位于德國 Herzogenrath 的 Aixemtec 有限公司開(kāi)發(fā)各種電子光學(xué)系統精密裝配自動(dòng)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的定制解決方案，包括進(jìn)料、搬運、超精密裝配的顯微作和測量，以及質(zhì)保。倍?；?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(xué)系統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(dòng)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(xué)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(huán)時(shí)間不到一秒鐘，且每臺設備每年生產(chǎn)幾百萬(wàn)個(gè)部件，這對整個(gè)自動(dòng)化系統提出了特別高的要求。

緊湊、靈活的自動(dòng)化技術(shù)

Aixemtec 以全面的模塊化系統平臺為基礎，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(huì )使用高精度和高動(dòng)態(tài)的直線(xiàn)驅動(dòng)器。倍福的自動(dòng)化組件可以?xún)?yōu)化整個(gè)平臺的空間利用率，同時(shí)還能夠大幅減少系統的占地面積。比如用于控制直線(xiàn)電機的結構緊湊的模塊化 AX8000 伺服驅動(dòng)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 是減小系統體積的另一個(gè)關(guān)鍵因素：到目前為止，除了使用 CX5130 嵌入式控制器進(jìn)行設備控制之外，還使用了一臺單獨的 PC 進(jìn)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(wù)。倍福的緊湊型驅動(dòng)技術(shù)，如驅動(dòng) 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?！懊總€(gè)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(xiàn)系統，因此無(wú)需額外布線(xiàn)，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(lái)控制第三方驅動(dòng)器?！盇ixemtec 公司設備開(kāi)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(gè)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(shí)時(shí)環(huán)境之外一個(gè)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的高級語(yǔ)言程序中進(jìn)行。在這里，倍?；?PC 的控制系統能夠將 TwinCAT 與用戶(hù)專(zhuān)用的程序無(wú)縫集成在同一臺工業(yè)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(jìn)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(hù)的整個(gè)產(chǎn)品鏈提供服務(wù)。因此，倍福已經(jīng)成為我們自動(dòng)化技術(shù)的主要合作伙伴，他們可以一站式提供運動(dòng)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(lái)的巨大損失?！?/span>

用于微透鏡的高動(dòng)態(tài)取放工藝

例如，微透鏡的取放是一個(gè)要求很高的工藝過(guò)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(gè)背光表面上被批量送入。這個(gè)表面通過(guò) XYZ 運動(dòng)學(xué)用相機進(jìn)行掃描，生成一個(gè)正在被檢查的區域的二維全景圖。借助 EtherCAT 分布式時(shí)鐘功能，實(shí)現 TwinCAT NC 軸控制與 TwinCAT Vision 的高精度時(shí)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(shí)的 PTP 運動(dòng)過(guò)程，而 TwinCAT Vision 可以將該過(guò)程的設置時(shí)間至少減少 8 倍，無(wú)需因為每次的圖像捕捉動(dòng)作而停止運動(dòng)。在“飛越”過(guò)程中創(chuàng )建的每個(gè)圖像都被實(shí)時(shí)插入到一個(gè)具有像素級精度的整體圖像中。利用這個(gè)整體圖像，通過(guò)圖像處理來(lái)識別微透鏡，并測量它們當前的姿態(tài)。這樣可以制定一個(gè)高效的工作計劃，即 pick-and-place system 取放系統應如何拾取每個(gè)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(xiàn)軸能夠實(shí)現高動(dòng)態(tài)和高精度運動(dòng)。 

在接下來(lái)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(guò)程中，必須通過(guò)相機系統對液滴流量持續進(jìn)行監測和調整。未來(lái)，這項任務(wù)也將使用 TwinCAT Vision 實(shí)現，通過(guò) EL2596 LED 閃光燈控制端子模塊和分布式時(shí)鐘功能可以完美同步液滴觸發(fā)、圖像捕捉和曝光等過(guò)程。在粘合劑變硬之前，待裝配的系統的光學(xué)功能借助閉環(huán)控制的 6D 機械手進(jìn)行優(yōu)化。

模塊化的 AX8000 伺服驅動(dòng)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(lái)說(shuō)是一個(gè)十分理想的解決方案。分布式時(shí)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(shí)時(shí)環(huán)境中進(jìn)行圖像處理。這對我們以及我們的客戶(hù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)獨特的優(yōu)勢，在實(shí)時(shí)環(huán)境之外的應用中，我們已經(jīng)幾乎完全依賴(lài) OpenCV。事實(shí)上，倍福也將此作為其產(chǎn)品的基礎，即我們可以在現有專(zhuān)業(yè)知識的基礎上繼續開(kāi)發(fā)?！?nbsp;

倍福全面的產(chǎn)品系列可以確保在開(kāi)發(fā)設計過(guò)程中實(shí)現統一的工作流程，同時(shí)實(shí)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(kāi)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(hù)專(zhuān)用的工藝過(guò)程?！肮I(yè)圖像處理一直以來(lái)都是最先進(jìn)的，也是我們設備架構的基石之一?，F在，通過(guò) TwinCAT Vision 可以用循環(huán)同步的方式將圖像處理功能集成到過(guò)程控制中?！盇ixemtec 公司總經(jīng)理 Sebastian Haag 在解釋該開(kāi)發(fā)項目的優(yōu)勢時(shí)說(shuō)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(kāi)發(fā)主管 Sebastian Sauer 在部件裝配系統前