在新一代顯示技術的研發競賽中，創造和驗證新材料是企業面臨的最大挑戰之一。來自加拿大的 OTI Lumionics 公司正運用倍福的自動化技術全力加速這一原本耗時冗長的研發進程。通過提高試產效率，該公司現在能夠更快地完成其高端 OLED 材料的驗證過程。

　　“我們采用在試生產階段綜合運用量子模擬、機器學習以及實際測試等手段來完成材料設計的方式，以開發出具有革命性意義的材料。”總部位于安大略省密西沙加的 OTI Lumionics 公司 CEO 兼總裁 Michael Helander 表示。這些材料將在消費電子領域掀起一場突破性創新的浪潮，應用范圍涵蓋打造屏下攝像頭的智能手機，以及前沿的車載顯示技術。“我們與蘋果、三星、LG 等合作伙伴緊密合作，正為消費電子和車載應用領域的新一代 OLED 顯示屏研發關鍵材料。”Helander 補充道。

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　　測試過程接受嚴格審查

　　為取得這樣的成功，OTI 公司開發了 EPOC-auto 這一創新的材料測試平臺，用于試生產。“在開發 EPOC-auto 之前，我們一直困擾于不同操作人員得出的測試結果存在差異。”

　　要重復制作出相同的 OLED 結構十分困難，因此也就難以對一些關鍵參數進行精細調整。由于設備結構必須在白天一次性完成構建，這些系統大多時候都處于閑置狀態。這不僅造成工具運營成本極高，OLED 樣品的良率卻很低。”

　　—— TI Lumionics 工程副總裁

　　Terry Xu

　　實現該流程的自動化需要攻克一系列復雜技術難關。系統需自動處理 20 種層型結構完全不同的基板，同時確保基板與掩模板對準時的移動精度達到 0.1 毫米。然而這種材料沉積控制精度即便在單次操作中也難以實現，更不用說要在連續測試周期中始終保持。此外，系統還需同步控制多個材料源，每個材料源都需配備獨立的精密控制器，以實現納米級的沉積速率的精準調控。為確保結果的一致性，數百個傳感器和運動部件必須完美協同工作。

　　此外，系統還需應對不斷變化的實驗需求，這進一步增加了其復雜性。“由于我們的業務具有實驗性質，目標可能每天都在變化。”高級機電工程師 Terry Yang 解釋道，“這意味著我們需要一個能夠快速調整和升級的系統。”

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　　工業自動化在科學環境中的應用

　　為應對這些挑戰，OTI 決定標準化部署倍福通用的基于 PC 的控制平臺。該解決方案的核心是 CX2033 嵌入式控制器，它負責管理整個自動測試流程，同時為納米級材料沉積提供高精度、確定性的控制。實時 EtherCAT 工業以太網系統可實現傳感器、執行器和科學儀器的無縫集成，為該方案提供了有力補充。

　　EtherCAT 端子模塊種類繁多，能夠與第三方設備通信，有助于彌合科學儀器與自動化之間的差距。鑒于半導體研發的特殊需求，這些接口所提供的集成靈活性顯得至關重要。

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　　EtherCAT 助力集成科學儀器

　　OTI 采用 EL6021 串口端子模塊，通過高達 115.2 kbaud 的 RS422/RS485 通信，實現了與石英晶體微天平、真空控制器等專業設備的高速數據交換。EL3024 通道模擬量輸入端子模塊具備 12 位分辨率及電氣隔離功能，既能精準同步地監測多個沉積參數，又能為靈敏度較高的測量設備提供可靠保護。EL3318 8 通道熱電偶輸入端子模塊內置線性化與冷端補償功能，支持對多個溫區進行精確的溫度監控。

　　這種組合構建了一個性能穩健的測量與控制基礎設施，能夠滿足 OLED 材料開發所需的納米級精度要求。端子模塊的緊湊設計以及在整個系統中直接部署 EtherCAT 架構，不僅簡化了控制柜的設計，還能隨著測試需求的演變，靈活地為新增測量點添加接口。

　　緊湊型伺服電機采用單電纜技術，使布線更加整潔。同時，串口通信庫支持輕松集成第三方組件。

　　—— 高級機電工程師

　　Terry Yang

　　在項目實施過程中，OTI 與倍福加拿大系統應用工程師兼驅動技術產品專家、專業工程師 Rui Zhang 緊密合作，尤其是在 AM8122 伺服電機的集成和軟件配置方面得到了他的鼎立相助。該運動控制系統還集成了五臺 AX5201 伺服驅動器，它們與電機共同構成機械系統與控制系統之間的關鍵接口。憑借快至 62.5 微秒的電流控制周期，它們能夠為高動態定位任務提供所需的性能。

　　OTI 充分利用了 AX5000 系列靈活的反饋接口優勢，該接口支持連接包括旋轉變壓器與高分辨率編碼器在內的多種反饋系統。這種靈活性，加上驅動器可調節的電流及速度濾波器參數設置能力，使得工程團隊能夠針對納米級精度要求對運動控制進行精細調教。

　　“OTI 深厚的技術底蘊以及在面向對象編程方面的豐富經驗，讓整個集成過程異常順利。”Rui Zhang 表示。系統采用了 TwinCAT 自動化軟件，該軟件在一個軟件包里集成了帶 PLC、NC 和 CNC 功能的實時控制系統。這款軟件的開發環境支持對所有連接的自動化設備進行配置、編程、調試和診斷。“我們只使用結構化文本，因為它與面向對象編程非常相似。”Terry Yang 指出，“這種簡潔的編程風格讓我們的軟件易于閱讀和調試。”

　　安大略省密西沙加基工廠內的 OTI Lumionics 團隊與倍福成員：（左起）Rui Zhang（倍福）、Terry Xu、Michael Helander、Terry Yang（均來自 OTI）以及 Gleeson Kathir（倍福）

　　化繁為簡

　　“EPOC-auto 可全天候不間斷運行，且幾乎無需操作人員干預。”Terry Xu 介紹道。他解釋稱，該系統的吞吐量是半自動化或人工系統的三倍有余。“截至目前，它已實現連續穩定運行，未出現任何故障。此外，其測試重復性較我們之前的系統提升了一倍。”增強的數據采集與分析能力在優化測試流程方面展現出了尤為突出的價值。

　　“這一自動化測試平臺從根本上改變了我們的創新模式。”Xu 表示，“當您既能將測試吞吐量提高至原來的三倍，又能提升測試精度時，您解決的就不只是當下的難題，您還在加速推動顯示技術的未來發展。”

　　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、I/O 和現場總線組件、驅動技術、自動化軟件、無控制柜解決方案以及工業圖像解決方案既可作為獨立的組件使用，也可將它們集成到一個完整的控制系統中，適用于各個行業領域。經過40多年的發展和努力，倍福已在世界各地設立40家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及75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350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半導體、光伏太陽能、風力發電、鋰電池制造、電子制造、汽車制造、機器人、數控機床、包裝機械、煙草機械、塑料加工、物流輸送、流程工業以及智能建筑等眾多領域。

　　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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