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2021 OEM
控制系统

让产线摆脱机械束缚-贝加莱ACOPOS 6D详解

  2021年06月24日  

图1-ACOPOS 6D平面磁浮系统

  ACOPOS 6D是贝加莱ACOPOS运动控制家族的全新成员,它是面向柔性制造场景而设计,那么为什么设计ACOPOS 6D?它是什么?它如何工作?本文将予以解析其全景,并有多个视频用于直观了解起运动过程。

什么是6D?

  对于常见的运动控制包括永磁同步马达、直线电机,他们的运动主要为旋转或1个直线运动,因此,可以理解为1维运动控制,而像贝加莱的ACOPOStrak,其动子可以在2维空间(X,Y)方向运动。而ACOPOS 6D则是提供了6个维度的运动控制。

图2-滑块的动子运动6个自由度

  即,铺设于机械平面上的线圈(定子)通过电源单元提供磁场控制,驱动永磁体滑块(转子)运动,可以实现多个维度,如图2所示的6个维度的运动,整个构成了平面磁悬浮系统。

  通过几个小视频,我们可以直观的理解ACOPOS 6D的运动:

X,Y轴运动

视频1-ACOPOS 6D的X,Y轴运动

Z轴运动

视频2-ACOPOS 6D的Z轴运动

R(X,),R(Y)运动

视频3-ACOPOS 6D的X,Y轴旋转运动

R(Y)运动

视频4-ACOPOS 6D的Z轴旋转运动

  先介绍了它是什么(What),我们再回头来看为什么(Why)设计它?这样理解起来更便利一些:

  显然,个性化生产是在每个领域都普遍存在的,随着竞争的加剧,每个制造商不仅需要依靠不同的规格产品适应不同的消费群、场景来设计,还得用个性化的标签彰显消费者的价值主张。而传统的机器、输送系统、工装夹具等构成的制造系统,往往适应于大规模标准化生产,其已经达到质量成本的巅峰,但是,由于个性化需要频繁进行换装、制程变化,使得交付能力(单位时间产出)下降,并且开机浪费等造成的浪费相对于批量变小,瞬时就将不良品率提高,造成成本上升。

图3-大规模定制生产成为了普遍的需求

  制造业不断设计的数字印刷技术、柔性电驱技术、通信技术,其实都是为了解决在整个生产中如何实现个性化的生产重组问题。贝加莱之前已经推出ACOPOStrak柔性电驱输送系统,而2021年推出的ACOPOS 6D则是进一步扩展其运动控制产品的维度,另外扩展4个维度达到新的自由度。

图4-柔性产线要实现的能力

  让我们来看柔性制造的一个场景,传统的灌装系统通常针对单一品种,但是,其生产能力超强,可以达到10.8万瓶/小时的生产速度,但是,却是标准产品,但是,如果对于10个不同的饮料要成为一个盒子进行包装,难道我们需要10条产线进行生产吗?但是,这种批量又往往很小,这导致了传统产线对于这种订单就很难,但是,在贝加莱与KRONES的ACOPOStrak产线上,就可以实现小批量多品种的生产,10个白瓶(未贴标)流向10个不同的灌装头,然后排队进入2个不同瓶口旋盖,再流向各自所需的标站贴10种不同的标签。这个生产过程中,可以看到它可以零停机工艺切换,并且能够让生产产品快速面市,这是今天电商消费时代的特点,为了降低库存,商家要求快速交付,而众多商家的产品需求会发生变化,在一些节假日会造成峰值生产需求,这一切都使得传统制造的能力必须被新的生产组织模式所替代,而ACOPOS 6D通过改变生产组织形式,使得产品摆脱传统产线机械束缚,达到较高的自由度,进而实现大规模定制化生产。

它如何成组?

  ACOPOS 6D工作时,其运动所需的平面可以由240*240mm的平面定子模块按需拼接,如图所示,可以根据生产线的布局(Layout)进行排布,然后配合机器人、工装夹具、工作站进行生产工序设计。

  而动子模块也可以有不同尺寸,根据所需进行组合,其具体机械参数如表1所示。

图5-ACOPOS 6D的布局示意图

  通过图可以看到,ACOPOS 6D可以依据生产需要,由一块块的定子模组构成铺设布局,动子则可以根据需要选择经过每个工站,并以任意形式运动,例如输送到工站1加工,也可以形成曲线加工、也可以以X,Y做倾斜提供加工斜面,它包含了输送、配合与协同、定位与同步、曲线等多种加工关系,进而形成所需的产品制造流程。

表1-定子模块相关机械参数

图6-ACOPOS 6D与机器人的集成场景

滑块虚拟与机械连接方式

  对于平面定子模块可以像拼接地板砖一样拼接成不同布局,进而在其旁边、上方设置加工位,被加工对象则由滑块加载运行期间,而滑块可以成组运动,包括了虚拟的连接(由软件配置)可以实现同步控制,或成组加载同步运行,也可以通过机械的连接来实现关联关系。

  视频5/视频6分别展示其两种连接方式

视频5-虚拟连接的ACOPOS 6D滑块

视频6-机械连接的ACOPOS 6D滑块

它如何组成生产系统?

  贝加莱的X20、APC控制器均可通过POWERLINK连接6D控制盒,它主要解决运动的磁场方向与反馈定位等控制,而ACOPOSmulti电源为其提供供电,定子模块可以通过电源和通信连接形成一个生产布局。整个生产系统,既包括ACOPOS 6D的平面磁浮电机控制,也包括ACOPOS的其它电机控制、机器人控制,构成整个生产单元的逻辑、运行过程。

它性能如何?

  每个动子模块可以达到2m/S的运行速度、加速度为2g,而重复定位精度为1μm,其中在Z轴方向的运动为0.5-4mm,X,Y轴旋转<20mrad,Z轴旋转<20°。

数字孪生系统

  ACOPOS 6D的生产应用开发可以像SuperTrak、ACOPOStrak一样,都可以通过IndustrialPhysics等数字化软件构建数字孪生系统进行早期验证,由于Automation Studio可以与这些软件建立连接,通过其规划的产线可以与ABB机器人集成,并对其生产的节拍、空间碰撞进行早期验证,确保其满足设计运行能力以及可行性,如视频7所示。

视频7-ACOPOS 6D的数字孪生设计

它的优势与应用场景主要体现在哪里?

图8-ACOPOS 6D的优势聚焦

  1.六个自由度运动控制,除了通常的X,Y轴运动,还增加了Z轴及X,Y,Z的旋转轴运动,ACOPOS 6D将运动控制由平面的约束转向了更为广泛的空间,这使得生产的自由突破了传统机械的束缚,达到了新的高度。

  2.无摩擦与磨损运动控制,由于采用纯的磁悬浮技术,定子和动子并没有接触,机械磨损,这使得传统机械传动磨损带来的维护、精度下降被消除,确保其质量的高一致性。

  3.胜任洁净环境,由于采用全新的材料设计定子平面和动子,使得ACOPOS 6D可以为卫生等级提供产品输送与加工配合。

图9-医疗器械生产与装备系统场景

  4.高精度加工:由于其重复定位精度可以达到+/-1μm,使得它能够胜任高精度的定位场景,高品质的加工、装配环节,如电子半导体、锂电池电芯生产等环节。电子半导体类产品的装配过程都是需要较高的定位精度,以及角度灵活性,包括响应的敏捷性,这些都是ACOPOS 6D可以发挥空间的场所。

  5.可扩展的输送系统:对于ACOPOS 6D,它可以任意扩展,一个控制单元可以管辖多达80块平面定子和数百个动子,这使得其可以构成一个可重复利用并可扩展的输送系统。

  6.免维护,对于生产制造企业而言,非常具有诱惑力的特征,因为,稳定而可靠的生产,就是利润的来源,高良品率、高OEE,确保企业良高效提供高品质产品,并且低成本。

标签:贝加莱  我要反馈
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