2021 年秋季，倍福開始全面重新設計了其 I/O 組件生產(chǎn)的最終檢驗環(huán)節(jié)。其目的是大幅提升生產(chǎn)大量不同類型的端子模塊時的測試能力和吞吐量。該系統(tǒng)完全由倍福自己的設備制造部門打造，每個班次可以全自動編程、調(diào)整和測試約 10,000 個端子模塊。精密的系統(tǒng)方案加上 XPlanar 智能輸送系統(tǒng)、基于 PC 的控制器以及各種 EtherCAT 端子模塊共同實現(xiàn)了高速、靈活的最終檢驗。

倍福 I/O 端子模塊生產(chǎn)實現(xiàn)了靈活的最終檢驗

  “與倍福每年的高增長率保持同步�！睂τ谪撠熃ㄔ觳僮髟O備等事項的演示系統(tǒng)部門的負責人 Michael Golz 及其約 40 名員工來說，無論是過去還是現(xiàn)在，這都是一個挑戰(zhàn)。他們對 I/O 端子模塊的最終檢驗系統(tǒng)采取了一種全新的方案：XPlanar 輸送系統(tǒng)，專門開發(fā)的固件編程工站，以及使用通用測試柜的測試工站�！盁o論端子模塊的類型和交付順序如何，平均每隔 3 秒就有一個 I/O 端子模塊完成固件寫入并經(jīng)過測試后離開系統(tǒng)�！盡ichael Golz 強調(diào)道。系統(tǒng)目前可以編程和測試 200 多種不同類型的端子模塊。無論需要處理多少種不同類型的模塊，都不會影響每班次 10,000 個端子模塊的產(chǎn)出率。

 
  每個 I/O 端子模塊的編程和測試時間沒有改變，但吞吐量卻大大增加：大約每 3 秒就有一個經(jīng)過編程和廣泛測試的端子模塊離開系統(tǒng)。

  倍福正著手解決這個難題，尤其是不同的端子模塊類型（帶/不帶 FPGA、控制器或帶模擬量通道），編程以及后續(xù)的功能測試所需的時間都不相同�！鞍惭b固件和調(diào)整所有模擬量通道可能需要 30 秒。”Stefan Engelke 解釋道，他以及他的團隊一起開發(fā)和編程了測試柜。
  解決這個時間問題的辦法是并行與分開固件安裝和功能測試。這本身并不是一個突破性的想法；具有開創(chuàng)性的部分是系統(tǒng)地使用 XPlanar 的自由度完成整個內(nèi)部物流并將端子模塊送入到各工站。由于產(chǎn)品能夠進行自由的二維平面運動，總線端子模塊在測試工站中花費的時間是 10 秒還是 1 分鐘，都無關緊要。其余的動子簡單地經(jīng)過被占用的工站，移動到下一個空閑工站。因此，系統(tǒng)的整體輸出不受個別工序延遲的影響。
  簡單、靈活、透明的輸送
  “盡管如此，這個過程仍然非常簡單。”Michael Golz 說道，“操作人員無需進行任何設置；他們所要做的只是將一疊裝有端子模塊的托盤放在進料工站，然后按下按鈕�！叭缓螅�這疊托盤進入分揀工站，在那里，一個 Delta 機器人從托盤上拾取模塊，并將它們分別放在等待的 XPlanar 動子上。系統(tǒng)有兩條像高速公路一樣的主通道，分別通往編程和測試工站。這些工站位于兩條主通道側面的出口或臨時停留區(qū)域上。通道之間有第三條路徑，所有動子都通過它返回至分揀機。這種對稱設置的好處是，即使系統(tǒng)有一邊發(fā)生了故障，另一邊仍能繼續(xù)運行。
  動子經(jīng)過讀取工站下方的端子模塊，到達側面的編程工站。讀取工站通過多臺相機和倍福機器視覺系統(tǒng)捕捉每個端子模塊唯一的倍福識別碼（BIC）�！爸�后，系統(tǒng)就能夠知道端子模塊的類型，并完全自主完成所有工作：編程，必要時調(diào)整模擬量通道，以及功能測試�！必撠熛到y(tǒng)編程的 Ulrich Brockhaus 補充說道。同時，BIC 通過動子 ID 與動子聯(lián)系起來。這意味著，即使在斷電后，也可以用動子 ID 跟蹤每個動子或端子模塊的位置。
  當動子到達一個空閑的編程工站時，它將端子模塊準確地定位在其觸點引腳下。然后，根據(jù) BIC 將相應的固件加載到端子模塊上。
  然后移動到通用測試工站，該工站又會根據(jù) BIC 調(diào)用每個端子模塊專用的設備測試序列。如果軟件加載正確，并且功能測試報告沒有問題，動子就會將端子模塊運送到分揀工站的第二個 Delta 機器人，后者通過中間軌道將端子模塊放在另一個托盤上。動子第二次通過讀取工站，只是這次的方向是相反的�！岸俗幽�塊通過重新捕捉回流軌道上的 BIC 登記端子模塊的離開，并且固件的安裝和每個端子模塊的功能測試都記錄在中央數(shù)據(jù)庫中，包括模擬量端子模塊的所有調(diào)整值�！盨tefan Engelke 說道。

 
  橫立于三條通道上的視覺系統(tǒng)，會在每個端子模塊通過時捕捉其 DataMatrix 碼，然后將其與 XPlanar 動子的 ID 聯(lián)系起來。

  充分利用 XPlanar 的所有自由度
  由 100 塊平面模塊組成的 XPlanar 系統(tǒng)是實現(xiàn)這樣靈活、快速的生產(chǎn)流程的基礎�！拔覀冇昧�套 XPlanar 基礎套件（每套包含 3 x 4 塊平面模塊）建造了兩條主通道，其中有兩條出站通道，中間是回流軌道�！盡ichael Golz 說道。對于擴展組件（編程工站和測試工站），其余 28 塊平面模塊安裝在基礎系統(tǒng)的側面。每個安裝位置都配有一個帶電源（400 V AC）、安全、Ethernet（LAN）以及 EtherCAT 的標準接口�！斑@樣的接口和系統(tǒng)布局讓我們在未來進行擴展時不需要大量的轉(zhuǎn)換�！必撠熛到y(tǒng)機械設計和端子模塊觸點技術細節(jié)問題的 Daniel Golz 強調(diào)道。
  XPlanar 實現(xiàn)了設備的模塊化設計，同時也簡化了很多外部機構設計。例如，編程工站使用 XPlanar 的 XY 精密定位器。因此，在到達準確的位置后，編程工站可以立即降低引腳位置，將它們放到端子模塊觸點上，并開始加載固件。
  XPlanar 的另一個功能，即可變懸浮高度，簡化了測試工站的設計工作。當它到達測試工站時，動子首先升高，以便測試工站的滑入裝至可以在端子模塊下方移動。然后動子再次降低其懸浮高度，端子模塊即可停留在滑入裝置上，進入測試工站。這樣做的好處是，所有觸點都可以自由接觸，并且確�？梢员唤佑|到。測試結束后，端子模塊再以相反的順序被放回到動子上。
  旋轉(zhuǎn)動子的功能選項在進入和離開系統(tǒng)時起到了重要作用。它可將動子旋轉(zhuǎn) 180°，具體取決于系統(tǒng)使用的是哪側�！斑@一功能也大大降低了機械設備的復雜性，并能夠節(jié)省測試工站和編程工站兩側的空間�！盌aniel Golz 指出。
  總體來說，系統(tǒng)布局得益于 XPlanar 的四大功能特點：
  平面產(chǎn)品移動能夠個性化輸送端子模塊，并實現(xiàn)了編程工站和測試工站的并行處理
  XY 精密定位意味著編程工站不需要外部機構協(xié)助定位
  借助 Z 運動（提升/降低）輸送總線端子模塊，簡化了測試工站的復雜機械裝置
  360°旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)了系統(tǒng)的鏡像對稱設置
  更近距離地了解電氣和光學功能
  測試工站并不僅僅只是檢測端子模塊的電氣特性和功能。“對于帶模擬量信號的端子模塊，還包括相應的測試順序和校準�！盨tefan Engelke 說道。一個集成的機器視覺系統(tǒng)還會檢查顯示燈組是否存在且位置是否正確，并測量 LED 的顏色和光譜強度。

 
  如此精密的系統(tǒng)只能由一個完整的團隊進行設計和實施才能完成（倍福專家團隊，左起）：Daniel Golz（機械設計）、Mathis Blattner（測試柜軟件開發(fā)）、Ulrich Brockhaus（系統(tǒng)編程）、Stefan Engelke（測試設備開發(fā)）和 Michael Golz（演示系統(tǒng)部門主管）

  各種具有不同功能和測量范圍的 EtherCAT 端子模塊都可以在系統(tǒng)上進行全自動測試，這都要歸功于通用測試柜。其完整的測量測試技術以倍福技術為基礎，以 ELM 系列高精度測量端子模塊為重點。測試模組安裝在移動機柜中，并通過插頭連接器與系統(tǒng)相連，因此可以快速更換，無需關閉整個系統(tǒng)。這需要定期進行，因為 ELM 端子模塊是測量設備，必須在特定的周期內(nèi)重新校準和認證。
  基于 PC 的控制技術在整體協(xié)調(diào)和評估方面的優(yōu)勢也十分明顯。如果測試工站檢測到端子模塊上有偏差，就會通過 BIC 進行記錄，同時測試工站會將端子模塊送回到編程工站重新進行配置。然而，如果編程工站或測試工站上累積了大量錯誤信息，即表明出現(xiàn)了故障�！霸谶@種情況下，測試工站被報告給系統(tǒng)為不可用，在對測試工站進行檢查并在必要時更換之前，不再會有動子靠近這個位置�！盪lrich Brockhaus 說道。雖然系統(tǒng)會在短時間內(nèi)少一個工站工作，但不會影響系統(tǒng)的正常運行，而且速度也不會明顯變慢。“任何一個可能有問題的 I/O 端子模塊都不會離開我們的系統(tǒng)。”Michael Golz 補充說道。

 
  總共 100 塊 XPlanar 平面模塊上懸浮的 33 個動子的位置在由 TwinCAT HMI 軟件創(chuàng)建的可視化界面上實時顯示。

  該系統(tǒng)是一個能夠很好地說明基于 PC 的控制技術可以用來執(zhí)行各種任務和功能的典型例子。除了一臺 C6670 控制柜式工業(yè)服務器負責控制和協(xié)調(diào) 100 塊平面模塊以及其上的 33 個動子之外，還有 10 臺 C6032 超緊湊型工業(yè) PC 用于控制其它系統(tǒng)組件。Delta 機器人的自動化通過 AX8000 多軸伺服系統(tǒng)和 AM8000 伺服電機實現(xiàn)�！拔覀兪褂� AMI8100 驅(qū)控一體伺服電機送入和彈出托盤，因為它們結構非常緊湊，只需 EtherCAT 和 48 V 電壓即可運行�！盪lrich Brockhaus 說道。編程工站中的 AA1000 線性執(zhí)行機構用于接觸端子模塊；測試工站中的 AA3000 電動缸用于載入端子模塊載具。整個系統(tǒng)的安全都由 TwinSAFE 保障。TwinCAT Vision 可以捕捉到 DataMatrix 碼。車間內(nèi)共有四個測試柜，每個測試柜中都安裝了約 40 個 ELM 系列的 EtherCAT 測量端子模塊。此外，測試柜中還使用了各種 EL 系列的 EtherCAT 端子模塊�！霸谶@個項目中，基于 PC 的控制技術為我們帶來了很多便利，并為我們留下了進一步擴展的選項�！盡ichael Golz 說道。
  倍福公司 I/O 生產(chǎn)主管 Michael Klasmeier 補充說道：“我們的 I/O 端子模塊系列產(chǎn)品種類非常豐富：從 2 通道數(shù)字量輸入端子模塊到緊湊型驅(qū)動模塊，其復雜程度各不相同，年產(chǎn)量從幾千到幾十萬件不等�！蔽覀兯�有的產(chǎn)品都在東威斯特伐利亞地區(qū)的威爾本地生產(chǎn)。我們的目標是在現(xiàn)有員工人數(shù)和可用空間的基礎上提高產(chǎn)量，如果沒有自動化測試，這是不可能實現(xiàn)的�！�