當 Innerspec Technologies 受一家大型航空航天終端用戶(hù)的委托，著(zhù)手開(kāi)發(fā)一套無(wú)損檢測（NDT）系統時(shí)，該公司決定選用倍福靈活的基于 PC 的自動(dòng)化控制解決方案。該機器人解決方案憑借其先進(jìn)的開(kāi)放式控制架構、出色的運動(dòng)控制性能以及高效的通信能力，能夠輕松應對各種復雜幾何形狀部件的檢測需求，大幅提升了系統整體吞吐量。

為航空航天領(lǐng)域的客戶(hù)設計無(wú)損檢測系統無(wú)疑是一項極具挑戰性的任務(wù)。即便待檢測的部件不涉及機密，但隨著(zhù)企業(yè)對設計的不斷優(yōu)化，它們也可能快速變化?！皺z測類(lèi)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(lèi)型?！盜nnerspec 系統工程總監 Cory Grant 表示?！拔覀兓蛟S僅能接收到有限數量的樣品以供驗收測試之用，但我們必須為各種前所未見(jiàn)的部件設計設備。因此，可以說(shuō)，我們是在圍繞未知參數進(jìn)行工作，力求讓設備具備盡可能多的通用性?！?/p>

Innerspec 公司自 1989 年成立以來(lái)，始終保持著(zhù)無(wú)損檢測系統領(lǐng)域先驅者的角色。該公司總部位于弗吉尼亞州的福里斯特，其工程師團隊專(zhuān)注于為航空航天、交通運輸、能源等多個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)設計并打造定制化的無(wú)損檢測系統。他們還開(kāi)發(fā)了電磁超聲（EMAT）等先進(jìn)的檢測技術(shù)，該技術(shù)在應用時(shí)無(wú)需依賴(lài)液體超聲耦合劑。為了滿(mǎn)足不同客戶(hù)的多樣化需求，該公司提供了多種檢測類(lèi)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，雙機器人系統能夠迅速更換機械臂末端工具，實(shí)現檢測類(lèi)型的快速切換，從而大幅提升系統的靈活性。

Innerspec 憑借倍福提供的開(kāi)放且可擴展技術(shù)的高度靈活性，成功滿(mǎn)足了各類(lèi)部件及檢測方法的實(shí)際需求?！氨陡５淖詣?dòng)化技術(shù)理念與我們不謀而合?！盋ory Grant 說(shuō)道，“他們提供開(kāi)放靈活的工具以及詳盡全面的文檔資料，使用戶(hù)能夠根據具體的應用需求定制和優(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 系統總計集成了 18 個(gè)協(xié)同運動(dòng)的軸，包括兩個(gè)安裝在軌道上的機器人、一個(gè)用于渦流檢測的轉盤(pán)、一個(gè)線(xiàn)性旋轉執行器，以及一個(gè)容量達 5000 加侖（約 19000 升）的超聲檢測水箱，該水箱內部還配備了一個(gè)轉盤(pán)，能夠處理重量高達 3000 磅（1360 千克）的部件。

Innerspec Technologies 設計了一套雙機器人無(wú)損檢測系統，旨在滿(mǎn)足其航空航天領(lǐng)域重要客戶(hù)的復雜檢測需求。

在這個(gè)系統中，自動(dòng)化組件能夠確保測試數據在工業(yè)服務(wù)器及兩臺第三方 PC 之間實(shí)現無(wú)縫共享。其中，一臺 PC 負責采集和安全存儲數據，而另一臺 PC 則供具備專(zhuān)業(yè)技能的人員進(jìn)行手動(dòng)分析。

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

早在 2015 年，我就開(kāi)始尋找那些融入了軟件開(kāi)發(fā)原則、版本控制、結構化文本以及面向對象編程思想的更為靈活的控制系統。在這些方面，與倍福的合作一直為我們帶來(lái)了巨大的優(yōu)勢。

—— Grant

自動(dòng)化軟件加速開(kāi)發(fā)進(jìn)程

據 Innerspec 專(zhuān)家介紹，倍福的 TwinCAT 軟件是提升無(wú)損檢測系統性能和靈活性的關(guān)鍵所在。該軟件不僅簡(jiǎn)化了 PLC 和 PTP 運動(dòng)控制的實(shí)現，還為自動(dòng)化的各個(gè)層面提供了端到端的開(kāi)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用需求的編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)?！北陡ｄN(xiāo)售經(jīng)理 Rodney Reid 說(shuō)道，“這些語(yǔ)言包括面向對象的 IEC 61131-3 標準語(yǔ)言、自定義和預定義的功能塊，以及 C#、C++ 和 Python 等計算機科學(xué)語(yǔ)言?！盋ory 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 中搭建了設備的操作界面，該界面支持 HTML5 和 JavaScript 等網(wǎng)頁(yè)設計標準，能夠打造出具有現代感的用戶(hù)體驗（UX）。

TwinCAT XML Server 也為 Innerspec 的系統增添了優(yōu)勢。此功能包含一個(gè) PLC 庫，使得用戶(hù)可以方便地讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)作為變量存儲在 PLC 中的 XML 數據?！巴ㄟ^(guò)這種方式，我能夠將所有配置設置添加到 XML 文件中。因此，無(wú)論客戶(hù)是在進(jìn)行新部件的設置還是維護工作，TwinCAT XML Server 都能顯著(zhù)提升系統的可擴展性、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器人無(wú)損檢測中心項目團隊（從左至右）：制造經(jīng)理 Jim Fenton、項目工程師 Joseph Ziedas 和系統工程總監 Cory Grant（均來(lái)自 Innerspec 公司），以及來(lái)自倍福的銷(xiāo)售工程師 Rodney Reid 和應用工程師 Jack Plyler。

航空航天測試中心的核心控制系統

倍福 CX5130 嵌入式控制器用作整個(gè)系統的設備控制器。CX5130 通過(guò)直接連接的 EtherCAT 端子模塊從機械臂末端工具的各類(lèi)傳感器中采集數據，并使用 TwinCAT IoT 中的 OPC UA 和 MQTT 功能將這些數據發(fā)送至系統的服務(wù)器和分析 PC 中。這款多核設備控制器憑借其極快的周期時(shí)間，能夠支持由 AM8000 伺服電機和 AX5206 伺服驅動(dòng)器驅動(dòng)的四個(gè)伺服軸以及 16 個(gè)第三方電機和兩個(gè)機器人控制器實(shí)現高精度的運動(dòng)控制。

最終構建了一個(gè)能夠在水下檢測直徑達 100 英寸（250 厘米）、重量達 2500 磅（超過(guò)一噸）的部件的高性能系統?！霸谵D盤(pán)升降過(guò)程中，TwinCAT 的軟件齒輪庫能夠完美地實(shí)現電機的同步控制?！盋ory Grant 說(shuō)道，“當轉盤(pán)接近水箱底部時(shí)，伺服系統會(huì )自動(dòng)從位置控制模式切換至扭矩控制模式。我們通過(guò)調整電機至預設扭矩，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 轉的速度高速旋轉，依然能夠保持穩定狀態(tài)?！?/p>

倍福的 CX5130 嵌入式控制器用作機器人測試中心的核心設備控制器。

兩個(gè)雙通道 AX5206 伺服驅動(dòng)器負責為全部四臺倍福電機提供動(dòng)力。它們還通過(guò) TwinSAFE。直接在驅動(dòng)器組件中集成了安全功能。通過(guò)采用 Safety over EtherCAT（FSoE）通信協(xié)議，系統能夠支持一系列安全相關(guān)的驅動(dòng)功能，包括 STO、SS1 和 SS2。

EtherCAT 的實(shí)時(shí)通信功能使得各個(gè)運動(dòng)軸之間能夠實(shí)現高精度的同步控制。此外，通過(guò)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(gè)約 120 英尺（或約 36 米）長(cháng)的系統所需的布線(xiàn)時(shí)間和成本。

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

—— Innerspec 公司項目工程師

Joseph Ziedas

無(wú)縫集成帶來(lái)性能顯著(zhù)提升

Innerspec 成功滿(mǎn)足了其航空航天領(lǐng)域重要客戶(hù)所有極為嚴格的技術(shù)要求。雙機器人無(wú)損檢測系統具備極高的靈活性，能夠輕松應對未來(lái)可能出現的各種新部件或新工藝挑戰。轉向采用倍福技術(shù)確保了系統性能的顯著(zhù)提升。例如，Cory Grant 能夠編寫(xiě)自定義的 C++ 代碼，并利用 TwinCAT 功能進(jìn)行部署，而無(wú)需依賴(lài)機器人控制器的基礎功能來(lái)觸發(fā)工具：“借助庫卡的 Fast Send Driver，每次更新的時(shí)間可以縮短至 1 毫秒，但使用我們在 TwinCAT 的 C++ 模塊中實(shí)現的軟件算法，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確性?！?/p>

倍?；?PC 的控制技術(shù)還通過(guò) TwinCAT HMI（內置 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：“我在構建系統時(shí)設定了兩個(gè)主要目標：一是讓設備操作人員滿(mǎn)意，二是讓維護人員滿(mǎn)意。對于雙機器人系統，我們深知操作人員偏愛(ài)機器的外觀(guān)設計、操作手感、用戶(hù)界面，以及其卓越的穩定性和靈活性?！?/p>