《独立于CNC的机床的安全的控制系统》

  • 来源专题:数控机床与工业机器人
  • 编译者: 杨芳
  • 发布时间:2018-09-20
  • 与传统机床相比,数控机床增加了数控系统和相应的监控装置等,应用了大量的电气、液压和机电装置,导致出现失效的概率增大;工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利,由于制造系统的结构复杂且价格高,因各种故障而造成的“停机损失”已经成为企业生产中的负担。对此,施迈赛集团推出了多款产品,如应用于小型安全防护装置的紧凑型电磁联锁装置,应用于超大型安全防护装置的三点式联锁装置,以及应用于保护需要行走的危险区域的模块化系统。同时,因为多数机床制造厂商均为国际化企业,其客户分布在全球范围内,如东亚和南美的新兴经济国家,施迈赛可在约50个国家进行快速相应的服务和咨询。
      总部位于美国的一家专业的防爆通信集团,可生产包括防爆监控、防爆通信、消防及声光报警产品等在内的多款产品,企业经过多年的发展,生产线上的很多设备如数控机床可称为“古董级”的设备,经过多年的运行,设备已经处于超负荷运行,目前车床上的门锁和限位已经失效,急停装置老化且位置不准确,虽然设备仍可正常运行,但存在着多处隐患。如何对这些设备进行改造,使其在不影响生产效率的前提下,提升设备的安全等级,是摆在企业面前的一道难题。
      施迈赛集团作为一家专注于安全的企业,具备专业的安全标准及丰富的安全服务经验,公司运用结构化的安全方法,从前期的风险评估到中期的安全设计再到最终的系统改造,施迈赛为这家企业提供了一整套交钥匙安全咨询服务,帮助客户降低设备风险,达到需要的PL等级,以符合机械安全法规。
      施迈赛在客户的设备中增加了安全门锁AZM161、限位开关Z/T235、急停按钮EDRRZ、安全边沿SCE、安全地毯SMS-4及脚踏开关Z/TFH232等一系列安全输入产品,确保人员接触危险区域时,设备能正常停止,确保安全性。例如,当进行特殊操作如对刀时,需要屏蔽部分安全措施如安全门锁,此时使用使能开关ZSD5以保证安全,并加装三色灯,在此操作期间指示灯闪烁报警。
      客户所有的安全输入产品,均接入了施迈赛最新的安全PLC控制器PSC1-C-100,此安全PLC输入/输出通道均采用双通道冗余结构,并通过TüV安全认证,符合ISO13849-1,性能等级可达到PLe。而输出部分,则采用了双接触器串联,将接触器常闭触点作为反馈信号,接入安全PLC,以监控输出状态,确保能切断电源。设置两级电源控制,当机床的安全门打开时,设备的运动部件电源断开;当遇紧急情况时,通过按下急停按钮,切断设备动力电源。
      通过以上的安全改造,并计算PL的4个参数,Category、MTTFd、DCavg及CCF,使设备的每个安全链都能达到所需的性能等级(PL)。通过对CNC的安全系统升级改造,客户的设备操作及人员安全保障得到了提升,并减少了生产损失,有效降低了企业的安全运营风险。
      提高数控机床的安全性能,是行业发展的整体趋势,同时也是一个合格企业的责任和义务。施迈赛集团通过进行设备的安全改造,切实提高设备的安全等级,从根本上为企业员工营造一个真正安全的生产环境。

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    • 增大机器人连杆件的阻尼是改善机器人动态特性的有效方法。目前有许多方法用来增加结构件材料的阻尼,其中最适合机器人采用的一种方法是用粘弹性大阻尼材料对原构件进行约束层阻尼处理。 一、常用运动学构形    1、笛卡尔操作臂    优点:很容易通过计算机控制实现,容易达到高精度。    缺点:妨碍工作,且占地面积大,运动速度低,密封性不好。    ①焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、(软仿型)喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。    ②特别适用于多品种,便批量的柔性化作业,对于稳定,提高产品质量,提高劳动生产率,改善劳动条件和产品的快速更新换代有着十分重要的作用。    2、铰链型操作臂(关节型)    关节机器人的关节全都是旋转的,类似于人的手臂,工业机器人中最常见的结构。它的工作范围较为复杂。    ①汽车零配件、模具、钣金件、塑料制品、运动器材、玻璃制品、陶瓷、航空等的快速检测及产品开发。    ②车身装配、通用机械装配等制造质量控制等的三坐标测量及误差检测。    ③古董、艺术品、雕塑、卡通人物造型、人像制品等的快速原型制作。    ④汽车整车现场测量和检测。    ⑤人体形状测量、骨骼等医疗器材制作、人体外形制作、医学整容等。    3、SCARA操作臂    SCARA机器人常用于装配作业,最显著的特点是它们在x-y平面上的运动具有较大的柔性,而沿z轴具有很强的刚性,所以,它具有选择性的柔性。这种机器人在装配作业中获得了较好的应用。    ①大量用于装配印刷电路板和电子零部件    ②搬动和取放物件,如集成电路板等    ③广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域.    ④搬取零件和装配工作。    4、球面坐标型操作臂    特点:中心支架附近的工作范围大,两个转动驱动装置容易密封,覆盖工作空间较大。但该坐标复杂,难于控制,且直线驱动装置存在密封的问题。   5、圆柱面坐标型操作臂    优点:且计算简单;直线部分可采用液压驱动,可输出较大的动力;能够伸入型腔式机器内部。缺点:它的手臂可以到达的空间受到限制,不能到达近立柱或近地面的空间;    直线驱动部分难以密封、防尘;后臂工作时,手臂后端会碰到工作范围内的其它物体。    6、冗余机构    通常空间定位需要6个自由度,利用附加的关节可以帮助机构避开奇异位形。下图为7自由度操作臂位形    7、闭环结构    闭环结构可以提高机构刚度,但会减小关节运动范围,工作空间有一定减小。    ①运动模拟器;    ②并联机床;    ③微操作机器人;    ④力传感器;    ⑤生物医学工程中的细胞操作机器人、可实现细胞的注射和分割;    ⑥微外科手术机器人;    ⑦大型射电天文望远镜的姿态调整装置;    ⑧混联装备等,如SMT公司的Tricept混联机械手模块是基于并联机构单元的模块化设计的成功典范。    二、机器人的主要技术参数    机器人的技术参数反映了机器人可胜任的工作、具有的最高操作性能等情况,是设计、应用机器人必须考虑的问题。机器人的主要技术参数有自由度、分辨率、工作空间、工作速度、工作载荷等。    1、自由度    机器人具有的独立坐标轴运动的数目。机器人的自由度是指确定机器人手部在空间的位置和姿态时所需要的独立运动参数的数目。手指的开、合,以及手指关节的自由度一般不包括在内。.机器人的自由度数一般等于关节数目。机器人常用的自由度数一般不超过5~6个。    2、关节(Joint)    即运动副,允许机器人手臂各零件之间发生相对运动的机构。    3、工作空间    机器人手臂或手部安装点所能达到的所有空间区域。其形状取决于机器人的自由度数和各运动关节的类型与配置。机器人的工作空间通常用图解法和解析法两种方法进行表示。    4、工作速度    机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中,机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。
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    • 台达自2012年推出CNC控制器,成为少数可以提供CNC控制器、驱动器、马达等关键产品、建构完整CNC解决方案的华人供货商。近年来,台达CNC解决方案在中国大陆以及台湾地区市场销售成果丰硕,广泛应用于高速攻牙、雕铣加工、模具生产、机械零件加工制造等领域,并赢得客户认可。   项目方案   随着消费市场趋于精致化、客制化,制造商对机床的要求也日益提高。日前,台达为客户加工中心提供一套由台达CNC控制器NC311系列、伺服驱动器ASDA-A2系列和伺服马达ECMA系列等构成的高效、高精度的CNC解决方案,结合台达机器视觉系统DMV系列,进行工件和成品检测,改善人工检测质量不稳定的问题,同时提升设备安全性,获得客户赞赏。   整个方案以台达机器视觉系统DMV系列的定位及距离量测功能检测上料的尺寸,将检测结果通过RS-485通讯回传至CNC控制器,CNC控制器接收反馈信息后,利用坐标偏移及旋转功能补偿加工件误差,进行修正。若机器视觉系统DMV系列判读发现加工物件跟原先设定值误差过大,便会发出警报至CNC控制器,停止执行加工动作,避免撞机,确保机台加工安全。加工结束后, 机器视觉系统DMV系列亦可判断加工结果是否符合需求,实现实时的质量管理。   在全自动化的工厂中,用机械手臂执行上料的动作,是取代人工的常见方式,但机械手臂的定位误差一般大于10um,此时,通过机器视觉系统的量测功能和CNC控制系统的补偿功能,便可修正上料误差。加工结束后,也可通过机器视觉系统,实时进行加工结果检测,提升质量和合格率。   台达解决方案具有以下优点:   ● 台达CNC解决方案整合CNC控制器、伺服驱动器、马达等关键产品,上下分工,系统性能优越。   ● 采用台达高速运动控制系统DMCNET进行全数字网络通讯,抗噪声强、可接受高精度命令;配线简单,稳定性佳,扩充弹性度高。   ● 伺服驱动器具备命令细插补功能,可提供细腻平顺的位置控制,提高加工表面的精细度。   ● 透过RS-485通讯,可在CNC控制器和机器视觉系统之间进行数据交换、信息处理和判读,灵活度高。   ● 机器视觉系统对上料和成品进行检测,可确保料件和成品质量,避免人工检测造成误差、影响质量。