集成机器视觉优化自动化组件组装

德国机器制造商Aixemtec通过创新的自动化解决方案加速了微光学系统的高精度组装，将设置减少了八分之一。

通过基督教的部门负责 2022年1月14日

拜福自动化公司提供

学习目标

位于德国Herzogenrath的Aixemtec GmbH为光电系统的精密装配开发自动化解决方案。
技术进步帮助Aixemtec节省了60%以上的空间。
Aixemtec通过在亚毫秒范围内使用分布式时钟和快速控制过程来保持模块化。

基于pc的控制和集成的机器视觉技术都有帮助Aixemtec GmbH是一家在德国赫尔佐根拉特，为光电系统的精密装配开发自动化解决方案。成立于2016年，从弗劳恩霍夫生产技术研究所(IPT)，这家技术公司提供定制的模块化系统。这些系统的范围从材料的输送和处理，微操作和测量超精密装配，并有质量保证。基于pc的控制，包括集成的机器视觉软件，已被证明在帮助确保准确和快速的工艺工作流程方面是无价的。

光学系统被广泛应用于各种产品中，部分原因是核心技术部件日益小型化。其他应用实例可以在用于自动驾驶的传感器和摄像头中找到，如激光雷达和驾驶辅助摄像头，用于手势识别和高功率激光器的光束整形。这些光学系统的装配精度要求从几微米到几百纳米不等。

结合不到一秒的周期时间，以及每台机器和每年生产数百万个部件，对整个自动化系统提出了特殊的要求。

Aixemtec的模块化和高精度装配系统采用基于pc的控制，集成了机器视觉软件。拜福自动化公司提供

紧凑灵活的自动化技术

Aixemtec为各种应用领域提供基于综合模块化系统平台的组装解决方案，同时将可扩展的外壳设计理念应用于每台机器。精密和动态的线性驱动器经常被使用。自动化组件有助于优化整个平台的空间利用，同时最小化系统占用空间。一个例子是用于控制一些直线电机的紧凑和模块化伺服驱动器，在控制柜中需要的空间比以前更少。

使用工业PC (IPC)是减小系统大小的另一个关键因素。以前，一个单独的PC用于图像处理、人机界面(HMI)和顺序控制，同时使用嵌入式PC进行机器控制。现在一个IPC执行所有这些任务。输入/输出(I/O)形式的紧凑驱动技术和高密度EtherCAT终端也节省了DIN导轨上的空间。

“与之前的解决方案相比，每个轴模块的尺寸较小，可以将模块并排排列，并且集成了安全功能，无需额外布线，而是采用EtherCAT，这为我们节省了63%的安装板空间需求。此外，我们还可以用它来控制第三方驱动器，”爱思迈克机器开发主管塞巴斯蒂安·绍尔(Sebastian Sauer)说。

高性能倍福自动化C6032超紧凑工业PC控制所有机器和工艺序列，具有众多TwinCAT软件功能，如TwinCAT Vision，开放视觉系统软件和亚毫秒级范围内的快速控制过程。拜福自动化公司提供

工控机硬件和软件接口

中央IPC以其强大的多核性能控制所有机器组件。在软件方面，集成机器视觉软件与可编程逻辑控制器(plc)、NC PTP、功能安全和HMI一起用于通用工程和运行时平台，它在连接多达8个工业摄像机方面发挥着关键作用。过程链的某些准备工作是在一个专门开发的高级语言程序的实时环境之外进行的。在这里，基于pc的控制系统允许自动化软件和特定于用户的程序集成在同一个IPC上。自动化软件支持不同软件系统之间的必要通信，具有通用通信接口，例如自动化设备规格(ADS)或OPC UA。

绍尔表示，还有另一个关键方面，即“我们希望在客户的整个产品链中作为合作伙伴为他们服务”的理念。因此，我们节省了巨大的‘摩擦损失’。”

模块化倍福自动化AX8000伺服驱动器节省了控制柜的大量空间。拜福自动化公司提供

微透镜的取放过程

高要求自动化的一个主要例子是微透镜的取放过程。为了准备随机馈送的微透镜进行组装，它们必须首先在工具架上以特定的方向排列。目标是关于快速定位易碎部件在工件杂志。在许多情况下，这些组件的横截面不超过几根头发。

微透镜被大量地送入背光表面。这个表面是用相机通过XYZ运动学扫描的。结果是被检查区域的2D全景图。通过数控轴控与机器视觉在同一软件中的精确时间同步——借助EtherCAT的分布式时钟功能——可以对图像捕获进行精确的轴向对准定位。在使用耗时的PTP工艺之前，集成机器视觉可以将该工艺的设置时间减少至少8倍。

没有必要为每个单独的图像捕获而停下来。在“飞越”过程中以这种方式创建的单个图像以实时像素精度插入到整体图像中。微透镜通过图像处理进行识别，并测量其当前方向。这就产生了一个有效的工作计划，即拾取和放置系统应该如何拾取单个透镜，在所有空间维度上定位它们并放置它们。由多轴伺服驱动系统控制的线性轴可以实现高动态和高精度的运动学。

为装配准备的微透镜在随后的步骤中与光源结合。为此目的，粘合剂分发器将固定数量的粘合剂应用到微透镜上。精确的剂量对于正确的装配是至关重要的，这就是为什么在分配过程中，液滴流量由摄像机系统持续监测和调整。在未来，这一任务也将由相同的机器视觉解决方案接管，因为跌落触发、图像捕获和曝光可以理想地与EtherCAT终端同步，用于LED频闪灯控制和分布式时钟功能。在胶粘剂固化前，通过6D机械手在闭环控制下对待装配系统的光学功能进行优化。

从左至右:爱克赛泰克总经理Sebastian Haag、倍福亚琛办事处应用与大学管理部门的Christian Kukla、爱克赛泰克机器开发部门负责人Sebastian Sauer站在部件组装系统前。拜福自动化公司提供

实时维护模块化

Sauer表示，完整的硬件和软件包，包括完全集成的机器视觉软件，是Aixemtex的理想选择。他说:“我们能够通过使用分布式时钟来保持我们的模块化，这提供了亚毫秒范围内的快速控制过程。集成的机器视觉软件“使我们即使在图像处理的背景下也能完全保持在实时环境中。对我们和我们的客户来说，一个特别的优势是我们已经几乎完全依赖于OpenCV用于实时环境之外的应用。”由于自动化供应商还使用OpenCV(一个计算机视觉编程函数和工具的开源库)，爱思美克工程师可以在现有专业知识的基础上进行开发。

全面的产品范围允许在工程过程中均匀的工作流程和高性能而紧凑的机器设计。灵活的软件和硬件连接接口帮助工程师以一致的方式克服所有挑战。Aixemtec的开放系统解决方案提供了最大的灵活性，因此任何特定于客户的流程都可以映射。

Aixemtec董事总经理Sebastian Haag表示:“工业图像处理长期以来一直是我们机器架构的最先进水平和基石之一。有了机器视觉软件，“现在可以以循环同步的方式集成到过程控制中。”

基督教的部门负责大学管理与应用Beckhoff自动化．由网页内容经理克里斯·瓦夫拉编辑，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．