位于德國 Herzogenrath 的 Aixemtec 有限公司開發(fā)各種電子光學系統(tǒng)精密裝配自動化解決方案。這家高科技公司于 2016 年成立，是德國弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所(IPT)的衍生公司，提供基于模塊化系統(tǒng)的定制解決方案，包括進料、搬運、超精密裝配的顯微作和測量，以及質(zhì)保。倍福基于 PC 的控制技術(shù)，包括 TwinCAT Vision 軟件，確保了高精度、高速度的工藝流程。

　　光學系統(tǒng)被廣泛用于各種核心技術(shù)部件日益微型化的產(chǎn)品。此外還可用于自動駕駛使用的傳感器和相機(如 LiDAR 系統(tǒng)和駕駛輔助相機)、手勢識別和高功率激光器的光束整形。這些光學系統(tǒng)的裝配精度要求從幾微米到幾百納米不等。再加上循環(huán)時間不到一秒鐘，且每臺設備每年生產(chǎn)幾百萬個部件，這對整個自動化系統(tǒng)提出了特別高的要求。

　　緊湊、靈活的自動化技術(shù)

　　Aixemtec 以全面的模塊化系統(tǒng)平臺為基礎，為各種應用領(lǐng)域提供裝配解決方案。每臺設備都采用了可擴展的外殼設計方案，經(jīng)常會使用高精度和高動態(tài)的直線驅(qū)動器。倍福的自動化組件可以優(yōu)化整個平臺的空間利用率，同時還能夠大幅減少系統(tǒng)的占地面積。比如用于控制直線電機的結(jié)構(gòu)緊湊的模塊化 AX8000 伺服驅(qū)動器，它明顯減少了控制柜中被占用的空間。

　　高性能的 C6032 超緊湊型工業(yè) PC 是減小系統(tǒng)體積的另一個關(guān)鍵因素：到目前為止，除了使用 CX5130 嵌入式控制器進行設備控制之外，還使用了一臺單獨的 PC 進行圖像處理、人機界面和順序控制，而現(xiàn)在，C6032 承擔了所有這些任務。倍福的緊湊型驅(qū)動技術(shù)，如驅(qū)動 AM8100 伺服電機的 EL72xx 系列 EtherCAT 伺服端子模塊，以及高密度 EtherCAT 端子模塊，也確保節(jié)省 DIN 導軌上的空間?！懊總€軸模塊的尺寸都很小，可以將模塊排成一列，并集成安全功能，由于采用 EtherCAT 總線系統(tǒng)，因此無需額外布線，比我們之前使用的解決方案相比，節(jié)省了 63% 的安裝空間。當然，我們也可以用它來控制第三方驅(qū)動器?！盇ixemtec 公司設備開發(fā)主管 Sebastian Sauer 解釋道。

　　高性能 C6032 超緊湊型工業(yè) PC 使用大量的 TwinCAT 軟件功能(如 TwinCAT Vision)控制所有的設備和工藝順序

　　廣泛的硬件和軟件接口

　　中央工業(yè) PC C6032 具備強大的多核計算能力，負責控制所有設備部件。在軟件方面，除了使用 TwinCAT PLC、TwinCAT NC PTP、TwinSAFE 和 TwinCAT HMI 之外，還使用了 TwinCAT Vision，它在連接多達 8 個工業(yè)相機方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。針對處理鏈的一些準備工作在實時環(huán)境之外一個專門開發(fā)的高級語言程序中進行。在這里，倍?；?PC 的控制系統(tǒng)能夠?qū)?TwinCAT 與用戶專用的程序無縫集成在同一臺工業(yè)PC 上。TwinCAT 支持不同軟件系統(tǒng)之間使用 ADS 或 OPC UA 等通用的通信接口進行所需的通信。

　　Sebastian Sauer 解釋道：

　　“Aixemtec 與倍福在理念上非常契合：我們希望我們能以合作伙伴的身份為客戶的整個產(chǎn)品鏈提供服務。因此，倍福已經(jīng)成為我們自動化技術(shù)的主要合作伙伴，他們可以一站式提供運動控制、HMI 與圖像處理等各種技術(shù)支持，雙方一直保持密切溝通，避免了因溝通不暢帶來的巨大損失?！?/p>

　　用于微透鏡的高動態(tài)取放工藝

　　例如，微透鏡的取放是一個要求很高的工藝過程。在組裝隨機送入的微透鏡前，必須首先在刀架上按照特定方向排列這些微透鏡，以便在工件庫中快速、精確地定位易碎的部件。在很多情況下，這些部件的橫截面只有幾根頭發(fā)絲寬。

　　微透鏡在一個背光表面上被批量送入。這個表面通過 XYZ 運動學用相機進行掃描，生成一個正在被檢查的區(qū)域的二維全景圖。借助 EtherCAT 分布式時鐘功能，實現(xiàn) TwinCAT NC 軸控制與 TwinCAT Vision 的高精度時間同步，使得圖像捕獲可以與軸位置精確對齊。以前使用的是耗時的 PTP 運動過程，而 TwinCAT Vision 可以將該過程的設置時間至少減少 8 倍，無需因為每次的圖像捕捉動作而停止運動。在“飛越”過程中創(chuàng)建的每個圖像都被實時插入到一個具有像素級精度的整體圖像中。利用這個整體圖像，通過圖像處理來識別微透鏡，并測量它們當前的姿態(tài)。這樣可以制定一個高效的工作計劃，即 pick-and-place system 取放系統(tǒng)應如何拾取每個鏡頭，確定它們在所有空間維度上的姿態(tài)并將它們放好。由 AX8000 控制的直線軸能夠?qū)崿F(xiàn)高動態(tài)和高精度運動。

　　在接下來的步驟中，已經(jīng)準備好組裝的微透鏡與光源粘接在一起。為此，粘合劑分配器將固定量的粘合劑涂在微透鏡上。精確計量是正確裝配的關(guān)鍵，因此，在分配過程中，必須通過相機系統(tǒng)對液滴流量持續(xù)進行監(jiān)測和調(diào)整。未來，這項任務也將使用 TwinCAT Vision 實現(xiàn)，通過 EL2596 LED 閃光燈控制端子模塊和分布式時鐘功能可以完美同步液滴觸發(fā)、圖像捕捉和曝光等過程。在粘合劑變硬之前，待裝配的系統(tǒng)的光學功能借助閉環(huán)控制的 6D 機械手進行優(yōu)化。

　　模塊化的 AX8000 伺服驅(qū)動器節(jié)省了大量控制柜空間

　　結(jié)論

　　Sebastian Sauer 總結(jié)道：“包括 TwinCAT Vision 在內(nèi)的軟硬件一體化解決方案對我們來說是一個十分理想的解決方案。分布式時鐘功能和 XFC 技術(shù)讓我們能夠保留我們的模塊化設計。TwinCAT Vision 能夠完全在實時環(huán)境中進行圖像處理。這對我們以及我們的客戶來說是一個獨特的優(yōu)勢，在實時環(huán)境之外的應用中，我們已經(jīng)幾乎完全依賴 OpenCV。事實上，倍福也將此作為其產(chǎn)品的基礎，即我們可以在現(xiàn)有專業(yè)知識的基礎上繼續(xù)開發(fā)?！?/p>

　　倍福全面的產(chǎn)品系列可以確保在開發(fā)設計過程中實現(xiàn)統(tǒng)一的工作流程，同時實現(xiàn)高性能而又緊湊的設備設計。多樣化的軟件和硬件接口能夠以一致的方式解決所有難題。Aixemtec 公司的開放式系統(tǒng)解決方案的靈活性非常高，因此可以映射出任何客戶專用的工藝過程?！肮I(yè)圖像處理一直以來都是最先進的，也是我們設備架構(gòu)的基石之一?，F(xiàn)在，通過 TwinCAT Vision 可以用循環(huán)同步的方式將圖像處理功能集成到過程控制中?！盇ixemtec 公司總經(jīng)理 Sebastian Haag 在解釋該開發(fā)項目的優(yōu)勢時說道。

　　從左至右：Aixemtec 公司總經(jīng)理 Sebastian Haag、倍福亞琛辦事處應用和高校管理部的 Christian Kukla，以及 Aixemtec 公司設備開發(fā)主管 Sebastian Sauer 在部件裝配系統(tǒng)前