熱噴涂是一種表面處理技術，即將熔融或加熱后的材料噴涂到表面上。為了提高噴涂質量，四川大學自主設計出一套九軸聯動熱噴涂系統，在這個系統中，三軸轉臺與六軸機械手同時優化運行。該系統利用 Beckhoff 開放式高速控制系統的性能優勢發揮其全部潛力。

德陽市東汽表面工程技術有限公司總部位于四川省德陽市，主要致力于金屬表面材料研制及表面處理技術應用。為了提高表面處理工藝性能和以機器人為基礎的熱噴涂中的噴涂質量，公司決定與四川大學電氣信息學院進行項目合作。

由于待噴涂元件的工藝曲面較為復雜，以及為了讓熱噴涂工藝更為靈活自由，項目開發人員提議除了已經使用的六軸機械手之外，將三軸轉臺建造為被噴涂元件的夾持設備，從而能夠優化定位工件。這一系統的挑戰是：由四川大學電氣信息學院獨立開發的三軸轉臺有一個擴展外軸，它必須與引導噴槍的機械手完全同步運行。

TwinCAT 和 EtherCAT 解決了時間要求嚴格的運動控制應用要求

為了完成這項任務，四川大學電氣信息學院的專家們對多個控制平臺進行了評估：“最終，我們傾向于使用基于 PC 的控制技術，因為它的靈活性最大，性價比最高。各種可用的組件和倍福中國與四川大學的通力合作都使得他們更青睞于 PC 控制解決方案。另一個決定因素是因為 Beckhoff 的 TwinCAT 軟件是一個高效、統一的自動化平臺。”

為了確保轉臺的運行可靠性，數控系統必須同時驅動三臺伺服驅動器，并同時讀取 5 根電纜的力傳感器和角度編碼器。用于插補軌跡的 TwinCAT NC I 自動化軟件非常適合用于完成這些復雜的機器運動，對 CNC 中的實時轉換有很高要求。Beckhoff 適合控制柜安裝的 15.6 英寸多點觸控面板型 PC ― CP 2216 為整個轉臺系統的控制以及與機械手控制器的通訊提供了充足的計算性能。此外，EtherCAT 超高速數據通訊技術實現了極短的過程映像更新時間 — CNC 能夠達到 2 毫秒級別的任務處理速度，電子凸輪盤可以達到 1 毫秒，而驅動器控制周期可以達到 250 微秒。

由于單電纜技術（OCT）將動力和反饋系統整合在一根電纜中，AM8000 伺服電機
的連接僅需要敷設一根電纜

AX5112、AX5203 和 AX5206 伺服驅動器負責精確控制轉臺的偏航、俯仰、橫滾三種
角度的變位方式

TwinCAT 顯著節省時間

TwinCAT 提供了功能強大的運動控制功能塊，縮短了開發時間，便于改善編程過程，同時大大加快調試過程。這也大大加快了工程設計過程。負責主持此次項目研究的四川大學電氣信息學院的佃松宜教授說道：“我們驚喜地看到，時間節省了有 70 % 之多。”

三軸轉臺的控制主要包括了偏航、俯仰、橫滾三種角度的變位方式。該系統利用 TwinCAT NC I 提供的電子凸輪和三軸插補運動控制方式，以及先進的基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術，確保對 5 臺 Beckhoff 的AM8000 系列伺服電機的精確控制。他們還使用了Beckhoff 的 AX5000系列伺服驅動器，它們充分利用了 EtherCAT 在驅動技術領域中的性能。

AX5112（12 A 級輸出電流）、AX5203（2 x 3 A）和 AX5206（2 x 6 A）伺服驅動器用于控制轉臺的三種姿態的變化。其中俯仰和橫滾兩種變位方式分別需要兩臺電機共同實現。這也是 AX52xx 系列 2 通道伺服驅動器的用武之地，因為它們能夠驅動兩臺相同或不同的電機（總電流最大分別為 6 或 12 A）。通過 TwinCAT 軟件功能來實現的電子齒輪有效地解決了雙電機共同負載的難題。這樣可確保驅動同步精度完全滿足應用需求，并且使得控制系統更加緊湊。

開放式自動化系統作為一項額外紅利

佃松宜教授及其來自四川大學電氣信息學院的團隊成員們在完成開發工作后看到了 Beckhoff 控制技術的顯著應用優勢：“基于 PC 的自動化組件以其優越的性能為精密運動控制提供了理想的技術支持。TwinCAT 和 EtherCAT 具有不可比擬的開放性，是自動化解決方案的核心組成部分。因此，它們兼容多種現場總線技術，并能夠與子系統通訊。將轉臺集成為擴展外軸的做法顯著提高了熱噴涂質量，同時大大簡化了熱噴涂工藝。”

更多信息：

www.scu.edu.cn
      www.beckhoff.com.cn