无损检测技术在航空航天领域的应用

Innerspec 公司自 1989 年成立以来，始终保持着无损检测系统领域先驱者的角色。该公司总部位于弗吉尼亚州的福里斯特，其工程师团队专注于为航空航天、交通运输、能源等多个领域的领军企业设计并打造定制化的无损检测系统。他们还开发了电磁超声（EMAT）等先进的检测技术，该技术在应用时无需依赖液体超声耦合剂。为了满足不同客户的多样化需求，该公司提供了多种检测类型，包括超声波检测（UT）、涡流检测和相控阵超声检测（PAUT）。

Innerspec 凭借倍福提供的开放且可扩展技术的高度灵活性，成功满足了各类部件及检测方法的实际需求。

对关键部件进行全面测试

Innerspec 研发的 Robotic Twin 系统总计集成了 18 个协同运动的轴，包括两个安装在轨道上的机器人、一个用于涡流检测的转盘、一个线性旋转执行器，以及一个容量达 5000 加仑（约 19000 升）的超声检测水箱，该水箱内部还配备了一个转盘，能够处理重量高达 3000 磅（1360 千克）的部件。

在这个系统中，自动化组件能够确保测试数据在工业服务器及两台第三方 PC 之间实现无缝共享。其中，一台 PC 负责采集和安全存储数据，而另一台 PC 则供具备专业技能的人员进行手动分析。

Cory Grant 在无损检测系统建造领域的初次尝试，是与一家系统集成商携手合作完成的。在那里，他亲眼见证了倍福的 EtherCAT 技术和基于 PC 的控制技术如何为测试测量应用领域打造一个既强大又灵活的平台。自 2021 年加入 Innerspec 以来，他便与公司内部的工程团队合作，开始转向采用倍福技术。

自动化软件加速开发进程

据 Innerspec 专家介绍，倍福的 TwinCAT 软件是提升无损检测系统性能和灵活性的关键所在。该软件不仅简化了 PLC 和 PTP 运动控制的实现，还为自动化的各个层面提供了端到端的开发和 Runtime 环境。“得益于 TwinCAT 与 Microsoft Visual Studio® 的集成，工程师们能够使用最适合其应用需求的编程语言进行开发。”倍福销售经理 Rodney Reid 说道，“这些语言包括面向对象的 IEC 61131-3 标准语言、自定义和预定义的功能块，以及 C#、C++ 和 Python 等计算机科学语言。”Cory Grant 充分利用了这一优势，促进了控制工程师与软件工程师之间的协同合作。他们共同在 TwinCAT HMI 中搭建了设备的操作界面，该界面支持 HTML5 和 JavaScript 等网页设计标准，能够打造出具有现代感的用户体验（UX）。

TwinCAT XML Server 也为 Innerspec 的系统增添了优势。此功能包含一个 PLC 库，使得用户可以方便地读写访问作为变量存储在 PLC 中的 XML 数据。

航空航天测试中心的核心控制系统

倍福 CX5130 嵌入式控制器用作整个系统的设备控制器。CX5130 通过直接连接的 EtherCAT 端子模块从机械臂末端工具的各类传感器中采集数据，并使用 TwinCAT IoT 中的 OPC UA 和 MQTT 功能将这些数据发送至系统的服务器和分析 PC 中。这款多核设备控制器凭借其极快的周期时间，能够支持由 AM8000 伺服电机和 AX5206 伺服驱动器驱动的四个伺服轴以及 16 个第三方电机和两个机器人控制器实现高精度的运动控制。

最终构建了一个能够在水下检测直径达 100 英寸（250 厘米）、重量达 2500 磅（超过一吨）的部件的高性能系统。“在转盘升降过程中，TwinCAT 的软件齿轮库能够完美地实现电机的同步控制。”Cory Grant 说道，“当转盘接近水箱底部时，伺服系统会自动从位置控制模式切换至扭矩控制模式。我们通过调整电机至预设扭矩，将框架推送至水箱底部，使其与楔形硬质挡块紧密接触，进而将其固定到位。这样，巨大的部件即便以每分钟 30 转的速度高速旋转，依然能够保持稳定状态。”

两个双通道 AX5206 伺服驱动器负责为全部四台倍福电机提供动力。它们还通过 TwinSAFE。直接在驱动器组件中集成了安全功能。通过采用 Safety over EtherCAT（FSoE）通信协议，系统能够支持一系列安全相关的驱动功能，包括 STO、SS1 和 SS2。

EtherCAT 的实时通信功能使得各个运动轴之间能够实现高精度的同步控制。此外，通过单电缆技术 (OCT）将供电和通信功能集于一体，有助于减少这个约 120 英尺（或约 36 米）长的系统所需的布线时间和成本。