圖1 由于采用了基于PC的高性能控制技術(shù)并集成了高端測量技術(shù)，下線測試儀的結(jié)構(gòu)非常緊湊
總部位于德國Inglheim的Borrmann工程咨詢有限公司和總部位于德國Sommerloch的Schuhriemen Maschinenbau有限公司采用了Beckhoff基于PC的控制技術(shù)，將其使用在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)極為緊湊和高性能的全自動汽車駕駛控制元件測試裝置的過程中(圖1)。科技自動化理念將控制技術(shù)與非常快速、高精度的測量技術(shù)結(jié)合在一起，具有顯著優(yōu)點。與當(dāng)前已有的解決方案相比，該項方案最多可幫助用戶節(jié)省70%的成本，此外，該項方案的另一個優(yōu)勢是使用了總線端子模塊I/O形式的緊湊型伺服驅(qū)動器，用戶也可大大節(jié)省設(shè)備安裝空間。
自動測試設(shè)備是一臺車輛下線測試儀，用于對車輛內(nèi)控制元件進行綜合測試。駕駛員可以使用這些功能來操作照明設(shè)備、收音機、空調(diào)導(dǎo)航系統(tǒng)及其他設(shè)備。通過按壓、推動、傾斜、旋轉(zhuǎn)或觸摸等操作可以選擇各種車載功能。Borrmann工程咨詢有限公司總經(jīng)理Andreas Borrmann先生解釋道：“測試系統(tǒng)的主要任務(wù)是進行全自動觸覺測試，即大量傳感器測量執(zhí)行不同開關(guān)功能運行時所涉及到的力量和扭矩。轉(zhuǎn)盤應(yīng)用最多通過8個獨立的操作站實施。”其中，全自動裝置是行業(yè)中集成度最高的觸覺測試裝置，采用了非常緊湊的控制和驅(qū)動技術(shù)，再加上功能強大的測量技術(shù)，這些功能在提供一個堅固耐用且功能強大的解決方案中發(fā)揮重要作用。Borrmann繼續(xù)說道：“過去，我們需要使用專用的測量技術(shù)才能同步采集力/路徑或扭矩/角度數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在，我們可以使用倍福的標(biāo)準(zhǔn)組件。此外，標(biāo)準(zhǔn)I/O端子模塊甚至能夠從設(shè)備同步采集總線報文(如CAN或LIN)。”一臺工業(yè)PC負責(zé)完成8個工位的所有控制和測量任務(wù)，每個操作控制元件最多有450個測試參數(shù)，這樣的測試過程并不少見。轉(zhuǎn)盤循環(huán)的典型周期時間為20?s，這相當(dāng)于每年生產(chǎn)300?000多套駕駛員控制元件。
簡化復(fù)雜測試程序
在測試周期開始時，操作人員人工檢查工位1中待測試的組件，以檢查是否有明顯的機械缺陷和表面缺陷，如劃痕等問題。一旦將組件放入測試設(shè)備，它就會被自動夾緊并與之接觸。在設(shè)備手動切換和操作人員人工檢查確認后，升降機門關(guān)閉，轉(zhuǎn)盤周期開始。
LED指示照明的亮度變化可以超過30%。在工位2中，LED亮度可通過攝像機測量的方式進行校準(zhǔn)，亮度控制的校正值通過CAN報文寫入正在測試的設(shè)備的EEPROM中。在工位3中，使用抽吸夾持器進行剝離強度測試，以確保裝飾蓋罩被正確膠粘。電感式模擬量傳感器檢查螺栓是否在，并使用多個傳感器確保所有按鈕的正確顏色組合，而以轉(zhuǎn)矩測量形式出現(xiàn)的第一次觸覺測試隨后在工位4中完成。一個采用壓電效應(yīng)的轉(zhuǎn)矩傳感器以最大180? /s的速度旋轉(zhuǎn)，采集分辨率最小為0.1?Nm的轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)。這一測試的目標(biāo)是確定開槽以及最小和最大齒槽轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩超出所允許的限值表明被測設(shè)備在裝配過程中出現(xiàn)了故障。Andreas Borrmann先生解釋道：“我們使用系數(shù)為20的超采樣功能，當(dāng)任務(wù)周期為1?s時，每秒鐘可測量高達20?000次。因此，每個角度都采集了超過25組轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)。”
工位5專門用于測試車輛壓力,在這里也使用了一個高精度的壓電式傳感器。由于采用了超采樣功能，在10?mm/s的速度下可以實現(xiàn)0.02?N的力分辨率，位置分辨率為0.002?mm。同時，由于任務(wù)周期時間只有1?mm，自啟動開始就記錄CAN和LIN報文，同時這些報文與運行的位置精確匹配。工位6和工位7用到了與工位5中相同的測量技術(shù)，用于測量水平傾力。由于傾斜，水平運動中會產(chǎn)生橫向力，這些力必須通過精心制作的機械平衡組件來補償。最后，諸如零件號、序列號、生產(chǎn)日期及其他產(chǎn)品具體信息等數(shù)據(jù)在工位8(最后一個工位)中被寫入到EEPROM中。如果所有測試參數(shù)(最多450個)的結(jié)果都在規(guī)定的限制范圍內(nèi)，被測試設(shè)備的激光標(biāo)簽通過認證。標(biāo)簽中包含純文本和二維碼(DMC)格式的信息，DMC閱讀器掃描編碼并檢查內(nèi)容和質(zhì)量，在隨后的轉(zhuǎn)盤步驟中，經(jīng)過所有的檢查步驟后的模塊被輸送到工位1，操作人員在那里將它搬走并打包。
速度和精度都需要PC控制解決方案
如果沒有倍福基于PC的控制技術(shù)，下線測試儀的開發(fā)幾乎是不可能實現(xiàn)的。據(jù)Andreas Borrmann先生說：“只有基于PC的控制技術(shù)才能讓我們能夠滿足測量和驅(qū)動技術(shù)在速度和精度方面極為嚴(yán)格的要求。由于過去使用的帶測量和控制卡的PC缺乏可擴展性，現(xiàn)有解決方案在性能上也很有限。而模塊化、分布式的倍福技術(shù)不再受這種限制，與現(xiàn)有的采用獨立測量技術(shù)的解決方案相比，硬件成本降低了70%之多。”
圖2 通過7個CANopen主站端子模塊EL6751實現(xiàn)與測試設(shè)備之間的通信（符合ISO 15765標(biāo)準(zhǔn)），與現(xiàn)有的解決方案相比，成本降低了80%
Andreas Borrmann先生看到，整個測量和控制系統(tǒng)可以使用一臺工業(yè)PC集中且方便地控制等更多好處。現(xiàn)有系統(tǒng)中不再需要另外使用PLC，由于使用不同制造商的測量技術(shù)而涉及到的大量驅(qū)動程序安裝工作已經(jīng)成為過去：“集成式系統(tǒng)解決方案在這方面具有顯著的優(yōu)點，例如，基于PC的控制還包括高性能、高精度和超高速測量技術(shù)。此外，可以輕松地集成車輛內(nèi)使用的CAN協(xié)議，以便根據(jù)ISO 15765標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)操作元件與控制裝置之間的通信。協(xié)議是通過7個CANopen主站端子模塊EL6751在TwinCAT PLC中建模。與過去使用的技術(shù)相比，這樣可以節(jié)約80%的成本(圖2)。除此之外，現(xiàn)在可以實時地讀取和分析CAN協(xié)議，與被測試設(shè)備的全自動同步。以前，這只有使用高度專業(yè)化和復(fù)雜的電子測量系統(tǒng)才能實現(xiàn)。觸覺數(shù)據(jù)由3個元素組成，即通過模擬方式采樣的力、通過電機直接測定的位置以及通過一個CANopen主站端子模塊測定的觸點，這些工作現(xiàn)在都可以輕松確定。”
具有最小空間需求的伺服驅(qū)動技術(shù)
Beckhoff的伺服驅(qū)動技術(shù)也直接集成在I/O系統(tǒng)中，各個測試工位中的高精度運動通過7根伺服軸組成，每個伺服軸由寬度僅為24?mm的EL7211-0010伺服驅(qū)動模塊控制。除了可以驅(qū)動額定扭矩為0.5?Nm和0.8?Nm的AM812x系列單電纜伺服電機，這些端子模塊還集成了單電纜技術(shù)，最大輸出電流為4.5?ARMS(圖3)。Andreas Borrmann繼續(xù)說道：“如果沒有以結(jié)構(gòu)非常緊湊的總線端子模塊形式出現(xiàn)的伺服驅(qū)動器，將不可能實現(xiàn)占地面積如此小的機器。這些產(chǎn)品讓我們能夠最大限度地減少安裝尺寸，且無需使用額外的控制柜。單電纜技術(shù)也非常有幫助，因為它在直線和旋轉(zhuǎn)式套管基礎(chǔ)上，大大簡化了原本復(fù)雜的電纜布局。絕對值反饋技術(shù)也帶來了很大優(yōu)勢，因為它不再需要使用以前所需的參考開關(guān)，因此顯著降低了驅(qū)動技術(shù)的復(fù)雜性。”
