Foodjet 采用倍?；?PC 的控制技術(shù)，以閃電般的速度打開(kāi)和關(guān)閉其 MDL 食物 3D 打印機的噴嘴。Foodjet 的客戶(hù)可以使用它以最大精度分配和逐層沉積各種調味汁，既可給正在運動(dòng)的傳送帶上的比薩餅涂上一層完美的番茄醬，也可以用糖霜給甜甜圈裝飾上季節性圖案。

在處理連續產(chǎn)品流時(shí)，如何將番茄醬涂在比薩餅底或將大蒜醬涂在皮塔餅上？如何飛速裝飾好圣誕節或復活節餅干？總部位于荷蘭奈梅亨的 Foodjet 公司已研發(fā)出各種食物分配系統以應對上述這些挑戰，其中一款就是大型可移動(dòng)沉積裝置（MDL）。

“我們的 MDL 定量加料裝置的優(yōu)點(diǎn)是，可以靈活地根據每個(gè)產(chǎn)品的尺寸和形狀調整打印圖案?！盕oodjet 公司銷(xiāo)售和市場(chǎng)主管 Dirk Schindler 解釋道。例如，隨著(zhù)越來(lái)越多的供應商傾向于使用手工制作比薩面餅，傳統的圓形比薩餅底正逐步被非標準圓形的餅底所取代。事實(shí)上，很多食物的形狀都不是圓形的，但這些產(chǎn)品仍應始終保持邊緣干凈?！斑@意味著(zhù)我們必須精確掃描裝配線(xiàn)上的每一個(gè)比薩餅座，這樣我們的打印頭就能準確地知道在哪里沉積調味汁?！盌irk Schindler 指出了第一個(gè)挑戰。畢竟，確保設備產(chǎn)能不受影響是至關(guān)重要的。

裝配線(xiàn)上不再有不受歡迎的手工作業(yè)

“MDL 能夠幫助客戶(hù)解決其中一個(gè)痛點(diǎn)問(wèn)題?！盌irk Schindler 強調道。盡管一些工藝流程已完全自動(dòng)化，但很多情況下，仍需要有人員站在裝配線(xiàn)上用勺子將調味汁涂在餅底四周?！斑@項工作不僅壓力很大，而且涂抹量也會(huì )不精確，會(huì )造成重量上下波動(dòng)?！比绻枰?，Foodjet 可以很輕松地為有興趣的買(mǎi)家量化這個(gè)成本池。

裝飾品的投資回報率也很難計算：裝飾品實(shí)際能貢獻多少銷(xiāo)售額？這真的是一種爭取更多市場(chǎng)份額的有效方式嗎？“可能是的?！边@是 Dirk Schindler 一直以來(lái)聽(tīng)到的最多的答案。

Foodjet 注意到，這是市場(chǎng)目前高度關(guān)注的話(huà)題，因為已經(jīng)有第一批食品制造商做出了改變，沒(méi)有人愿意、也不應該被甩在身后。因此，企業(yè)現在必須能夠根據季節調整配料，靈活地裝飾自己的產(chǎn)品，比如圣誕節的星星、復活節的兔子以及情人節的愛(ài)心，等等。倍?；?PC 的控制技術(shù)幫助 Foodjet 克服了這類(lèi)技術(shù)挑戰。

例如，為了保持比薩餅生產(chǎn)線(xiàn)高速運轉，Foodjet 的設備必須能夠以閃電般的速度確定配料模式。相機系統和分配頭之間的距離通常為 85 厘米，只有半秒鐘的時(shí)間進(jìn)行所需的計算?！跋鄼C必須在一幀內捕捉到比薩餅?！笨刂葡到y工程師 Ed de Leur 解釋道。只有在比薩餅底被全部掃描后，才能創(chuàng )建圖案并計算打印頭的各個(gè)點(diǎn)，讓一切與正在運行中的傳送帶同步。

以微秒精度單獨控制 48 個(gè)打印頭

第二個(gè)挑戰是需要高重復精度?！拔覀儗λ欧眠M(jìn)行了研究，以便能夠在最恰當的時(shí)機將所需的調味汁推過(guò)噴嘴?！盓d de Leur 說(shuō)道。將這些噴嘴精確控制在毫升范圍內對液滴形狀有重要影響，因此也會(huì )影響調味汁的沉積整齊程度?！巴ㄟ^(guò) MDL 中集成的倍?？刂葡到y，這個(gè)精度可以達到 20 μs?！盓d de Leur 說(shuō)道。

此外還須考慮打印頭的特殊布局：最多可有 48 個(gè)打印頭布署在多個(gè)平版印刷排中，并向著(zhù)傳送帶的行進(jìn)方向傾斜。這樣就可以通過(guò)縮短噴嘴之間的有效作用距離來(lái)提高分辨率；但前排的噴嘴必須比后排的噴嘴更早開(kāi)始工作。這意味著(zhù)：“我們必須單獨控制每個(gè)噴嘴，同時(shí)確保每個(gè)噴嘴分配相同份量的調味汁?！盓d de Leur 解釋道。

用軟件功能取代機械裝置

“我們經(jīng)?？吹街圃焐虝?huì )想出各種花樣，將面餅底整整齊齊地排列在傳送帶上?！盌irk Schindler 透露道。而使用 MDL 就完全不需要這些工作，因為面餅的形狀和方向不再重要。在使用 Foodjet Food Designer 軟件創(chuàng )建配方時(shí)，只需要設置調味汁和餅底邊緣之間的距離參數。隨后，系統就可以精準地分層放置每個(gè)產(chǎn)品。Ed de Leur 解釋道：“對客戶(hù)來(lái)說(shuō)，他們不再需要示教設備各種式樣，這是一個(gè)重大的勝利?！?/p>

如果需要，甚至是比薩和法棍也可以在傳送帶上一個(gè)接一個(gè)地隨機運行，并且仍能在上面添加配料。

更重要的是，MDL 可以在掃描過(guò)程中識別出不符合規格要求的餅底，并能夠在添加配料之前將這些餅底分揀出來(lái)?！斑@種控制方法已經(jīng)成為我們的固定工作流程?！盌irk Schindler  說(shuō)道。

MDL 系統必須實(shí)時(shí)計算出各種式樣，Ed de Leur 很清楚的一點(diǎn)是：“控制技術(shù)必須來(lái)自倍福。我對所有競爭對手都很熟悉，但由于我們的應用非常特殊，因而沒(méi)有幾家控制器廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品是我們真正需要的。倍福產(chǎn)品不僅能夠提供足夠的算力，還可以直接在 Windows 內核上編程，這是其他 PLC 廠(chǎng)家根本無(wú)法提供的，就算有，價(jià)格也太貴，根本買(mǎi)不起?！北陡：商m分公司業(yè)務(wù)拓展專(zhuān)員 Nikolas Eimer 補充道：“不是每個(gè)客戶(hù)都需要如此大規模地使用我們的嵌入式控制器產(chǎn)品。Foodjet 的工藝是速度最快的高端應用之一?！?/p>

Foodjet 公司使用了一臺搭載 Intel? CoreTM i7 四核處理器的 CX2040 嵌入式控制器，確保在 150 μs 內完成計算過(guò)程，并通過(guò) EtherCAT 傳輸計算結果，完成最重要的實(shí)際打印任務(wù)。填充打印頭中的緩沖區可能需要更長(cháng)的時(shí)間，而伺服泵的運動(dòng)控制任務(wù)，Ed de Leur 估計需要 500 μs。最后，還有 HMI、安全功能和壓力測量等一些常規任務(wù)，對于這些任務(wù)，50 毫秒的周期時(shí)間就足夠了。Ed de Leur 對倍福平臺提供的自由選擇非常滿(mǎn)意：“倍福的 I/O 產(chǎn)品種類(lèi)非常豐富，不僅有用于控制閥門(mén)或泵的標準端子模塊，還有一些特殊型號?！?/p>

對于 HMI，Foodjet 決定使用 C# 開(kāi)發(fā)可視化應用，并在 Windows 環(huán)境下運行?；?PC 的控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，盡管對于打印頭的實(shí)時(shí)性要求很高，但應用程序可以在同一臺控制計算機上運行，這是因為 HMI 在不同的 CPU 內核上運行?！盎?PC 的控制技術(shù)的另一個(gè)真正優(yōu)勢是，軟件開(kāi)發(fā)人員可以在同一個(gè)硬件平臺上自由運行不同的應用程序?！?Ed de Leur 說(shuō)道。這位自動(dòng)化專(zhuān)家對于與倍福的合作也稱(chēng)贊不已：“我是一個(gè)典型的軟件工程師，喜歡直接上手并嘗試解決一些問(wèn)題?！庇捎诮桓吨芷诤芏?，問(wèn)題往往出現在交付后。因此，對于 Ed de Leur 來(lái)說(shuō)，迅速獲得解決問(wèn)題的辦法和支持最為重要?！芭c倍福的合作在這方面也卓有成效?！盓d de Leur 強調道。

Foodjet 公司的視覺(jué)系統目前仍在使用單獨的 PC；但他們的目標是將圖像處理系統也整合到倍福平臺中，因為兩個(gè)系統之間的定時(shí)同步可能相當復雜?！氨陡＜夹g(shù)已經(jīng)為集成做好了準備，只是我們還沒(méi)有時(shí)間來(lái)落實(shí)?！盓d de Leur 解釋道。

從全表面繪畫(huà)到復雜的繪圖

“下一個(gè)邏輯步驟是將 MDL 技術(shù)也應用于食物裝飾，但這將涉及到不同的速度、分辨率和產(chǎn)量?！盌irk Schindler 說(shuō)道，這是目前面臨的挑戰。Foodjet 已經(jīng)順應這一市場(chǎng)需求成功研發(fā)出了設備，并決定為這些設備全部配備基于 PC 的控制技術(shù)。我們的目標是針對所有行業(yè)和應用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)一個(gè)通用的控制平臺。

Foodjet 還在研究通過(guò)兩套依次放置的 MDL 系統混合不同的調味汁。第一臺 MDL 用于打印番茄醬，第二臺設備用于添加意大利乳清干酪、法式白醬或橄欖油?！斑@樣的效果已經(jīng)很好了，”Dirk Schindler 說(shuō)道，“但還有改進(jìn)空間?！崩?，如果在依次涂抹完奶酪的餅底上再添加少量的番茄醬，就可以保證比薩餅口味的一致性?；蛘呖梢詫⑴淞戏殖蓛砂?，在比薩餅的一邊涂上番茄醬，將另一邊做成較辣的版本。有了 Foodjet Designer Studio 軟件和基于 PC 的控制技術(shù)，就能夠實(shí)現這些改變，滿(mǎn)足各種個(gè)性化需求。

圖片譯文

 Foodjet 公司的 MDL 系統能夠在 150 μs 時(shí)間內計算出多達 48 個(gè)噴嘴的打印圖案，以便精確地將番茄醬涂抹在連續移動(dòng)的面餅底上

 由 AX8000 多軸伺服系統控制的 AM8800 不銹鋼伺服電機將調味汁可靠地泵送給打印頭

Foodjet 公司工程師 Ed de Leur 正在設置 MDL 系統?！拔覀儽仨氃谧钋‘數臅r(shí)機將適量的調味汁推過(guò)數十個(gè)噴嘴。我實(shí)在想不出還有什么比基于 PC 的控制技術(shù)更適合實(shí)現這項具有挑戰性的任務(wù)?！?/p>

倍福官網(wǎng)：www.beckhoff.com.cn