Accelerazioni spinte ai 12 G con precisioni di posizionamento centesimali. 500 micro-fori laser al secondo eseguiti sincronizzando gli assi lineari con gli impulsi generati dalla sorgente. Si tratta di applicazioni che hanno quasi dell’incredibile e che però hanno tutte una base comune: il grande know-how di chi le ha realizzate e un sistema di automazione e controllo dalle prestazioni eccezionali. L’esperienza di Bi.Lab, azienda bolognese, che ha scelto Beckhoff quale piattaforma standard sulla quale implementare le sue applicazioni.
Fondata nel 2002 come studio di progettazione meccanica a Casalecchio di Reno (BO), Bi.Lab è oggi una realtà consolidata che vanta un ampio know-how tecnico in vari settori dell'ingegneria industriale. Le sue attività di ricerca, progettazione e sviluppo innovativo, che spesso sfociano in domande di brevetto, si concretizzano nella realizzazione di macchine automatiche su misura, fornite 'chiavi in mano' ai clienti, ai quali offre un supporto completo.
Bi.Lab si distingue per la sua expertise nella tecnologia laser, sviluppando prototipi e linee produttive di altissimo livello per diversi settori, tra cui packaging, tessile, automotive, medicale, stampa e alimentare. Il segreto del suo successo risiede anche nell'implementazione dell'automazione avanzata fornita da Beckhoff. Questa partnership, avviata anni fa, ha rappresentato una svolta decisiva per l'azienda. Oggi, ogni progetto di automazione di Bi.Lab si basa sull'architettura PC-based di Beckhoff, assicurando flessibilità, affidabilità e prestazioni elevate, e rispondendo così alle esigenze specifiche dei clienti.
Bi.Lab, Beckhoff e un obiettivo condiviso: l’innovazione
Bi.Lab era alla ricerca di una piattaforma standard per lo sviluppo dell'automazione, in risposta all'aumento della domanda di macchine speciali "chiavi in mano" da parte dei clienti.
“Ci eravamo sempre ‘appoggiati’ alle risorse interne dei nostri clienti, realizzando le automazioni con i sistemi da loro richiesti", afferma Marco Faretra, uno dei soci e CEO di Bi.Lab. "L'esigenza di trovare una piattaforma unica su cui sviluppare i nostri progetti – tutti diversi, tecnologicamente complessi e caratterizzati da un alto livello di innovazione – iniziava a farsi sentire con forza. Abbiamo quindi avviato un processo di benchmarking e ricerca di un partner strategico per fornire una soluzione versatile e performante per soddisfare tutte le nostre esigenze".
La risposta naturale a questa ricerca è arrivata proprio con l'avvio della collaborazione con Beckhoff, la cui piattaforma è così divenuta la base sulla quale oggi Bi.Lab realizza le sue macchine.
Benché le applicazioni siano completamente diverse fra loro, condividono tutte in egual misura i benefici e la flessibilità dell’architettura PC-based, insieme alla semplicità e alla potenza della piattaforma TwinCAT di Beckhoff.
"L'offerta di Beckhoff, completa e al contempo modulare, permette l'integrazione senza difficoltà di hardware e software di terze parti, qualora richiesto dal cliente o dall'applicazione specifica. Grazie a questa versatilità, affrontiamo con sicurezza le sfide del mercato, trovando sempre le soluzioni più adatte, anche nello sviluppo di prototipi," sottolinea Lorenzo Bruscoli, Automation Developer e socio di Bi.Lab.
Taglio e foratura ad elevata dinamica: il plotter laser 3D
Uno dei progetti più recenti e innovativi di Bi.Lab, anch’esso fedele all’architettura Beckhoff, è stato realizzato per un cliente del settore automotive. La sfida era sviluppare un sistema innovativo per il taglio e la foratura di tubi, utilizzando un plotter laser 3D ad alte prestazioni dinamiche. Il progetto richiedeva accelerazioni superiori a 3G, garantendo al contempo una precisione del puntatore laser con tolleranze di centesimi di millimetro su un’area di taglio di 800 x 600 mm. “Le prestazioni eccezionali dell’automazione Beckhoff ci hanno consentito di sviluppare un primo prototipo con risultati nella dinamica veramente sorprendenti, caratterizzati da accelerazioni di 12G sull’asse minore”, prosegue Marco Faretra, che aggiunge: “Il risultato è stato raggiunto anche grazie al supporto diretto della Casa Madre di Beckhoff, che ha messo a disposizione l'esperienza e il know-how dei suoi tecnici altamente specializzati.”.
La soluzione così sviluppata è divenuta la base di riferimento per una moltitudine di successive applicazioni.
Un’applicazione specifica per il comparto automotive
Questa applicazione riguarda la realizzazione di un sistema plotter dedicato al taglio laser di tubi in materiale polimerico.
"Le dinamiche di processo, insieme alla necessità di spingere le precisioni al centesimo di millimetro, richiedevano una struttura estremamente rigida. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo utilizzato tecniche di prototipazione virtuale e sfruttato l’esperienza maturata nella progettazione di sistemi ad elevata dinamica, che ci hanno permesso di ottenere un ‘telaio’, per il plotter laser, di grande rigidezza," sottolinea Davide Carati, Mechanical Engineer di Bi.Lab.
L’esperienza maturata da Bi.Lab a livello di ricerca e sviluppo, nonché le prestazioni già testate in merito alle dinamiche potenzialmente raggiungibili, hanno consentito di fornire al cliente una macchina pienamente funzionante in soli due mesi. Questo è stato ottenuto mettendo a frutto quanto precedentemente sviluppato con l’architettura di automazione e controllo Beckhoff e implementando un sistema che, oltre alla dinamica, ha raggiunto gli obiettivi richiesti anche dal punto di vista della qualità.
Tra i requisiti di progetto vi era anche quello di realizzare lavorazioni ‘pulite’: il tubo doveva essere tagliato senza che fossero lasciati sfridi o residui al suo interno. Obiettivo pienamente raggiunto controllando in modo molto preciso e ripetibile la posizoine dello spot laser in ogni istante andando a rimuovere ogni imperfezione anche nel caso di fori con elevato rapporto profondità diametro.
Innovazione e precisione: il ruolo chiave di Beckhoff
Per soddisfare le esigenze del cliente e consegnare la macchina nei tempi stretti previsti, il sistema Beckhoff ha giocato un ruolo cruciale. Al centro del controllo troviamo il CX5140, un Embedded PC con processore Intel Atom quad-core a 1.91 GHz, caratterizzato da un basso consumo energetico e da un design senza ventole, capace di massimizzare le performance grazie alla gestione dei processi in multicore.
Gli assi del plotter sono stati equipaggiati con motori lineari serie AL8000 e servo drive compatti della famiglia AX5000, con i quali è stato possibile ottenere dinamiche e precisioni di posizionamento davvero elevate.
L’applicazione è stata dunque sviluppata su base TwinCAT, avvalendosi dei moduli software motion TwinCAT NC PTP e TwinCAT NC I, modulo quest’ultimo che permette di eseguire ed interpretare direttamente il G-code. Il software esegue l'interpolazione degli assi, elaborando i dati cinematici di ogni singolo motore tenendo conto anche dei valori di massa e inerzia. Questo consente di calcolare con precisione i valori nominali di coppia e velocità per ciascun asse, che vengono trasmessi ciclicamente e ad alta velocità ai servoazionamenti attraverso il protocollo EtherCAT. L'intero processo è stato gestito utilizzando l'ambiente di sviluppo Beckhoff, inclusa l'implementazione della sicurezza intrinseca grazie alle funzionalità integrate di TwinSAFE.
PC standard e tecnologia laser: flessibilità e precisione ai massimi livelli
L'utilizzo di una piattaforma PC standard offre vantaggi significativi in termini di flessibilità, facilità d'uso e integrazione di moduli hardware e software esterni. Un esempio concreto delle potenzialità di questa tecnologia è dato dal plotter laser sviluppato da Bi.Lab. In una delle sue varianti avanzate, il sistema è in grado di sincronizzare gli assi con gli impulsi della sorgente laser, consentendo di eseguire fino a 500 micro-fori al secondo su un pattern predefinito. Un risultato straordinario che lascia spazio all'incredulità.
Guardando al futuro, grazie ai vantaggi offerti dalla piattaforma Beckhoff, si pensa all'integrazione di soluzioni Beckhoff anche per la robotica e la visione, aprendo la strada a nuove possibilità operative.
