BECKHOFF数控系统在机器人热喷涂领域中的应用

四川大学是教育部直属全国重点大学，是布局在中国西部、“985工程”和“211工程”重点建设的高水平研究型综合大学。巍巍学府，德渥群芳，这一所历史悠久，人才辈出的高等学府一直在先进制造和和高端科技领域不断开拓创新。德阳市东汽表面工程技术有限公司作为客户方与四川大学电气信息学院进行项目合作，将先进的自动化技术运用于机器人热喷涂领域。为了提高表面工艺性能与喷涂质量，四川大学自主设计的三轴转台作为扩展外轴，采用BECKHOFF数控系统作为其现场解决方案，设计出一套与ABB六轴机械手共同构成的九轴联动热喷涂系统，使得热喷涂工艺更加灵活自由。

热喷涂技术与三轴转台

在现代工业中，由于热喷涂工作环境恶劣，常常伴随高温、高压、有毒气体等环境因素，需要满足复杂的喷涂工艺要求，提高工作效率，机器人与热喷涂技术相结合的产物应运而生，由于被喷涂元件的工艺曲面较为复杂，实现ABB六轴机械手单独完成喷涂工艺较为困难，所以项目开发人员设计提出将三轴转台作为被喷涂元件的夹持设备，通过改变被喷涂元件的姿态，在提高了热喷涂质量的同时，简化了热喷涂工艺。

基于TwinCAT NC I 的转台数控系统

如果将三轴转台看成是一种特殊的机器人类型，项目的开发可以看作BECKHOFF在机器人领域的一次技术运用。若要确保一个系统能够随时随地安全运行，对数控系统的要求会非常的高。该系统必须同时驱动3台伺服驱动器，并同时读取用于所有5根电缆的力传感器和角度编码器，需要一个高性能的实时平台。TwinCAT NC I 的运用有效地解决了控制系统的实时性问题，而CP2216系列面板型PC不仅为整个转台控制系统的控制提供了充足的计算性能，同时EtherCAT技术与伺服驱动器等组件之间进行的高速实时通讯具有极短的过程映像更新时间，NC能够达到2ms级别的任务处理速度，电子凸轮盘可以达到1ms，驱动器的控制周期能够达到250us，可在运动控制器中集中进行轴的控制。

在IEC 61131-3标准下，通过由大量节省时间的功能块构成的 TwinCAT 运动控制功能库，开发人员有了一个非常灵活的工具来生成控制软件，这大大加快了工程设计过程。

对三轴转台的控制主要包括了偏航、俯仰、横滚三种角度的变位方式，该系统利用TwinCAT NC I提供的电子凸轮和三轴插补运动控制方式，通过一台AX51xx和两台AX52xx系列交流伺服驱动器，利用先进的PC和EtherCAT控制技术，实现对5个同步电机的运动控制，从而控制转台的三种姿态的变化。其中俯仰和横滚两种变位方式分别需要两台电机共同实现，AX52xx系列伺服驱动器可以提供双通道的控制链路，并利用电子齿轮作为软件功能有效地解决了双电机共同驱动负载的难题，同步精度完全满足驱动需求，并且使得控制结构更加紧凑。

展望未来

将BECKHOFF产品用于转台这样的机电设备具有深远的意义，一方面，基于PC控制技术的BECKHOFF自动化产品以其优越的性能为精密运动控制提供了优异的技术支持。另一方面，BECKHOFF产品具有不可比拟的开放性，兼容多种现场总线技术，并能够与各通信子系统通信。TwinCAT作为灵活的编程工具，可以轻松整合出机器人热喷涂系统的解决方案。

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