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。

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

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。

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。”