Riprogettazione dell'automazione basata su PC per il taglio laser di tubi ad alta velocità

Monitor multi-touch serie CP29xx e tastiera multifunzione CNC-specifics con collegamento EtherCAT

Campi di applicazione: lavorazione di coil di lamiera, taglio laser 3D orbitale, produzione di tubi
Settori industriali: sistemi di riscaldamento e ventilazione, produzione di canne fumarie, industria automobilistica

TTEngineering, con sede a Lomazzo (Italia), è specializzata da oltre 30 anni nella produzione di macchine di processo automatizzate che trasformano i coil di lamiera in tubi finiti. La serie Top comprende due macchine da taglio laser orbitale 3D, progettate per operare come unità autonome o integrate all'interno di linee di produzione robotizzate. Questi sistemi gestiscono geometrie complesse, tra cui tagli curvi, giunzioni a 90 gradi e innesti laterali.

Un collo di bottiglia critico nelle versioni precedenti della macchina riguardava la realizzazione dei microgiunti: ponticelli di materiale inferiori a 0,1 mm mantenuti durante il taglio per stabilizzare i pezzi ed evitare il distacco dello scarto prima della finitura secondaria. Le architetture CNC tradizionali non disponevano della velocità di elaborazione necessaria per modulare dinamicamente la potenza del laser in prossimità di queste micro-geometrie. Di conseguenza, il sistema doveva decelerare gli assi, azzerare la potenza della sorgente laser e riavviare il ciclo di taglio, con conseguenti cali di prestazioni e un sensibile allungamento dei tempi ciclo complessivi.

Per superare questi limiti, TTEngineering ha avviato una riprogettazione completa del controllo, puntando su una maggiore potenza di calcolo, una sincronizzazione più stretta tra assi di movimento e sorgente laser e un'integrazione software ottimizzata.

Controllo multiasse coordinato e interpolazione dei sensori
L'architettura aggiornata della serie Top è incentrata su un PC embedded Beckhoff CX2033 dotato di processore dual-core AMD Ryzen™ V1202B (2,3 GHz), che esegue il software TwinCAT su comunicazione ad alta velocità EtherCAT. Il controllo del movimento è gestito da un sistema di servoazionamenti multiasse AX8000 abbinato a servomotori AM8000, garantendo una sincronizzazione dinamica tra gli assi rotativi e lineari dell'impianto.

Durante le operazioni di taglio, gli algoritmi NC interpolano il moto rotatorio e lineare per guidare la testa di taglio. Poiché la lamiera del tubo ricavata da coil si discosta dalla perfetta circolarità, un sensore capacitivo rileva le variazioni di altezza in tempo reale, inviando i dati all'anello di retroazione per mantenere costante la distanza tra ugello e pezzo. La velocità del bus in tempo reale e la capacità di calcolo consentono ai drive AX8000 di eseguire queste traiettorie in modo continuo, eliminando le interruzioni di movimento (stop-and-go) precedentemente richieste per il taglio dei microgiunti.

L'interfaccia operatore è affidata a un pannello di comando multi-touch Beckhoff CP29xx, abbinato a una tastiera multifunzione dedicata alle applicazioni CNC.



L’architettura di sistema composta da PC embedded CX2033, servoazionamenti AX8000, I/O, TwinSAFE logic e comunicazione ultra veloce di EtherCAT

Architettura software unificata e sicurezza integrata
TTEngineering ha migrato la propria logica di controllo sulla suite software TwinCAT, riducendo l'impegno di programmazione e consolidando funzioni hardware eterogenee.

«TwinCAT è una piattaforma di sviluppo estremamente flessibile che si è dimostrata perfetta per le nostre esigenze. L'intero processo di sviluppo ha potuto essere controllato con precisione, incluse le funzionalità più complesse. Siamo stati inoltre in grado di integrare parti di codice C# già sviluppate in precedenza. Ci ha colpito anche la precisione e la semplicità con cui è possibile passare dalla simulazione cinematica all'effettiva esecuzione dei movimenti macchina. Questo ci ha permesso di sviluppare gran parte dell'applicazione e ottenere risultati affidabili già in fase di prototipazione.» — Roberto Angeli, Sviluppatore Software, TTEngineering

Il flusso di lavoro di programmazione ha tratto notevole vantaggio dall'architettura di TwinCAT, che consente agli sviluppatori di accedere direttamente alle variabili interne della macchina senza passare per il PLC.

Sul fronte della sicurezza macchina, TTEngineering ha integrato i moduli TwinSAFE direttamente nel segmento I/O standard. L'esecuzione delle funzioni di sicurezza e del controllo standard su un'unica piattaforma ha eliminato i controllori di sicurezza separati e i relativi cablaggi. Le routine di sicurezza a livello di asse — tra cui Safe Torque Off (STO), Safely-Limited Speed (SLS) e Safe Brake Test (SBT) — sono configurate e gestite nativamente all'interno dell'ambiente di sviluppo principale.

Integrazione modulare e sviluppi futuri nella visione ottica
L'infrastruttura standardizzata basata su EtherCAT supporta un'espansione meccanica modulare, rendendo possibile l'interfacciamento delle unità di taglio standalone con isole robotizzate di carico e scarico senza richiedere riprogettazioni strutturali.

In prospettiva, TTEngineering intende sfruttare la capacità di elaborazione della piattaforma PC per perfezionare il sistema ottico di rilevamento del cordone di saldatura, attualmente tracciato tramite diodo laser e telecamera. Il team di progettazione sta valutando gli algoritmi TwinCAT Vision e l'hardware di visione Beckhoff per implementare il riconoscimento dei profili basato su intelligenza artificiale direttamente sul controllore macchina.

A cura di Romila DSilva, redattrice di Induportals, con l'assistenza dell'IA.