高度集成的全自動車載控制元件觸覺測試裝置
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)，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。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。與現(xiàn)有的解決方案相比，最多可以節(jié)省70%的成本。該方案另一個優(yōu)點是它使用總線端子模塊I/O形式的緊湊型伺服驅(qū)動器，可以大大節(jié)省空間。
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
自動測試設(shè)備是一臺下線測試儀，用于為駕駛員進(jìn)行車輛內(nèi)控制元件的綜合測試。駕駛員可以使用這些功能來操作照明設(shè)備、收音機(jī)、空調(diào)導(dǎo)航系統(tǒng)及其它設(shè)備。通過按壓、推動、傾斜、旋轉(zhuǎn)或觸摸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解釋道：“測試系統(tǒng)的主要任務(wù)是全自動觸覺測試。大量傳感器測量執(zhí)行不同開關(guān)功能時所涉及到的力量和扭矩。轉(zhuǎn)盤應(yīng)用通過最多八個獨(dú)立的操作站實施。”其中，全自動裝置是市場上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)。再加上功能特別強(qiáng)大的測量技術(shù)，這些功能在提供一個堅固耐用、功能強(qiáng)大的解決方案中發(fā)揮了重要作用。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(fù)責(zé)完成八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)，這并不罕見。轉(zhuǎn)盤循環(huán)的典型周期時間為20秒，這相當(dāng)于每年生產(chǎn)300,000多套駕駛員控制元件。
AM81xx系列單電纜伺服電機(jī)確保了多達(dá)7軸的高精度運(yùn)動
簡化復(fù)雜測試程序
在測試周期開始時，操作人員主觀檢查工位1中待測試的組件，以檢查是否有明顯的機(jī)械缺陷和表面缺陷，如劃痕。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感觀檢查確認(rèn)后，升降機(jī)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亮度通過攝像機(jī)測量的方式進(jìn)行校準(zhǔn)，亮度控制的校正值通過CAN報文寫入到正在測試的設(shè)備的EEPROM中。在工位3中，使用抽吸夾持器進(jìn)行剝離強(qiáng)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。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)矩傳感器以最大每秒180度的速度旋轉(zhuǎn)，采集分辨率最小為0.1Nm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毫秒時，每秒鐘可測量高達(dá)20000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 毫米/秒的速度下可以實現(xiàn)0.02N的力分辨率，位置分辨率為0.002毫米。同時，由于任務(wù)周期時間只有1毫秒，自啟動開始就記錄CAN和LIN報文，同時這些報文與運(yùn)行的位置精確匹配。工位6和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(yùn)動中會產(chǎn)生橫向力，這些力必須通過精心制作的機(jī)械平衡組件來補(bǔ)償。最后，諸如零件號、序列號、生產(chǎn)日期及其它產(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(rèn)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(kuò)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(dú)立測量技術(shù)的解決方案相比，硬件成本降低了70%之多。”
Andreas Borrmann看到，整個測量和控制系統(tǒng)可以使用一臺工業(yè)PC集中、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訊。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。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)由三個元素組成—通過模擬方式采樣的力、通過電機(jī)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—現(xiàn)在都可以輕松確定。”
通過7個CANopen主站端子模塊EL6751實現(xiàn)與測試設(shè)備之間的通訊（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%。
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(yùn)動通過7根伺服軸組成，每個伺服軸由寬度僅為24毫米的EL7211-0010伺服驅(qū)動模塊控制。除了可以驅(qū)動額定扭矩為0.5Nm 和0.8Nm 的AM812x 系列單電纜伺服電機(jī)，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。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(jī)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。”
來自 Schuhriemen Maschinenbau 公司的 Jasmin Schuhriemen、總經(jīng)理 Hans-Julius Schuhriemen 與 Stefan Schuhriemen； Borrmann 工程咨詢公司的總經(jīng)理 Andreas Borrmann；以及來自倍福法蘭克福區(qū)域辦事處的 J?rg-Michael Vetter（從左至右）來自 Schuhriemen Maschinenbau 公司的 Jasmin Schuhriemen、總經(jīng)理 Hans-Julius Schuhriemen 與 Stefan Schuhriemen； Borrmann 工程咨詢公司的總經(jīng)理 Andreas Borrmann；以及來自倍福法蘭克福區(qū)域辦事處的 J?rg-Michael Vetter（從左至右）
更多信息：
倍福的I/O 系統(tǒng)集成先進(jìn)的測量技術(shù)
除了伺服電機(jī)和CANopen主站端子模塊，其余的I/O系統(tǒng)利用16個數(shù)字量輸入端子模塊EL1008和12個數(shù)字量輸出端子模塊 EL2008，每個模塊有8個通道。測量技術(shù)通過相應(yīng)的EtherCAT端子模塊直接集成。4個超采樣系數(shù)為20的2通道模擬量輸入端子模塊EL3202確保時間同步、高精度地采集壓力、位置、轉(zhuǎn)矩及角度數(shù)據(jù)。7個4通道模擬量輸入端子模塊EL3104負(fù)責(zé)完成電流、溫度和信號測量任務(wù)。數(shù)字量萬用表端子模塊EL3681也可以測量電流，高精度的2通道電阻測量端子模塊EL3692可以測定觸點電阻值。
概覽:
針對汽車行業(yè)的解決方案
用于車載控制元件的下線測試裝置
為客戶帶來的好處
最小化的機(jī)器占地面積和集成經(jīng)濟(jì)高效的測量技術(shù)
倍福的PC 控制結(jié)構(gòu)
– 分布式和集成式測量和控制解決方案降低了70%的成本
– CANopen 主站端子模塊EL6751降低了80%的通訊（符合ISO 15765標(biāo)準(zhǔn)）成本
– EtherCAT 模擬量輸入端子模塊EL3702確保通過超采樣高精度測量壓力和轉(zhuǎn)矩
– 伺服電機(jī)端子模塊 EL7211 和 Am81xx 系列單電纜伺服電機(jī)大大降低了空間需求
采用了單電纜技術(shù)的伺服電機(jī)端子模塊EL7211-0010是實現(xiàn)緊湊型設(shè)計和精確運(yùn)動控制的關(guān)鍵組件
