Zautomatyzowany system End-of-Line Testing miniaturowych głośników do aparatów słuchowych z wykorzystaniem Beckhoff TwinCAT 3

Wyzwanie

Producent komponentów do aparatów słuchowych potrzebował wydajnego systemu automatycznych testów końcowych umożliwiającego kontrolę jakości miniaturowych głośników o wymiarach zaledwie 3 × 2 mm.

Ze względu na bardzo małe wymiary detali proces wymagał wyjątkowo precyzyjnego pozycjonowania oraz pełnej synchronizacji wszystkich elementów systemu automatyki.

Stanowisko obejmowało dwa roboty Mitsubishi SCARA pracujące jednocześnie, automatyczny podajnik tacek, serwonapędy, system wizyjny Cognex oraz urządzenia wykonujące pomiary elektroakustyczne.

Dodatkowym wymaganiem była komunikacja z systemem MES odpowiedzialnym za identyfikację produktów oraz osiągnięcie czasu cyklu wynoszącego około 2 sekund na detal bez ryzyka kolizji robotów.

Rozwiązanie

Opracowałem kompletne oprogramowanie sterujące wykorzystujące Beckhoff TwinCAT 3, które koordynowało wszystkie procesy realizowane przez stanowisko testowe.

Sterownik PLC odpowiadał za zarządzanie przepływem produktów, synchronizację robotów przemysłowych, sterowanie napędami, komunikację z systemem wizyjnym oraz integrację urządzeń wykonujących pomiary elektroakustyczne.

Roboty Mitsubishi SCARA pobierały komponenty z automatycznego podajnika tacek, pozycjonowały je w stanowiskach pomiarowych oraz przekazywały do kolejnych etapów procesu.

System Cognex odpowiadał za lokalizację elementów oraz korekcję pozycji pobrania, zwiększając dokładność oraz niezawodność procesu.

Po zakończeniu testów TwinCAT analizował wyniki pomiarów, automatycznie klasyfikował produkty jako OK lub jedną z 10 kategorii NOK oraz przekazywał dane do systemu MES poprzez komunikację OPC UA.

Cały proces został zoptymalizowany pod kątem maksymalnej wydajności oraz ciągłej pracy produkcyjnej.

Architektura systemu

Sterowanie

Beckhoff CX5140
Beckhoff TwinCAT 3
TwinSAFE

Roboty przemysłowe

2 × Mitsubishi SCARA

Motion Control

Beckhoff Servo Drives
EtherCAT Motion

System wizyjny

Cognex Vision
Lokalizacja komponentów
Korekcja pozycji robota

Stanowiska testowe

Elektroakustyczne stanowiska pomiarowe
Automatyczna klasyfikacja jakości

Komunikacja

EtherCAT
OPC UA
TCP/IP

Zakres odpowiedzialności

Jako główny programista TwinCAT odpowiadałem za:

projekt architektury oprogramowania PLC,
programowanie Beckhoff TwinCAT 3,
synchronizację dwóch robotów Mitsubishi SCARA,
sterowanie ruchem serwonapędów,
integrację systemu Cognex Vision,
integrację urządzeń elektroakustycznych,
implementację komunikacji OPC UA z systemem MES,
logikę klasyfikacji produktów,
implementację alarmów oraz diagnostyki,
konfigurację TwinSAFE,
uruchomienie oraz optymalizację wydajności maszyny.

Rezultaty

Opracowane oprogramowanie umożliwiło:

pełną automatyzację procesu End-of-Line Testing,
integrację robotów przemysłowych, systemu wizyjnego oraz urządzeń pomiarowych,
komunikację z systemem MES poprzez OPC UA,
automatyczną klasyfikację produktów,
wysoką powtarzalność procesu,
bezkolizyjną współpracę dwóch robotów SCARA,
osiągnięcie czasu cyklu około 2 sekund na detal,
skalowalną architekturę oprogramowania TwinCAT.

Najważniejsze rozwiązania techniczne

Największym wyzwaniem projektu było zapewnienie bezkolizyjnej współpracy dwóch robotów pracujących równocześnie w tej samej przestrzeni roboczej.

TwinCAT dynamicznie zarządzał dostępem do wspólnych stref roboczych, synchronizując ruch obu robotów oraz minimalizując czasy oczekiwania pomiędzy kolejnymi operacjami.

System wizyjny lokalizował komponenty przed pobraniem oraz przekazywał współrzędne do sterownika PLC.

Pozwoliło to na automatyczną korekcję pozycji robota oraz zwiększenie dokładności całego procesu.

TwinCAT sterował przebiegiem testów elektroakustycznych oraz odbierał wyniki pomiarów z urządzeń testowych komunikujących się poprzez TCP/IP.

Na podstawie otrzymanych danych oprogramowanie automatycznie podejmowało decyzję o dalszym przebiegu procesu.

Za pomocą OPC UA stanowisko wymieniało dane z systemem MES, zapewniając pełną identyfikowalność każdego testowanego komponentu.

Do systemu nadrzędnego przekazywane były między innymi wyniki testów, klasyfikacja produktu oraz informacje o przebiegu procesu.

Po zakończeniu testów każdy produkt był automatycznie przypisywany do grupy OK lub jednej z 10 zdefiniowanych kategorii NOK.

Takie rozwiązanie umożliwiało szczegółową analizę przyczyn odrzutów oraz monitorowanie jakości produkcji.

Technologie

Beckhoff TwinCAT 3
Beckhoff CX5140

EtherCAT
Mitsubishi SCARA

Cognex Vision
OPC UA
TCP/IP

Najczęściej zadawane pytania

Stanowisko wykorzystywało dwa roboty Mitsubishi SCARA pracujące równocześnie w jednej przestrzeni roboczej.

Do wymiany danych produkcyjnych wykorzystano standard OPC UA, umożliwiający identyfikowalność produktów oraz przesyłanie wyników testów.

System wizyjny odpowiadał za lokalizację komponentów, korekcję pozycji pobrania oraz zwiększenie dokładności procesu.

Po zakończeniu testów elektroakustycznych TwinCAT automatycznie przypisywał produkt do grupy OK lub jednej z dziesięciu kategorii NOK.

Potrzebujesz podobnego rozwiązania?

Jeżeli projektujesz stanowisko End-of-Line Testing wykorzystujące Beckhoff TwinCAT 3, roboty przemysłowe, systemy wizyjne lub integrację z systemem MES, mogę pomóc w opracowaniu kompletnego oprogramowania sterującego dostosowanego do wymagań Twojego procesu.

Omów swój projekt