè)試柜的測(cè)試工站?！盁o論端子模塊 的類型和交付順序如何，平均每隔 3 秒就有一個(gè) I/O 端 子模塊完成固件寫入并經(jīng)過測(cè)試后離開系統(tǒng)?！盡ichael Golz 強(qiáng)調(diào)道。系統(tǒng)目前可以編程和測(cè)試 200 多種不同類 型的端子模塊。無論需要處理多少種不同類型的模塊，都 不會(huì)影響每班次 10,000 個(gè)端子模塊的產(chǎn)出率。

　　倍福正著手解決這個(gè)難題，尤其是不同的端子模塊類 型(帶/不帶 FPGA、控制器或帶模擬量通道) ，編程以及后續(xù)的功能測(cè)試所需的時(shí)間都不相同。“安裝固件和調(diào) 整所有模擬量通道可能需要 30 秒。”Stefan Engelke 解釋道，他以及他的團(tuán)隊(duì)一起開發(fā)和編程了測(cè)試柜。

　　解決這個(gè)時(shí)間問題的辦法是并行與分開固件安裝和 功能測(cè)試。這本身并不是一個(gè)突破性的想法;具有開創(chuàng)性 的部分是系統(tǒng)地使用 XPlanar 的自由度完成整個(gè)內(nèi)部物 流并將端子模塊送入到各工站。由于產(chǎn)品能夠進(jìn)行自由的 二維平面運(yùn)動(dòng)，總線端子模塊在測(cè)試工站中花費(fèi)的時(shí)間是 10 秒還是 1 分鐘，都無關(guān)緊要。其余的動(dòng)子簡(jiǎn)單地經(jīng)過 被占用的工站，移動(dòng)到下一個(gè)空閑工站。因此，系統(tǒng)的整 體輸出不受個(gè)別工序延遲的影響。

　　每個(gè) I/O 端子模塊的編程和測(cè)試時(shí)間沒有改變，但吞吐量卻大大增加：

　　大約每 3 秒就有一個(gè)經(jīng)過編程和廣泛測(cè)試的端子模塊離開系統(tǒng)。

　　2 簡(jiǎn)單、靈活、透明的輸送

　　“盡管 如此，這個(gè)過 程仍然非常簡(jiǎn) 單。”Michael Go lz 說道，“操作人員無需進(jìn)行任何設(shè)置;他們所要做 的只是將一疊裝有端子模塊的托盤放在進(jìn)料工站，然后按 下按鈕?！叭缓?，這疊托盤進(jìn)入分揀工站，在那里， 一個(gè) Delta 機(jī)器人從托盤上拾取模塊，并將它們分別放在等待 的 XPlanar 動(dòng)子上。系統(tǒng)有兩條像高速公路一樣的主通 道，分別通往編程和測(cè)試工站。這些工站位于兩條主通道 側(cè)面的出口或臨時(shí)停留區(qū)域上。通道之間有第三條路徑， 所有動(dòng)子都通過它返回至分揀機(jī) 。 這種對(duì)稱設(shè)置的好處 是，即使系統(tǒng)有一邊發(fā)生了故障，另一邊仍能繼續(xù)運(yùn)行。

　　動(dòng)子經(jīng)過讀取工站下方的端子模塊，到達(dá)側(cè)面的編程 工站。讀取工站通過多臺(tái)相機(jī)和倍福機(jī)器視覺系統(tǒng)捕捉每 個(gè)端子模塊唯一的倍福識(shí)別碼(BIC)?！爸?， 系統(tǒng)就 能夠知道端子模塊的類型，并完全自主完成所有工作：編程， 必要時(shí)調(diào)整模擬量通道， 以及功能測(cè)試?！必?fù)責(zé)系統(tǒng) 編程的 Ulrich Brockhaus 補(bǔ)充說道。同時(shí)，BIC 通過動(dòng) 子 ID 與動(dòng)子聯(lián)系起來。這意味著，即使在斷電后，也可 以用動(dòng)子 ID 跟蹤每個(gè)動(dòng)子或端子模塊的位置。

　　當(dāng)動(dòng)子到達(dá)一個(gè)空閑的編程工站時(shí)，它將端子模塊準(zhǔn) 確地定位在其觸點(diǎn)引腳下。然后，根據(jù) BIC 將相應(yīng)的固 件加載到端子模塊上。

　　然后移動(dòng)到通用測(cè)試工站，該工站又會(huì)根據(jù) BIC 調(diào) 用每個(gè)端子模塊專用的設(shè)備測(cè)試序列。如果軟件加載正 確，并且功能測(cè)試報(bào)告沒有問題，動(dòng)子就會(huì)將端子模塊 運(yùn)送到分揀工站的第二個(gè) Delta 機(jī)器人，后者通過中 間軌道將端子模塊放在另 一 個(gè)托盤上。動(dòng)子第二次通過 讀取工站，只是這次的方向是相反的?！岸俗幽K通過 重新捕捉回流軌道上的 BIC 登記端子模塊的離開，并且 固件的安裝和每個(gè)端子模塊的功能測(cè)試都記錄在中央數(shù) 據(jù)庫中，包括模擬量端子模塊的所有調(diào)整值?！盨tefan Engelke 說道。

　　橫立于三條通道上的視覺系統(tǒng)，會(huì)在每個(gè)端子模塊通過時(shí)捕捉其 DataMatrix 碼，然后將其與 XPlanar 動(dòng)子的 ID 聯(lián)系起來。

　　3 充分利用 XPlanar 的所有自由度

　　由 100 塊平面模塊組成的 XPlanar 系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)這樣 靈活、快速的生產(chǎn)流程的基礎(chǔ)?！拔覀冇昧?X Planar 基礎(chǔ)套件(每套包含 3 x 4 塊平面模塊)建造了兩條主通 道，其中有兩條出站通道，中間是回流軌道。”Michael Golz 說道。對(duì)于擴(kuò)展組件(編程工站和測(cè)試工站)，其 余 28 塊平面模塊安裝在基礎(chǔ)系統(tǒng)的側(cè)面。每個(gè)安裝位置都配有一個(gè)帶電源(400 V AC)、安全、Ethernet (LAN)以及 Ether CAT 的標(biāo)準(zhǔn)接口。“這樣的接口 和系統(tǒng)布局讓我們?cè)谖磥磉M(jìn)行擴(kuò)展時(shí)不需要大量的轉(zhuǎn) 換。”負(fù)責(zé)系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)和端子模塊觸點(diǎn)技術(shù)細(xì)節(jié)問題的 Daniel Golz 強(qiáng)調(diào)道。

　　X Planar 實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了 很多外部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如，編程工站使用 XPlanar 的 XY 精密定位器。因此，在到達(dá)準(zhǔn)確的位置后，編程工站可以 立即降低引腳位置，將它們放到端子模塊觸點(diǎn)上，并開始 加載固件。

　　X Planar 的另一個(gè)功能，即可變懸浮高度，簡(jiǎn)化了 測(cè)試工站的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)它到達(dá)測(cè)試工站時(shí)，動(dòng)子首先升 高，以便測(cè)試工站的滑入裝至可以在端子模塊下方移動(dòng)。 然后動(dòng)子再次降低其懸浮高度，端子模塊即可停留在滑入 裝置上，進(jìn)入測(cè)試工站。這樣做的好處是，所有觸點(diǎn)都可 以自由接觸，并且確?？梢员唤佑|到。測(cè)試結(jié)束后，端子 模塊再以相反的順序被放回到動(dòng)子上。

　　旋轉(zhuǎn)動(dòng)子的功能選項(xiàng)在進(jìn)入和離開系統(tǒng)時(shí)起到了重要 作用。它可將動(dòng)子旋轉(zhuǎn) 180°,具體取決于系統(tǒng)使用的是 哪側(cè)?！斑@一功能也大大降低了機(jī)械設(shè)備的復(fù)雜性，并能 夠節(jié)省測(cè)試工站和編程工站兩側(cè)的空間?！盌aniel Golz 指出。

　　總體來說，系統(tǒng)布局得益于 X Planar 的四大功能 特點(diǎn)：

　　? 平面產(chǎn)品移動(dòng)能夠個(gè)性化輸送端子模塊，并實(shí)現(xiàn)了 編程工站和測(cè)試工站的并行處理;

　　? XY 精密定位意味著編程工站不需要外部機(jī)構(gòu)協(xié)助 定位;

　　? 借助 Z 運(yùn)動(dòng)(提升/降低)輸送總線端子模塊，簡(jiǎn) 化了測(cè)試工站的復(fù)雜機(jī)械裝置;

　　? 360°旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的鏡像對(duì)稱設(shè)置。

　　4 更近距離地了解電氣和光學(xué)功能

　　測(cè)試工站并不僅僅只是檢測(cè)端子模塊的電氣特性和功 能?！皩?duì)于帶模擬量信號(hào)的端子模塊，還包括相應(yīng)的測(cè)試 順序和校準(zhǔn)?！盨tefan Engelke 說道。 一個(gè)集成的機(jī)器 視覺系統(tǒng)還會(huì)檢查顯示燈組是否存在且位置是否正確，并 測(cè)量 LED 的顏色和光譜強(qiáng)度。

　　各種具有不同功能和測(cè)量范圍的 Ether CAT 端子模 塊都可以在系統(tǒng)上進(jìn)行全自動(dòng)測(cè)試， 這都要?dú)w功于通用 測(cè)試柜 。 其完整的測(cè)量測(cè)試技術(shù)以倍福技術(shù)為基礎(chǔ)， 以 ELM 系列高精度測(cè)量端子模塊為重點(diǎn)。測(cè)試模組安裝在 移動(dòng)機(jī)柜中， 并通過插頭連接器與系統(tǒng)相連， 因此可以 快速更換， 無需關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng) 。 這需要定期進(jìn)行， 因?yàn)?ELM 端子模塊是測(cè)量設(shè)備，必須在特定的周期內(nèi)重新校 準(zhǔn)和認(rèn)證。

　　基于 PC 的控制技術(shù)在整體協(xié)調(diào)和評(píng)估方面的優(yōu)勢(shì) 也十分明顯。如果測(cè)試工站檢測(cè)到端子模塊上有偏差，就 會(huì)通過 BIC 進(jìn)行記錄， 同時(shí)測(cè)試工站會(huì)將端子模塊送回 到編程工站重新進(jìn)行配置。然而，如果編程工站或測(cè)試工 站上累積了大量錯(cuò)誤信息，即表明出現(xiàn)了故障?！霸谶@種 情況下，測(cè)試工站被報(bào)告給系統(tǒng)為不可用，在對(duì)測(cè)試工站 進(jìn)行檢查并在必要時(shí)更換之前，不再會(huì)有動(dòng)子靠近這個(gè)位 置。”Ulrich Brockhaus 說道。雖然系統(tǒng)會(huì)在短時(shí)間內(nèi) 少一個(gè)工站工作，但不會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且速度 也不會(huì)明顯變慢?！叭魏我粋€(gè)可能有問題的 I/O 端子模 塊都不會(huì)離開我們的系統(tǒng)?！盡ichael Golz 補(bǔ)充說道。

　　該系統(tǒng)是 一 個(gè)能夠很好地說明基于 PC 的控制技 術(shù)可以用來執(zhí)行各種任務(wù)和功能的典型例子 。 除了一臺(tái) C6670 控制柜式工業(yè)服務(wù)器負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào) 100 塊平面 模塊以及其上的 33 個(gè)動(dòng)子之外，還有 10 臺(tái) C6032 超 緊湊型工業(yè) PC 用于控制其它系統(tǒng)組件。Delta 機(jī)器人的自動(dòng)化通過 AX8000 多軸伺服系統(tǒng)和 AM8000 伺服 電機(jī)實(shí)現(xiàn)?！拔覀兪褂?AMI8100 驅(qū)控一體伺服電機(jī)送 入和彈出托盤，因?yàn)樗鼈兘Y(jié)構(gòu)非常緊湊，只需 EtherCAT 和 48 V 電壓即可運(yùn)行。”Ulrich Brockhaus 說道。編 程工站中的 AA1000 線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于接觸端子模塊; 測(cè)試工站中的 AA3000 電動(dòng)缸用于載入端子模塊載具。 整個(gè)系統(tǒng)的安全都由 TwinSAFE 保障。TwinCAT Vision 可以捕捉到 Data Matrix 碼。車間內(nèi)共有四個(gè)測(cè)試柜， 每個(gè)測(cè)試柜中都安裝了約 40 個(gè) ELM 系列的 EtherCAT 測(cè)量端子模塊。此外，測(cè)試柜中還使用了各種 EL 系列的 EtherCAT 端子模塊?！霸谶@個(gè)項(xiàng)目中，基于 PC 的控制 技術(shù)為我們帶來了很多便利，并為我們留下了進(jìn)一步擴(kuò)展 的選項(xiàng)?！盡ichael Golz 說道。

　　倍福公司 I/O 生產(chǎn)主管 Michael Klas meier 補(bǔ)充說 道：“我們的 I/O 端子模塊系列產(chǎn)品種類非常豐富：從 2 通道數(shù)字量輸入端子模塊到緊湊型驅(qū)動(dòng)模塊，其復(fù)雜程度 各不相同，年產(chǎn)量從幾千到幾十萬件不等。”我們所有的 產(chǎn)品都在東威斯特伐利亞地區(qū)的威爾本地生產(chǎn)。我們的目 標(biāo)是在現(xiàn)有員工人數(shù)和可用空間的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)量，如果 沒有自動(dòng)化測(cè)試，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。”

　　如此精密的系統(tǒng)只能由一個(gè)完整的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施才能完成(倍福專 家團(tuán)隊(duì)，左起)：Daniel Golz(機(jī)械設(shè)計(jì))、Mathis Blattner(測(cè)試柜 軟件開發(fā))、Ulrich Brockhaus(系統(tǒng)編程)、Stefan Engelke(測(cè)試設(shè)備開發(fā))和 Michael Golz(演示系統(tǒng)部門主管)。

　　總共 100 塊 XPlanar 平面模塊上懸浮的 33 個(gè)動(dòng)子的位置在由 TwinCAT HMI 軟件創(chuàng)建的可視化界面上實(shí)時(shí)顯示。