高性能軌跡插補系統助力提高機器人的效率和精度
帕瑪(PMA)致力於用尖端的自動化打磨解決方案取代中國鈑金行業傳統的手工打磨工藝，推廣環保、高效的自動化打磨解決方案，並提供更多鈑金打磨定制化的解決方案。這一目標亦適用於 Peitzmeier Maschinenbau 的砂帶磨床，為其砂帶磨床配備了倍福IPC和 EtherCAT 的整套控制和驅動解決方案，尤其是 TwinCAT 3 NC I 軟體。
帕瑪太平洋機械有限公司（PMA Pacific）成立於 2015 年 8 月，位於蘇州工業園區現代工業坊，是德國帕瑪公司砂帶磨床的亞太區生產、服務基地及銷售總部。帕瑪產品範圍涵蓋標準設備及適用于客戶工藝流程的定制方案，如可加工的工件，例如主機殼機櫃、廚具外罩、食藥機械或包裝設備的覆蓋件等等。
尤其在食品及製藥設備行業，更精細的表面拋光效果意味著更少的污垢。這些應用場合的打磨品質要求往往非常高，手工打磨的勞動強度很大，而且打磨過程中會產生大量的粉塵，對打磨工人的身體健康構成危害。因此，只有提高砂帶打磨的自動化水準，才能夠保證鈑金產品打磨後穩定的高品質和打磨工藝的高效性，即便是針對小批量的甚至是最小批量大小為〝1〞的情況。基於此我們開發了新一代拋光打磨設備。倍福基於 PC 的控制系統和 TwinCAT 軟體以及機器人技術，使砂帶磨床可實現自動打磨，減少了人工的參與，提高了打磨效率。
實現高精度和高動態性的硬體架構
帕瑪太平洋機械的傳統機型已經採用了倍福控制器。這次新開發的機器人拋光打磨設備在 TwinCAT 軟體上實現程式設計以及教導和操作。帕瑪太平洋機械總經理朱月陽先生解釋道：“倍福 PC-based 的控制技術非常靈活，即使是複雜的演算法也能方便地進行程式設計，TwinCAT 的軟體功能豐富，可以滿足我們拋光打磨設備產品的通用需求。特別是倍福PC-based 的控制系統和 TwinCAT 軟體，具有出色的即時性，因此也可以實現複雜的運動控制。倍福的產品系列涵蓋了從 EtherCAT I/O 到伺服驅動產品以及完整的控制系統等所有所需的自動化元件。新一代砂帶磨床的控制系統採用了倍福 CX2020 高性能嵌入式控制器和 CP2915 多點觸控面板，以及功能強大的 AX8000 多軸伺服系統和 AM8000 伺服電機。另外，為了提高設備的安全性，整個系統還配備了 TwinSAFE 安全模組。
機器人的 X 和 Y 軸採用龍門軸結構，另外機器人的 ABC 軸各自配備了一個伺服電機，再加上一個打磨頭 Z 軸，構造出 6 個自由度的直線和旋轉運動。以EtherCAT為基礎 的 AX8000 緊湊型驅動系統將功能強大的 FPGA 技術和 ARM 多核處理器完美結合在一起。基於 FPGA 的控制演算法和多通道電流控制技術能夠實現電流環的採樣和回應時間小於 1 μs 以及低至 16 μs 的速度環控制迴圈時間，具體取決於所配置的開關頻率，能夠滿足電機寬泛的調節範圍和高動態的機器人動作要求。
加上其 EtherCAT I/O 端子模組系統，為滿足帕瑪產品強大的模組化設計製造理念提供了必要的速度和靈活性。此外，透過 TwinSAFE，所需的安全功能可以作為控制解決方案的一個不可或缺的組成部分實行：例如，如果按下急停按鈕或皮帶斷裂，在主驅動電機切換到無扭矩運行之前，驅動器可以通過一個斜坡下降功能以最快速度讓其停機。在光感保護設置模式下，如果啟動安全措施，TwinSAFE 會將進給速度降至每分鐘 2 米。
軟體平臺助力實現靈活的磨削工藝
傳統的打磨設備只能實現打磨頭以及 X、Y 方向的自動控制，這只能打磨平面。對於一些曲面以及兩個平面之間的曲面過渡，還需要人工介入。相比之下，基於機器人的拋光打磨設備不僅能自動打磨平面，還能打磨曲面。對於六個自由度的運動，只需用一個手輪來追蹤工件的輪廓，”教導”其起始點，並輸入所需的進給速度即可完成程式的輸入。每個工件目前可以輸入八個面，每個面最多可以教導 32 個過渡點以及 8 個打磨配方。
系統採用倍福 TwinCAT 3 軟體，通過觸控式螢幕上的教導點輕鬆實現機器人的軌跡運動。在設置好磨削工藝配方後，帕瑪的系統會自動裝載鈑金件，利用軌跡插補完成平面、圓弧面和不規則曲面的自動打磨，以及自動上下料。TwinCAT 3 NCI 可以實現 3 軸插補以及 5 個輔助軸的運動，其豐富的 G 代碼指令和平滑過渡類型為機器人精確穿越教導點提供了保障，並提高了開發效率。
PC-based 控制技術的應用優勢
帕瑪太平洋機械認為，PC-based 控制技術的核心優勢在於其模組化特性、控制元件的靈活應用以及組建最佳控制系統的能力。還有一點比較重要的是，加工不同形狀工件時的程式設計速度以及控制系統的靈活性。朱月陽先生總結道：“倍福的 TwinCAT 軟體功能強大，應用靈活。未來還會有圖形 G 代碼的導入、機器人抓取、傳動帶同步等一系列打磨工藝，只有倍福控制器才能完全滿足要求，PC 控制技術通過集成運動控制、機器人演算法、視覺化觸摸介面，為我們實現拋光設備上機器人的應用提供了巨大的便利，這種通用集成的控制架構簡化了工作流程，降低了解決方案的總體成本。”
設備的主要特點
全伺服和柔性雙砂帶磨床 OG-Twin-3107-AF的主要特點：多根軸之間協作配合（最多 10 根伺服軸）；機械手負載能力達 50 kg；有 5 根用於旋轉特殊工件（和機器人一樣靈活）的集成式伺服軸；與全自動刀具協同動作，可輕鬆磨削形狀複雜的工件；基於 TwinCAT 3 和機器人演算法對軸進行插補控制。該設備專為全自動打磨和拋光而設計，不僅可以批量生產如主機殼機櫃、廚具外罩等工件，而且能夠快速更換不同模具，實現多種生產模式。