熱噴塗是一種表麵處理技術，即將熔融或加熱後的材料噴塗到表麵上。為了提高噴塗質量，四川大學自主設計 出一套九軸聯動熱噴塗係統，在這個係統中，三軸轉台與六軸機械手同時優化運行。該係統利用 Beckhoff 開放 式高速控製係統的性能優勢發揮其全部潛力。
德陽市東汽表麵工程技術有限公司總部位於四川省德陽市，主要致力 於金屬表麵材料研製及表麵處理技術應用。為了提高表麵處理工藝性 能和以機器人為基礎的熱噴塗中的噴塗質量，公司決定與四川大學電 氣信息學院進行項目合作。
由於待噴塗元件的工藝曲麵較為複雜，以及為了讓熱噴塗工藝更為靈 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 轉台建造為被噴塗元件的夾持設備，從而能夠優化定位工件。這一係 統的挑戰是：由四川大學電氣信息學院獨立開發的三軸轉台有一個擴 展外軸，它必須與引導噴槍的機械手完全同步運行。
由於單電纜技術（OCT）將動力和反饋係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
TwinCAT 和 EtherCAT 解決了時間要求嚴格的運動控製應用要求
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製平台 進行了評估：“最終，我們傾向於使用基於 PC 的控製技術，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於 PC 控製解決方案。另一個決定因素 是因為 Beckhoff 的 TwinCAT 軟件是一個高效、統一的自動化平台。”
為了確保轉台的運行可靠性，數控係統必須同時驅動三台伺服驅動 器，並同時讀取 5 根電纜的力傳感器和角度編碼器。用於插補軌跡 的 TwinCAT NC I 自動化軟件非常適合用於完成這些複雜的機器運動， 對 CNC 中的實時轉換有很高要求。Beckhoff 適合控製櫃安裝的 15.6 英 寸多點觸控麵板型 PC ― CP 2216 為整個轉台係統的控製以及與機械 手控製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，而驅動器控製周期 可以達到 250 微秒。
AX5112、AX5203 和 AX5206 伺服驅動器負責精確控製轉台的偏航、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製功能塊，縮短了開發時間，便於改善編程過程，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鬆宜教授說 道：“我們驚喜地看到，時間節省了有 70 % 之多。”
三軸轉台的控製主要包括了偏航、俯仰、橫滾三種角度的變位方式。 該係統利用 TwinCAT NC I 提供的電子凸輪和三軸插補運動控製方式， 以及先進的基於 PC 和 EtherCAT 的控製技術，確保對 5 台 Beckhoff 的 AM8000 係列伺服電機的精確控製。他們還使用了Beckhoff 的 AX5000 係列伺服驅動器，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） 伺服驅動器用於控製轉台的三種姿態的變化。其中俯仰和橫滾兩種變 位方式分別需要兩台電機共同實現。這也是 AX52xx 係列 2 通道伺服 驅動器的用武之地，因為它們能夠驅動兩台相同或不同的電機（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，並且使得控製係統更加緊湊。
開放式自動化係統作為一項額外紅利
佃鬆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 發工作後看到了 Beckhoff 控製技術的顯著應用優勢：“基於 PC 的 自動化組件以其優越的性能為精密運動控製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，並能夠與子係 統通訊。將轉台集成為擴展外軸的做法顯著提高了熱噴塗質量，同時大大簡化了熱噴塗工藝。”