位于德國 Herzogenrath 的 Aixemtec 有限公司開發各種電子光學系統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技術研究所（IPT）的衍生公司，提供基于模塊化系統的定制解決方案，包括進料、搬運、超精密裝配的顯微作和測量，以及質保。倍福基于 PC 的控制技術，包括 TwinCAT Vision 軟件，確保了高精度、高速度的工藝流程。
光學系統被廣泛用于各種核心技術部件日益微型化的產品。此外還可用于自動駕駛使用的傳感器和相機（如 LiDAR 系統和駕駛輔助相機）、手勢識別和高功率激光器的光束整形。這些光學系統的裝配精度要求從幾微米到幾百納米不等。再加上循環時間不到一秒鐘，且每臺設備每年生產幾百萬個部件，這對整個自動化系統提出了特別高的要求。
緊湊、靈活的自動化技術
Aixemtec 以全面的模塊化系統平臺為基礎，為各種應用領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，經常會使用高精度和高動態的直線驅動器。倍福的自動化組件可以優化整個平臺的空間利用率，同時還能夠大幅減少系統的占地面積。比如用于控制直線電機的結構緊湊的模塊化 AX8000 伺服驅動器，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 PC 是減小系統體積的另一個關鍵因素：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，而現在，C6032 承擔了所有這些任務。倍福的緊湊型驅動技術，如驅動 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，也確保節省 DIN 導軌上的空間。“每個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，因此無需額外布線，比我們之前使用的解決方案相比，節省了 63% 的安裝空間。當然，我們也可以用它來控制第三方驅動器。”Aixemtec 公司設備開發主管 Sebastian Sauer 解釋道。
高性能 C6032 超緊湊型工業 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 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 個工業相機方面發揮了關鍵作用。針對處理鏈的一些準備工作在實時環境之外一個專門開發的高級語言程序中進行。在這里，倍福基于 PC 的控制系統能夠將 TwinCAT 與用戶專用的程序無縫集成在同一臺工業PC 上。TwinCAT 支持不同軟件系統之間使用 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品鏈提供服務。因此，倍福已經成為我們自動化技術的主要合作伙伴，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。”
用于微透鏡的高動態取放工藝
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域的二維全景圖。借助 EtherCAT 分布式時鐘功能，實現 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。這樣可以制定一個高效的工作計劃，即 pick-and-place system 取放系統應如何拾取每個鏡頭，確定它們在所有空間維度上的姿態并將它們放好。由 AX8000 控制的直線軸能夠實現高動態和高精度運動。
在接下來的步驟中，已經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鍵，因此，在分配過程中，必須通過相機系統對液滴流量持續進行監測和調整。未來，這項任務也將使用 TwinCAT Vision 實現，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、圖像捕捉和曝光等過程。在粘合劑變硬之前，待裝配的系統的光學功能借助閉環控制的 6D 機械手進行優化。
模塊化的 AX8000 伺服驅動器節省了大量控制柜空間
結論
Sebastian Sauer 總結道：“包括 TwinCAT Vision 在內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勢，在實時環境之外的應用中，我們已經幾乎完全依賴 OpenCV。事實上，倍福也將此作為其產品的基礎，即我們可以在現有專業知識的基礎上繼續開發。”
倍福全面的產品系列可以確保在開發設計過程中實現統一的工作流程，同時實現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。“工業圖像處理一直以來都是最先進的，也是我們設備架構的基石之一。現在，通過 TwinCAT Vision 可以用循環同步的方式將圖像處理功能集成到過程控制中。”Aixemtec 公司總經理 Sebastian Haag 在解釋該開發項目的優勢時說道。
從左至右：Aixemtec 公司總經理 Sebastian Haag、倍福亞琛辦事處應用和高校管理部的 Christian Kukla，以及 Aixemtec 公司設備開發主管 Sebastian Sauer 在部件裝配系統前
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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