1 倍福 I/O 端子模塊生產實現了靈活的最終 檢驗

　　“與倍福每年的高增長率保持同步?！睂τ谪撠熃ㄔ?操作設備等事項的演示系統部門的負責人 Michael Golz 及其約 40 名員工來說，無論是過去還是現在，這都是一 個挑戰。他們對 I/O 端子模塊的最終檢驗系統采取了一 種全新的方案：XPlanar 輸送系統，專門開發的固件編程 工站，以及使用通用測試柜的測試工站。“無論端子模塊 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過測試后離開系統?！盡ichael Golz 強調道。系統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 個端子模塊的產出率。

　　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) ，編程以及后續的功能測試所需的時間都不相同?！鞍惭b固件和調 整所有模擬量通道可能需要 30 秒?！盨tefan Engelke 解釋道，他以及他的團隊一起開發和編程了測試柜。

　　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;具有開創性 的部分是系統地使用 XPlanar 的自由度完成整個內部物 流并將端子模塊送入到各工站。由于產品能夠進行自由的 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過 被占用的工站，移動到下一個空閑工站。因此，系統的整 體輸出不受個別工序延遲的影響。

　　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 秒就有一個經過編程和廣泛測試的端子模塊離開系統。

　　2 簡單、靈活、透明的輸送

　　“盡管 如此，這個過 程仍然非常簡 單?！盡ichael Go lz 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?，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，即使系統有一邊發生了故障，另一邊仍能繼續運行。

　　動子經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捕捉每 個端子模塊唯一的倍福識別碼(BIC)?！爸?， 系統就 能夠知道端子模塊的類型，并完全自主完成所有工作：編程， 必要時調整模擬量通道， 以及功能測試?！必撠熛到y 編程的 Ulrich Brockhaus 補充說道。同時，BIC 通過動 子 ID 與動子聯系起來。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 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 BIC 調 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。“端子模塊通過 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 據庫中，包括模擬量端子模塊的所有調整值。”Stefan Engelke 說道。

　　橫立于三條通道上的視覺系統，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 聯系起來。

　　3 充分利用 XPlanar 的所有自由度

　　由 100 塊平面模塊組成的 XPlanar 系統是實現這樣 靈活、快速的生產流程的基礎?！拔覀冇昧?X Planar 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。”Michael 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 Ether CAT 的標準接口。“這樣的接口 和系統布局讓我們在未來進行擴展時不需要大量的轉 換?！必撠熛到y機械設計和端子模塊觸點技術細節問題的 Daniel Golz 強調道。

　　X Planar 實現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。

　　X Planar 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。

　　旋轉動子的功能選項在進入和離開系統時起到了重要 作用。它可將動子旋轉 180°,具體取決于系統使用的是 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，系統布局得益于 X Planar 的四大功能 特點：

　　? 平面產品移動能夠個性化輸送端子模塊，并實現了 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°旋轉實現了系統的鏡像對稱設置。

　　4 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?！皩τ趲M量信號的端子模塊，還包括相應的測試 順序和校準。”Stefan Engelke 說道。 一個集成的機器 視覺系統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。

　　各種具有不同功能和測量范圍的 Ether CAT 端子模 塊都可以在系統上進行全自動測試， 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相連， 因此可以 快速更換， 無需關閉整個系統 。 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重新校 準和認證。

　　基于 PC 的控制技術在整體協調和評估方面的優勢 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，即表明出現了故障?！霸谶@種 情況下，測試工站被報告給系統為不可用，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。”Ulrich Brockhaus 說道。雖然系統會在短時間內 少一個工站工作，但不會影響系統的正常運行，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。”Michael Golz 補充說道。

　　該系統是 一 個能夠很好地說明基于 PC 的控制技 術可以用來執行各種任務和功能的典型例子 。 除了一臺 C6670 控制柜式工業服務器負責控制和協調 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 PC 用于控制其它系統組件。Delta 機器人的自動化通過 AX8000 多軸伺服系統和 AM8000 伺服 電機實現?！拔覀兪褂?AMI8100 驅控一體伺服電機送 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。 整個系統的安全都由 TwinSAFE 保障。TwinCAT Vision 可以捕捉到 Data Matrix 碼。車間內共有四個測試柜， 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 生產主管 Michael Klas meier 補充說 道：“我們的 I/O 端子模塊系列產品種類非常豐富：從 2 通道數字量輸入端子模塊到緊湊型驅動模塊，其復雜程度 各不相同，年產量從幾千到幾十萬件不等。”我們所有的 產品都在東威斯特伐利亞地區的威爾本地生產。我們的目 標是在現有員工人數和可用空間的基礎上提高產量，如果 沒有自動化測試，這是不可能實現的?！?/p>

　　如此精密的系統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)、Ulrich Brockhaus(系統編程)、Stefan Engelke(測試設備開發)和 Michael Golz(演示系統部門主管)。

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