無損檢測技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

Innerspec 公司自 1989 年成立以來，始終保持著無損檢測系統(tǒng)領(lǐng)域先驅(qū)者的角色。該公司總部位于弗吉尼亞州的福里斯特，其工程師團(tuán)隊專注于為航空航天、交通運(yùn)輸、能源等多個領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)設(shè)計并打造定制化的無損檢測系統(tǒng)。他們還開發(fā)了電磁超聲（EMAT）等先進(jìn)的檢測技術(shù)，該技術(shù)在應(yīng)用時無需依賴液體超聲耦合劑。為了滿足不同客戶的多樣化需求，該公司提供了多種檢測類型，包括超聲波檢測（UT）、渦流檢測和相控陣超聲檢測（PAUT）。

Innerspec 憑借倍福提供的開放且可擴(kuò)展技術(shù)的高度靈活性，成功滿足了各類部件及檢測方法的實(shí)際需求。

對關(guān)鍵部件進(jìn)行全面測試

Innerspec 研發(fā)的 Robotic Twin 系統(tǒng)總計集成了 18 個協(xié)同運(yùn)動的軸，包括兩個安裝在軌道上的機(jī)器人、一個用于渦流檢測的轉(zhuǎn)盤、一個線性旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，以及一個容量達(dá) 5000 加侖（約 19000 升）的超聲檢測水箱，該水箱內(nèi)部還配備了一個轉(zhuǎn)盤，能夠處理重量高達(dá) 3000 磅（1360 千克）的部件。

在這個系統(tǒng)中，自動化組件能夠確保測試數(shù)據(jù)在工業(yè)服務(wù)器及兩臺第三方 PC 之間實(shí)現(xiàn)無縫共享。其中，一臺 PC 負(fù)責(zé)采集和安全存儲數(shù)據(jù)，而另一臺 PC 則供具備專業(yè)技能的人員進(jìn)行手動分析。

Cory Grant 在無損檢測系統(tǒng)建造領(lǐng)域的初次嘗試，是與一家系統(tǒng)集成商攜手合作完成的。在那里，他親眼見證了倍福的 EtherCAT 技術(shù)和基于 PC 的控制技術(shù)如何為測試測量應(yīng)用領(lǐng)域打造一個既強(qiáng)大又靈活的平臺。自 2021 年加入 Innerspec 以來，他便與公司內(nèi)部的工程團(tuán)隊合作，開始轉(zhuǎn)向采用倍福技術(shù)。

自動化軟件加速開發(fā)進(jìn)程

據(jù) Innerspec 專家介紹，倍福的 TwinCAT 軟件是提升無損檢測系統(tǒng)性能和靈活性的關(guān)鍵所在。該軟件不僅簡化了 PLC 和 PTP 運(yùn)動控制的實(shí)現(xiàn)，還為自動化的各個層面提供了端到端的開發(fā)和 Runtime 環(huán)境。“得益于 TwinCAT 與 Microsoft Visual Studio® 的集成，工程師們能夠使用最適合其應(yīng)用需求的編程語言進(jìn)行開發(fā)。”倍福銷售經(jīng)理 Rodney Reid 說道，“這些語言包括面向?qū)ο蟮?IEC 61131-3 標(biāo)準(zhǔn)語言、自定義和預(yù)定義的功能塊，以及 C#、C++ 和 Python 等計算機(jī)科學(xué)語言。”Cory Grant 充分利用了這一優(yōu)勢，促進(jìn)了控制工程師與軟件工程師之間的協(xié)同合作。他們共同在 TwinCAT HMI 中搭建了設(shè)備的操作界面，該界面支持 HTML5 和 JavaScript 等網(wǎng)頁設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，能夠打造出具有現(xiàn)代感的用戶體驗(yàn)（UX）。

TwinCAT XML Server 也為 Innerspec 的系統(tǒng)增添了優(yōu)勢。此功能包含一個 PLC 庫，使得用戶可以方便地讀寫訪問作為變量存儲在 PLC 中的 XML 數(shù)據(jù)。

航空航天測試中心的核心控制系統(tǒng)

倍福 CX5130 嵌入式控制器用作整個系統(tǒng)的設(shè)備控制器。CX5130 通過直接連接的 EtherCAT 端子模塊從機(jī)械臂末端工具的各類傳感器中采集數(shù)據(jù)，并使用 TwinCAT IoT 中的 OPC UA 和 MQTT 功能將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)的服務(wù)器和分析 PC 中。這款多核設(shè)備控制器憑借其極快的周期時間，能夠支持由 AM8000 伺服電機(jī)和 AX5206 伺服驅(qū)動器驅(qū)動的四個伺服軸以及 16 個第三方電機(jī)和兩個機(jī)器人控制器實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動控制。

最終構(gòu)建了一個能夠在水下檢測直徑達(dá) 100 英寸（250 厘米）、重量達(dá) 2500 磅（超過一噸）的部件的高性能系統(tǒng)。“在轉(zhuǎn)盤升降過程中，TwinCAT 的軟件齒輪庫能夠完美地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步控制。”Cory Grant 說道，“當(dāng)轉(zhuǎn)盤接近水箱底部時，伺服系統(tǒng)會自動從位置控制模式切換至扭矩控制模式。我們通過調(diào)整電機(jī)至預(yù)設(shè)扭矩，將框架推送至水箱底部，使其與楔形硬質(zhì)擋塊緊密接觸，進(jìn)而將其固定到位。這樣，巨大的部件即便以每分鐘 30 轉(zhuǎn)的速度高速旋轉(zhuǎn)，依然能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)。”

兩個雙通道 AX5206 伺服驅(qū)動器負(fù)責(zé)為全部四臺倍福電機(jī)提供動力。它們還通過 TwinSAFE。直接在驅(qū)動器組件中集成了安全功能。通過采用 Safety over EtherCAT（FSoE）通信協(xié)議，系統(tǒng)能夠支持一系列安全相關(guān)的驅(qū)動功能，包括 STO、SS1 和 SS2。

EtherCAT 的實(shí)時通信功能使得各個運(yùn)動軸之間能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的同步控制。此外，通過單電纜技術(shù) (OCT）將供電和通信功能集于一體，有助于減少這個約 120 英尺（或約 36 米）長的系統(tǒng)所需的布線時間和成本。