应用案例 | 基于 PC 的胶带自动粘贴机器人控制解决方案

工业领域中的很多复杂流程都能实现自动化，比如将胶带粘贴到不同几何形状的部件上。然而，对于机器人辅助贴胶带系统来说，胶带材料的供料是一个痛点。Innovative Automation 采用倍福控制技术开发出 RoboTape 平台，它配备远程供料模块，可以提高生产效率，并可根据不同的应用需求灵活定制。

胶粘剂领域不断涌现出需要使用定制化胶带、泡沫等产品的应用。然而，胶带自动分配系统却没有跟上发展的步伐，缺乏灵活性，无法满足行业的多样化需求。RoboTape 为摆脱这一困境提供了解决方案。总部位于加拿大安大略省巴里市的定制设备制造商和系统集成商 Innovative Automation 公司开发了这一平台，并专为该平台单独成立了一个新的业务部门。RoboTape 将先进的机器人技术和灵活的控制技术相结合，适用于各种应用：从专注于汽车行业的 B2B 公司到大型快消品企业，以及各种零部件几何形状和胶粘剂类型。

RoboTape 是一种可扩展的工业胶带自动化粘贴解决方案，其灵活、紧凑的粘贴头可以处理处理任何形状复杂的工件

位于安大略省纽马克特的 RoboTape 业务部门推出了一款入门级解决方案，即结构紧凑的“RoboTape Lite”工作单元。RoboTape 标准工作单元配备了封闭式工业机器人，支持更高的生产吞吐量。这种高性能促成了全球领先的工业胶带解决方案供应商 3M 公司与 Innovative Automation 的合作，他们共同开发了用于 3M™ 胶带的 RoboTape™ 系统。

从设备单元外部供给胶带

现有解决方案的主要痛点在于机器人的尺寸和操纵性，因为在大多数系统中，胶带卷材以及一个用于接收废弃离型纸的空卷一起放置在机械臂末端。此外，操作人员必须等到系统贴完胶带，将系统置于安全状态后才能进入工作单元装入胶带卷材，这会浪费很多宝贵的时间。

倍福面板型 PC CP6706 用于设备控制，提供直观的操作界面，用于检索配方和切换功能

因此，我们产生了使用远程供料模块的想法，它可以与工作单元外部的卷位置相对应。我们目前正在申请该模块的全球国际专利。它还有助于解决机器人尺寸问题，允许使用更大的胶带卷材，并延长系统的正常运行时间。因此深受汽车行业大客户的青睐;它目前也是唯一能真正解决所有问题的解决方案。”

—— Innovative Automation 公司研发组长

Zac Cutt

RoboTape 能够接收并切碎远程供料模块上的离型纸，其优化设计显著减小了所需机器人的尺寸，RoboTape 专利所有者兼 Innovative Automation 公司总裁 Michael Lalonde 解释道：“我们的目标是实现 10 公斤级轻型机器人，因此将胶带粘贴工具设计得轻巧紧凑是首要任务。这样，工具可以在更狭窄的区域内工作，并减小工作单元的整体尺寸和成本。这些都是我们的客户一直以来的要求。”

在 RoboTape 投入使用之前，还有很多挑战需要克服。团队必须针对各种各种不同类型的机器人进行调整，确保解决方案能够不断适应贴胶带粘贴工艺中使用的新部件，并能够收集和快速处理大量传感器数据。

自动化新技术简化项目实施

“2020 年，我们建立了一个决策矩阵，对比了四家控制系统供应商。”Zac Cutt 回忆道。“我们对四家供应商提供的所有技术、优势、成本等方面进行了比较，最终决定选择倍福，因为他们的解决方案与 RoboTape 系统最为匹配。”Innovative Automation 与倍福加拿大子公司的销售和技术支持团队密切合作。区域销售经理 Paul Pierre 和应用工程师 Jim Fallowfield 提供了从 TwinCAT 3 自动化软件编程到 EtherCAT 通信等各个方面的咨询服务和技术支持，加快了设计、调试和运行。

RoboTape 系统的远程供料系统让操作人员能够在不进入机器人工作单元的情况下更换卷材

RoboTape 公司控制工程师 Sean Robillard 对这种用户友好的软件方案表示了赞善：“我们在 TwinCAT 项目中为每个基于 PC 的控制器创建了一个文件夹。该代码中已经包含所有的安全和 I/O 功能，因此可以轻松管理系统的开发过程。因此帮助我们实施了不同的配方，指导系统以规定的速度分配胶带。”

设备操作人员可以查看所有的输入和输出，切换气缸、指示灯和传感器，以及调整设备的其它方面。所有这些功能都集成在同一个 TwinCAT 软件包中，因此加快了开发速度，并简化了 HMI 的设计。”

—— RoboTape 项目经理 Josh Vander Doelen

倍福适合控制柜安装的经济型面板型 PC CP6706 为该应用提供了足够的计算能力。它搭载了 Atom® 双核处理器、4 GB 内存、40 GB CFast 卡和 1 秒 UPS。该工业 PC 配备了一个 7 英寸触摸屏作为操作界面，并且通过 TwinCAT 自动化软件提供开箱即用的云连接。

控制系统采用 EtherCAT 工业以太网系统与机器人以及其它现场设备进行实时通信。EtherCAT 是一项开放的技术，支持集成其它协议，这使得 RoboTape 团队可以将各种不同品牌的机器人以及传感器和编码器等第三方设备整合到客户设备中。“例如，我们使用大量 IO-Link 传感器来收集尽可能多的数据。”Zac Cutt 补充道，“如果我们需要使用更多的传感器，我们只需在主 I/O 网段中添加更多倍福的 EL6224 IO-Link 端子模块即可。”

据 RoboTape 专家介绍，通过使用 TwinSAFE 解决方案集成安全功能，平台可以最大限度地保护人员和设备的安全。在操作人员打开其外壳时，远程供料模块就会进入安全状态。由于供料模块内部装有用于切碎离型纸的刀片及其它夹紧点，因此必须确保达到这样的安全等级。Innovative Automation 因此使用 TwinSAFE 安全输入和输出端子模块来直接连接机器人单元的安全防护门、光幕或地面传感器等。这些 TwinSAFE I/O 端子模块使用 Safety over EtherCAT (FSoE)协议和“黑通道”方法通过标准的 EtherCAT 网络进行安全数据通信，因此安全设备之间无需复杂的硬接线。

为最终用户提供支持

“我们的系统平均运行时间为 8 小时，然后需要补料，但根据材料的不同，这个时间可能会更长。”Zac Cutt 说道。“例如，一位客户使用一捆卷材生产了 14,000 英尺(超过 4000 米)的毛毡胶带，因此他们每天生产的量足够大约 2000 辆汽车使用，每周只需更换一次卷材。”

另一家汽车零部件一级供应商通过移除两个手动贴胶带工位，减小了装配区域的总占地面积。此外，它还能缓解劳动力短缺问题。最终，客户在粘胶剂应用上每家工厂每年节省了约 22.5 万加元。

“通过我们的新物联网功能，我们可以看到哪些设备模式被激活以及持续时间。因此，如果一个系统长时间处于服务模式，这可能表明需要进行维护，或者某个操作人员需要接受更多培训才能达到正常运行时间。”Zac Cutt 说道，“我们可以看到设备综合效率(OEE)，结合内部和环境温度等指标，进一步优化和提高可靠性。”

“始终如一地为客户提供优质服务和技术支持是我们选择倍福最重要的原因之一，希望未来我们能够继续合作。”Michael Lalonde 说道。