當(dāng) Innerspec Technologies 受一家大型航空航天終端用戶的委托，著手開發(fā)一套無損檢測(NDT)系統(tǒng)時，該公司決定選用倍福靈活的基于 PC 的自動化控制解決方案。該機(jī)器人解決方案憑借其先進(jìn)的開放式控制架構(gòu)、出色的運動控制性能以及高效的通信能力，能夠輕松應(yīng)對各種復(fù)雜幾何形狀部件的檢測需求，大幅提升了系統(tǒng)整體吞吐量。

　　為航空航天領(lǐng)域的客戶設(shè)計無損檢測系統(tǒng)無疑是一項極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。即便待檢測的部件不涉及機(jī)密，但隨著企業(yè)對設(shè)計的不斷優(yōu)化，它們也可能快速變化?！皺z測類型的選擇取決于部件的幾何形狀、材料成分以及需要檢測的缺陷類型?！盜nnerspec 系統(tǒng)工程總監(jiān) Cory Grant 表示?！拔覀兓蛟S僅能接收到有限數(shù)量的樣品以供驗收測試之用，但我們必須為各種前所未見的部件設(shè)計設(shè)備。因此，可以說，我們是在圍繞未知參數(shù)進(jìn)行工作，力求讓設(shè)備具備盡可能多的通用性?！?/p>

　　Innerspec 公司自 1989 年成立以來，始終保持著無損檢測系統(tǒng)領(lǐng)域先驅(qū)者的角色。該公司總部位于弗吉尼亞州的福里斯特，其工程師團(tuán)隊專注于為航空航天、交通運輸、能源等多個領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)設(shè)計并打造定制化的無損檢測系統(tǒng)。他們還開發(fā)了電磁超聲(EMAT)等先進(jìn)的檢測技術(shù)，該技術(shù)在應(yīng)用時無需依賴液體超聲耦合劑。為了滿足不同客戶的多樣化需求，該公司提供了多種檢測類型，包括超聲波檢測(UT)、渦流檢測和相控陣超聲檢測(PAUT)。

　　借助 EtherCAT 的熱連接功能，雙機(jī)器人系統(tǒng)能夠迅速更換機(jī)械臂末端工具，實現(xiàn)檢測類型的快速切換，從而大幅提升系統(tǒng)的靈活性。

　　Innerspec 憑借倍福提供的開放且可擴(kuò)展技術(shù)的高度靈活性，成功滿足了各類部件及檢測方法的實際需求?！氨陡５淖詣踊夹g(shù)理念與我們不謀而合?！盋ory Grant 說道，“他們提供開放靈活的工具以及詳盡全面的文檔資料，使用戶能夠根據(jù)具體的應(yīng)用需求定制和優(yōu)化產(chǎn)品?！?/p>

　　對關(guān)鍵部件進(jìn)行全面測試

　　Innerspec 研發(fā)的 Robotic Twin 系統(tǒng)總計集成了 18 個協(xié)同運動的軸，包括兩個安裝在軌道上的機(jī)器人、一個用于渦流檢測的轉(zhuǎn)盤、一個線性旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，以及一個容量達(dá) 5000 加侖(約 19000 升)的超聲檢測水箱，該水箱內(nèi)部還配備了一個轉(zhuǎn)盤，能夠處理重量高達(dá) 3000 磅(1360 千克)的部件。

　　Innerspec Technologies 設(shè)計了一套雙機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)，旨在滿足其航空航天領(lǐng)域重要客戶的復(fù)雜檢測需求。

　　在這個系統(tǒng)中，自動化組件能夠確保測試數(shù)據(jù)在工業(yè)服務(wù)器及兩臺第三方 PC 之間實現(xiàn)無縫共享。其中，一臺 PC 負(fù)責(zé)采集和安全存儲數(shù)據(jù)，而另一臺 PC 則供具備專業(yè)技能的人員進(jìn)行手動分析。

　　Cory Grant 在無損檢測系統(tǒng)建造領(lǐng)域的初次嘗試，是與一家系統(tǒng)集成商攜手合作完成的。在那里，他親眼見證了倍福的 EtherCAT 技術(shù)和基于 PC 的控制技術(shù)如何為測試測量應(yīng)用領(lǐng)域打造一個既強大又靈活的平臺。自 2021 年加入 Innerspec 以來，他便與公司內(nèi)部的工程團(tuán)隊合作，開始轉(zhuǎn)向采用倍福技術(shù)。

　　早在 2015 年，我就開始尋找那些融入了軟件開發(fā)原則、版本控制、結(jié)構(gòu)化文本以及面向?qū)ο缶幊趟枷氲母鼮殪`活的控制系統(tǒng)。在這些方面，與倍福的合作一直為我們帶來了巨大的優(yōu)勢。

　　—— Grant

　　自動化軟件加速開發(fā)進(jìn)程

　　據(jù) Innerspec 專家介紹，倍福的 TwinCAT 軟件是提升無損檢測系統(tǒng)性能和靈活性的關(guān)鍵所在。該軟件不僅簡化了 PLC 和 PTP 運動控制的實現(xiàn)，還為自動化的各個層面提供了端到端的開發(fā)和 Runtime 環(huán)境?！暗靡嬗?TwinCAT 與 Microsoft Visual Studio? 的集成，工程師們能夠使用最適合其應(yīng)用需求的編程語言進(jìn)行開發(fā)?！北陡ｄN售經(jīng)理 Rodney Reid 說道，“這些語言包括面向?qū)ο蟮?IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)語言、自定義和預(yù)定義的功能塊，以及 C#、C++ 和 Python 等計算機(jī)科學(xué)語言。”Cory Grant 充分利用了這一優(yōu)勢，促進(jìn)了控制工程師與軟件工程師之間的協(xié)同合作。他們共同在 TwinCAT HMI 中搭建了設(shè)備的操作界面，該界面支持 HTML5 和 JavaScript 等網(wǎng)頁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，能夠打造出具有現(xiàn)代感的用戶體驗(UX)。

　　TwinCAT XML Server 也為 Innerspec 的系統(tǒng)增添了優(yōu)勢。此功能包含一個 PLC 庫，使得用戶可以方便地讀寫訪問作為變量存儲在 PLC 中的 XML 數(shù)據(jù)?！巴ㄟ^這種方式，我能夠?qū)⑺信渲迷O(shè)置添加到 XML 文件中。因此，無論客戶是在進(jìn)行新部件的設(shè)置還是維護(hù)工作，TwinCAT XML Server 都能顯著提升系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、透明度以及可控性?！盋ory Grant 解釋道。

　　位于弗吉尼亞州福里斯特的機(jī)器人無損檢測中心項目團(tuán)隊(從左至右)：制造經(jīng)理 Jim Fenton、項目工程師 Joseph Ziedas 和系統(tǒng)工程總監(jiān) Cory Grant(均來自 Innerspec 公司)，以及來自倍福的銷售工程師 Rodney Reid 和應(yīng)用工程師 Jack Plyler。

　　航空航天測試中心的核心控制系統(tǒng)

　　倍福 CX5130 嵌入式控制器用作整個系統(tǒng)的設(shè)備控制器。CX5130 通過直接連接的 EtherCAT 端子模塊從機(jī)械臂末端工具的各類傳感器中采集數(shù)據(jù)，并使用 TwinCAT IoT 中的 OPC UA 和 MQTT 功能將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)的服務(wù)器和分析 PC 中。這款多核設(shè)備控制器憑借其極快的周期時間，能夠支持由 AM8000 伺服電機(jī)和 AX5206 伺服驅(qū)動器驅(qū)動的四個伺服軸以及 16 個第三方電機(jī)和兩個機(jī)器人控制器實現(xiàn)高精度的運動控制。

　　最終構(gòu)建了一個能夠在水下檢測直徑達(dá) 100 英寸(250 厘米)、重量達(dá) 2500 磅(超過一噸)的部件的高性能系統(tǒng)。“在轉(zhuǎn)盤升降過程中，TwinCAT 的軟件齒輪庫能夠完美地實現(xiàn)電機(jī)的同步控制。”Cory Grant 說道，“當(dāng)轉(zhuǎn)盤接近水箱底部時，伺服系統(tǒng)會自動從位置控制模式切換至扭矩控制模式。我們通過調(diào)整電機(jī)至預(yù)設(shè)扭矩，將框架推送至水箱底部，使其與楔形硬質(zhì)擋塊緊密接觸，進(jìn)而將其固定到位。這樣，巨大的部件即便以每分鐘 30 轉(zhuǎn)的速度高速旋轉(zhuǎn)，依然能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)?！?/p>

　　倍福的 CX5130 嵌入式控制器用作機(jī)器人測試中心的核心設(shè)備控制器。

　　兩個雙通道 AX5206 伺服驅(qū)動器負(fù)責(zé)為全部四臺倍福電機(jī)提供動力。它們還通過 TwinSAFE。直接在驅(qū)動器組件中集成了安全功能。通過采用 Safety over EtherCAT(FSoE)通信協(xié)議，系統(tǒng)能夠支持一系列安全相關(guān)的驅(qū)動功能，包括 STO、SS1 和 SS2。

　　EtherCAT 的實時通信功能使得各個運動軸之間能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的同步控制。此外，通過單電纜技術(shù) (OCT)將供電和通信功能集于一體，有助于減少這個約 120 英尺(或約 36 米)長的系統(tǒng)所需的布線時間和成本。

　　由于系統(tǒng)原生支持 EtherCAT，因此完全消除了與機(jī)器人之間的通信障礙，從而使我們能夠更輕松地即時更換機(jī)械臂末端工具。在這里，EtherCAT 的熱連接功能助力我們靈活適應(yīng)各類檢測需求。

　　—— Innerspec 公司項目工程師

　　Joseph Ziedas

　　無縫集成帶來性能顯著提升

　　Innerspec 成功滿足了其航空航天領(lǐng)域重要客戶所有極為嚴(yán)格的技術(shù)要求。雙機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)具備極高的靈活性，能夠輕松應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的各種新部件或新工藝挑戰(zhàn)。轉(zhuǎn)向采用倍福技術(shù)確保了系統(tǒng)性能的顯著提升。例如，Cory Grant 能夠編寫自定義的 C++ 代碼，并利用 TwinCAT 功能進(jìn)行部署，而無需依賴機(jī)器人控制器的基礎(chǔ)功能來觸發(fā)工具：“借助庫卡的 Fast Send Driver，每次更新的時間可以縮短至 1 毫秒，但使用我們在 TwinCAT 的 C++ 模塊中實現(xiàn)的軟件算法，僅需約 100 微秒即可完成更新。因此，我們基本上能夠以比以往快 10 倍的速度觸發(fā)儀器，從而極大提升了檢測速度和準(zhǔn)確性?！?/p>

　　倍福基于 PC 的控制技術(shù)還通過 TwinCAT HMI(內(nèi)置 EtherCAT 診斷視圖)和 TwinCAT XML Server 進(jìn)一步增強了操作人員的交互體驗，Cory Grant 解釋道：“我在構(gòu)建系統(tǒng)時設(shè)定了兩個主要目標(biāo)：一是讓設(shè)備操作人員滿意，二是讓維護(hù)人員滿意。對于雙機(jī)器人系統(tǒng)，我們深知操作人員偏愛機(jī)器的外觀設(shè)計、操作手感、用戶界面，以及其卓越的穩(wěn)定性和靈活性?！?/p>