BOS Innovations 公司為一家全球領(lǐng)先的汽車(chē)制造商實(shí)施了 L-MS 光纖激光切割系統交鑰匙解決方案。他們采用的倍福驅動(dòng)技術(shù)可以精確協(xié)調五軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行切割，并確保高功率激光切割設備能夠加工具有嚴格公差要求的零件。此外，通過(guò)基于 PC 的控制技術(shù)能夠靈活應對不同的客戶(hù)需求。

總部位于安大略省多切斯特的 BOS Innovations 公司既是一家原始設備制造商，也是一家系統集成商，他們不僅能夠提供成套設備，而且能夠開(kāi)發(fā)老舊設備升級改造解決方案，并集成到現有的工廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)中?！?5 年來(lái)，我們與北美主要廠(chǎng)商合作，為汽車(chē)制造等重工業(yè)應用領(lǐng)域研發(fā)創(chuàng )新的利潤驅動(dòng)解決方案?！盉OS 公司總裁 Ben Huigenbos 說(shuō)道，“我們已在全自動(dòng)裝配線(xiàn)、先進(jìn)的焊接和激光加工機器人、多機器人協(xié)調運動(dòng)控制、協(xié)作機器人和質(zhì)量檢測方面都具備核心競爭力?！?span style="text-indent: 2em;"> 

BOS 公司為一家汽車(chē)一級供應商實(shí)施的 Laser-Motion System（L-MS）就很好地印證了這一點(diǎn)。L-MS 是一款先進(jìn)的光纖激光切割機，配備了用于精密數控加工的直驅直線(xiàn)運動(dòng)系統。這款高功率激光切割機通過(guò)五軸聯(lián)動(dòng)加工具有嚴格公差要求的復雜零件?！癓-MS 還需要增加一個(gè)可以裝卸工件并將工件移動(dòng)到去毛刺、視覺(jué)檢測和打標工位的機器人，才能成為真正的交鑰匙系統?！盉OS 公司激光與運動(dòng)系統技術(shù)經(jīng)理 Steve Van Loon 說(shuō)道。

BOS 為一家一級汽車(chē)供應商布署了 L-MS 激光切割機，同時(shí)集成了自動(dòng)裝料、檢測和去毛刺功能 

激光切割聚焦靈活的模塊化控制

為了確保 L-MS 能夠為客戶(hù)提供兩全其美的解決方案，BOS 公司在設計之初就把靈活性和模塊化放在首位。除了標準的 1 kW 光纖激光器之外，切割頭還可以容納兩個(gè) 0.5-6 kW 的激光源，甚至可以支持焊接（也包括遠程焊接）。系統可以選擇配備排煙裝置、自動(dòng)排渣裝置、自動(dòng)門(mén)，以及可供操作人員或機器人裝料的安全掃描儀。光纖激光切割機在進(jìn)行切割時(shí)，首先將工件豎放在平坦的床身上，或者使用帶附加伺服軸的耳軸系統，將工件旋轉 360 度。通過(guò)增加這樣一個(gè)轉盤(pán)，裝料過(guò)程可以與激光加工過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。設備體積也同樣靈活：L-MS 系統是一個(gè)約 2 米長(cháng)的立方體，專(zhuān)為加工長(cháng)達 1300 毫米的工件而設計，同時(shí)也可以在各個(gè)側面進(jìn)行擴展，以適應多種尺寸工件的加工。 

若想達到這樣高的靈活性，首先需要高性能且具有高適應性的控制系統和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，讓設備能夠與生產(chǎn)線(xiàn)上的其它系統集成。其次，切割軸需要配備高度同步的電機和驅動(dòng)產(chǎn)品，才能確保工件加工質(zhì)量。同樣重要的還有開(kāi)放性，它是實(shí)現與機器人控制器、去毛刺組件和視覺(jué)系統實(shí)時(shí)通信的保障。針對這個(gè)問(wèn)題，Steve Van Loon 與機械設計師 Riley Tomiuck 和 Scott McCall 合作進(jìn)行設計。他們的團隊確定，L-MS 系統的性能需求比傳統現場(chǎng)總線(xiàn)和硬件 PLC 能夠提供的性能高很多，因此他們轉向使用倍福的解決方案。 

“倍福就是我們實(shí)現各種要求苛刻的伺服應用的救星，比如 L-MS 系統?！盫an Loon 說(shuō)道。十年前，BOS 在一款配備約 50 根運動(dòng)軸的大型紙板加工系統上首次采用了倍福的自動(dòng)化技術(shù)，并推廣應用到更多其它項目中。隨后在 2018 年，公司采用倍福技術(shù)成功打造了用于切割 SUV 車(chē)板的第一代 L-MS 系統，并成為公司產(chǎn)品系列中的標準產(chǎn)品。在這個(gè)項目中，BOS 公司團隊與倍福當地自動(dòng)化銷(xiāo)售工程師 Dean Herron 以及應用工程師張芮組建的工程師團隊展開(kāi)了密切合作。 

配備 EtherCAT 的運動(dòng)控制系統表現優(yōu)異

BOS 公司通過(guò)使用各種旋轉伺服電機和直驅解決方案以及 EtherCAT 通信系統實(shí)現 L-MS 中的精確運動(dòng)控制。設備加工壁厚各不相同的八角形鋼管工件，在每個(gè)工件的一端切割 21.5 度大小的角，并處理帶 6 或 12 個(gè)孔兩種規格的工件，同時(shí)保持嚴格的公差要求。 

水平軸采用的是速度高達 6 m/s 且最大推力高達 4500 N 的倍福 AL2800 系列直線(xiàn)電機?！癤 軸和 Y 軸在加速度、速度和精度方面都有高動(dòng)態(tài)要求，因此必須使用直線(xiàn)電機?！盨teve Van Loon 說(shuō)道。這家汽車(chē)制造商的設備有一根 Z 軸和一個(gè)耳軸系統，它們都使用了 AM8000 伺服電機。配備高速控制技術(shù)的 AX5000 伺服驅動(dòng)器非常適合用于實(shí)現高動(dòng)態(tài)應用，它們允許輕松集成一個(gè)體積較小的第三方電機來(lái)控制切割頭上的θ 軸。伺服電機和伺服驅動(dòng)器中采用的單電纜技術(shù)（OCT）顯著(zhù)減少了布線(xiàn)工作量。

用于動(dòng)態(tài)軸控制的 2 通道 AX5000 系列伺服驅動(dòng)器 

“每臺設備都配備了 EtherCAT 分布式時(shí)鐘功能，可以實(shí)現精確同步和小于 1 μs 的時(shí)間誤差，非常適合用于控制 L-MS 這樣的協(xié)調運動(dòng)系統?！盌ean Herron 解釋說(shuō)道。倍福的 EtherCAT I/O 產(chǎn)品系列種類(lèi)豐富，并具有良好的開(kāi)放性，支持 30 多種通信協(xié)議，比如可以通過(guò)添加 EtherNet/IP 總線(xiàn)耦合器等方式輕松連接生產(chǎn)線(xiàn)上的其它系統。 

BOS 公司除了使用倍福提供的各種節省空間的 EtherCAT 耦合器和 I/O 端子模塊之外，還安裝了 TwinSAFE 端子模塊，以確保系統功能安全。通過(guò)這種方式，工程師就可以將安全功能直接集成在標準 I/O 網(wǎng)段中，張銳介紹道：“BOS 在這臺設備上配備了 EL6900 TwinSAFE 邏輯端子模塊，用作安全 PLC，從而消除了耗時(shí)的安全開(kāi)關(guān)設備硬接線(xiàn)，降低了復雜性。所有 I/O 都布署在同一個(gè)機架上，或者通過(guò) IP67 EtherCAT 端子盒安裝在設備上，此外，它們還可以在標準的 TwinCAT 開(kāi)發(fā)環(huán)境中便捷地創(chuàng )建安全邏輯?！?span style="text-indent: 2em;"> 

TwinCAT 讓工程師們能夠選擇他們最熟悉的或最適合自己項目的編程語(yǔ)言。在這個(gè)項目中，他們使用了 TwinCAT PLC 和 CNC 軟件包，在眾多功能特點(diǎn)中，他們對 G 代碼使用等功能的表現贊賞有加?！癟winCAT Motion Designer 對 AM8000 系列伺服電機的選型也有很大幫助?！盨teve Van Loon 補充說(shuō)道。 

控制平臺的核心是一臺搭載 Intel? CoreTM i7 四核處理器的倍福 CX2040 嵌入式控制器。一臺 15.6 英寸的高分辨率 CP2916 多點(diǎn)觸控控制面板非常適合用于查看視覺(jué)檢測結果。

倍福的 CX2040 嵌入式控制器為協(xié)調高速激光切割機的五軸運動(dòng)提供了足夠的運算能力

倍福的高分辨率 CP2916 多點(diǎn)觸控控制面板用作工業(yè)級操作界面 

兩全其美的系統

整套 L-MS 系統于 2020 年底正式上線(xiàn)并交付給終端用戶(hù)使用。系統通過(guò)高速控制和自動(dòng)裝料功能實(shí)現了每個(gè)工件 40 秒甚至更短的循環(huán)時(shí)間?！癓-MS 系統以 2 米/秒的速度和 1.25 g 的加速度平穩運行，客戶(hù)稱(chēng)贊這是他們見(jiàn)過(guò)的切割精度最高的系統?！盨teve Van Loon 總結道?！斑@要歸功于控制器的運算速度和我們用 TwinCAT Scope 完成的微調。通過(guò)軟件示波器，我們可以在屏幕上看到所有參數，并收集包括跟隨誤差、加速度和減速度等在內的每根軸的數據，以?xún)?yōu)化系統性能。 

“協(xié)調運動(dòng)需要在伺服驅動(dòng)器和運動(dòng)規劃器之間傳輸大量數據。實(shí)踐證明，EtherCAT 是唯一能夠處理這種情況的現場(chǎng)總線(xiàn)?！盫an Loon 解釋道。成品激光切割機不僅滿(mǎn)足了汽車(chē)制造商的所有要求，而且幫助 BOS 公司贏(yíng)得了其他客戶(hù)的訂單。