PC-based 控制技術實現傳統螺旋葉片的自動化成型過程
過去農業、食品加工或採礦等產業使用的傳統螺旋葉片的成型加工主要依靠液壓機實現。來自澳洲雪梨的 RoboHelix 公司最近使用一種全新開發的機器人化葉片成型機取代傳統耗時費力的成型過程。RoboHelix 公司全面採用倍福技術提升性能和精度，同時簡化控制系統，並提高其靈活性。
成立於 2015 年的 RoboHelix 公司推出了全球首款全自動機器人化葉片成型機，為螺旋葉片成型行業帶來革新。傳統的液壓葉片成型機使用的是與葉片物理參數相對應的模具。因此，傳統技術需要用到許多昂貴且笨重的模具，而且視模具的大小不同，模具製作和設置時間往往需要半小時到一小時。RoboHelix 公司創始人兼 CEO Hayel Smair 評論道：「這種製造技術自工業革命以來就一直存在。」公司的目標是將批量加工時間從幾小時縮短到幾分鐘。公司擁有豐富的機器人技術背景，Smair 解釋道：「我發現從扁平坯件變成螺旋葉片時，涉及許多精確的運動，於是我採用機器人化的系統來模擬這些運動。」
經過評估，RoboHelix選用倍福的驅動產品來實現新生產系統中的伺服軸。負責 RoboHelix 機器的電氣設計、整合和程式設計的工程師 Budhaditya Majumdar 博士說道：「市場上很少有企業能夠提供集高精度、強大性能以及低成本等優點於一體的伺服馬達。自從我們與倍福展開合作後，倍福現在不僅提供運動控制產品和安全相關產品，而且還能提供 HMI 產品！」
PC-based控制技術可以輕鬆適應不同的機器型號
RoboHelix 機器系列有多種型號，PLC 程式的輕鬆移植是實現批量生產的關鍵。Budhaditya Majumdar 博士解釋道：「我們不希望在齒輪比或螺杆的機電設計發生改變時，都要修改程式。TwinCAT 和PC-based控制結構讓我們無需更改 PLC 代碼，即可調整驅動器、馬達和機電參數。」
RoboHelix 機器使用的 CX5140 是一款搭載四核處理器的嵌入式控制器。程式運行基於根據螺旋線材料特性計算得出的表格。「我們以前使用的硬體計算表格需要花費 30 秒。CX5140 中有一個核心專門用於 PLC 程式，它在幾分之一秒內就能完成任務。另一個核心專門用於運動控制，其他部分由作業系統、TwinCAT Runtime 和 TwinCAT HMI Server 共用。」Majumdar 博士解釋說道。
高動態驅動技術助力實現高速生產
RoboHelix 的第二代 RX250 機器需要 25,000 公斤的線性力。Hayel Smair 解釋道：「我們想要基於伺服產品設計一個高精度、性能強大、快速且高效的解決方案。傳統的液壓系統方案比較散亂，無法精確控制。」複雜精密的機器中整合了 8 根NC軸，倍福的單電纜技術不僅減少驅動器和馬達的佈線工作，還縮短電氣裝配時間。Majumdar 博士補充道：「我們以前的機器中使用的是一台脈衝型運動控制器。每個馬達驅動器都有 4 個差分對用於運動控制，4 個差分用於將編碼器回饋發送給 PLC，為 8 個馬達設置線路需要花費很長時間。但有了單電纜技術後，只需簡單點擊，就可使用 AX5000 驅動器和 AM8000 伺服馬達。」AS2023 步進馬達與 EL7041 步進馬達端子模組一起用於低扭矩馬達。
RoboHelix 設備需要高精度的同步運動控制。用戶生成的數據從一個基於雲的 HelixNinja 軟體下載到設備中。然後進一步處理這些數據，生成3D座標，模擬從坯件製作到葉片的全部過程。馬達根據這些座標同步運行，以製作葉片。Budhaditya Majumdar 說：「在我們以前的機器上，同步運動是以犧牲性能和靈活性為代價的。有了 TwinCAT NC Camming（TF5050）中的電子凸輪盤功能，就可以隨時隨地實現相對同步運動。一旦校準好馬達和驅動器，尺寸和公差就不再是問題。」
便捷的機器操作和整合式機器安全
用戶可能需要在設備的不同側面操作機器。Hayel Smair 說：「機器的設計允許操作人員從機器的左側或右側插入坯件並取出葉片。對於操作員來說，根據所需的葉片旋轉方向，無論是順時針還是逆時針旋轉，在機器的兩側切換操作更加方便。」Budhaditya Majumdar 博士介紹：「將 CP3916 多點觸控控制台安裝在旋轉臂上的好處是，操作人員能夠近距離地操控觸控式螢幕。」雙側操縱也適用於帶有急停按鈕、直接安裝在螢幕底部的按鈕擴展件，因此操作員可以在任何時候都能夠安全操控。
RoboHelix 機器的操作以倍福的 TwinCAT HMI 軟體為基礎。CX5140 嵌入式控制器還安裝TwinCAT HMI Server，CP3916 與它相連接，瀏覽器在 Kiosk 模式下運行。Majumdar 博士解釋道：「以前我們使用的 HMI 自身是一個需要編程的計算設備。如今，使用純無源面板可以減少很多工作量。此外，需要時也可以透過手機或聯網 PC 的瀏覽器查看操作介面。」
機器自動化中的安全問題是最受關注的問題。使用 TwinSAFE 整合式安全解決方案顯著減少安全相關的佈線需求。Majumdar 博士贊同道：「感測器或急停按鈕中的安全觸發模式一旦啟動，就可以讓馬達驅動器停止運行，安全系統的佈線無需任何硬接線！在某些操縱狀況下，操作人員可能不得不在某個運行時段打開門，而馬達仍處於帶有扭力的啟動狀態。在這裡，TwinSAFE 選項卡 AX5805 可以利用內置的 SOS（安全運行停止）功能幫助我們滿足安全需求。若要在以前的機器上實現這一點是非常困難的，而且還需要花大筆資金購買速度監視器。最重要的是，針對 PLC、驅動器、HMI 或安全系統的所有程式設計工作都可以藉由同一個 TwinCAT 平台完成。」