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【最佳实践】PC控制+EtherCAT实现高速度和高精度运动控制

作者:控制工程中文版
【最佳实践】PC控制+EtherCAT实现高速度和高精度运动控制
【最佳实践】PC控制+EtherCAT实现高速度和高精度运动控制

图片来源:Beckhoff

作者 | Håkan Brandt

通过基于PC的控制、EtherCAT和人工智能(AI),为客户提供灵活的导电图案技术,以满足高精度加工要求。

印刷电路板(PCB)大多是通过蚀刻来生产的。然而,一家瑞典公司开发了一种不同的方法,将工业以太网、伺服驱动器、人机界面(HMI)、输入/输出(I/O)、图像处理,以及基于PC的软件和控制器无缝集成。使用专利工艺,导电结构由柔性电路板在机械工艺中完成。准确而经济地实现这一点,需要同等的精度和速度度量。基于PC的控制和EtherCAT,是实现这一目标的最佳控制技术。

DPPatterning公司由StaffanNordlinder于2006年在瑞典的Norrköping成立。自那以后,该公司一直在不断研究和开发用于柔性电路板的制造技术,即Dry Phase Patterning(DPP)。创新阶段始于2001年,当时Nordlinder在瑞典研究院(RISE)担任科学家,这促成了密集的合作和持续的DPP技术研究。

DPP能够在柔性材料上生产导电结构。实现原理很简单,就像在一张纸上打孔或经典的压花技术一样。带有最终结构负图的旋转模具,将载体材料压在旋转的铣轮上。载体材料涂覆有超薄导电顶层。铣床以机械方式去除上层。下部载体材料保持不变。这样就在层压板上实现导电图案,然后以卷轴的形式提供柔性电路板。

该工艺适用于各种不同的载体材料,包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。根据所需的厚度,铝、铜或铜包铝都适合用作顶层。DPP也可用于非电子和非导电应用。这些可包括塑料或纸装饰物或功能性3D结构,例如用于整平电子部件的微流体通道或空腔。

该专利工艺为电子元件制造商带来了立竿见影的好处。收益包括提高成本效率,缩短交付周期和环境友好性,无需化学品或有害物质的可持续生产。金属屑也可以回收。更不用说信息安全方面——将其集成到公司的生产过程中意味着制造商保留了所有的知识产权。DPP机器的一个特点是:它们可以在一条生产线上,同时生产原型产品和批量产品。使用传统方法时,较长的交货时间和数天的测试将使这变得困难。

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集成式自动化技术实现高速度和高精度

由于基材非常薄,需要移除的材料厚度仅在几微米范围内,DPP工艺需要配备高性能自动化技术,并尽可能将更多的组件集成到一个连续系统中。因此,DP Patterning 公司一直与基于PC的自动化技术供应商合作。他们一开始仅在子系统中使用工业PC与外部系统通信。自2016年以来,该公司开始采用完全集成的技术:伺服驱动器、HMI、I/O和图像处理,这些功能都集成到基于PC的控制中。利用集成的HMI软件,运行人员现在可以通过用户界面,直接控制材料的移除。这不仅提高了用户友好程度,同时还使铣削参数更易于配置。

【最佳实践】PC控制+EtherCAT实现高速度和高精度运动控制

▲工 程 师 们 与 Beckhoff 的 运 动 控 制 技 术 专 家 一 起 密 切 合 作, 为 DPPatterning 公司设计最佳的自动化系统。

箔上的金属层比人的头发丝还要薄约10倍,在加工过程中需要极高的精度,并且可以在100nm范围内调整。DP Patterning公司的软件工程师Jakob Sagatowski表示:“该自动化供应商产品的最大优点之一:是它能够帮助我们实现快的惊人的工艺循环速度。当我们将其与其它控制制造商进行比较时,结果令人印象深刻。我们的机器在全速运行时,可以在1毫秒内碾动大约0.5毫米的图案。这相当于0.5米/秒的皮带速度,比目前实际应用中常见速度要快得多。”

生产数据的捕获和归档是另一项关键要求。Nordlinder说:“我们的技术持续不断的发展,因此需要跟踪数据越多越好。”。

数据库连接和大容量存储,是优化生产线配置的重要关键因素。基于PC的控制对此贡献很大。DP Patterning可以在一台工业PC上无缝地使用所有程序,简化系统配置。它还使客户能够投资于经济高效的标准硬件解决方案。

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通过集成人工智能释放潜能

每当需要分析大量数据时,人工智能(AI)或机器学习总是讨论的重点。作为一家创新型企业,DP Patterning一直在寻找下一个技术突破。Sagatowski说:“这可能涉及AI的集成,例如,利用我们供应商的机器学习软件进一步完善预测性维护和生产优化。”。

DP Patterning也在考虑图像处理的扩展应用。使用集成视觉软件和专用功能,他们现在希望检测和标记中断的导体路径,以便可以在后续工作步骤中自动省略掉这些步骤。

关键概念:

■ 使用EtherCAT和基于PC的控制可以在柔性材料上生产导电结构。

■ 使用DPP技术运行人员可以利用集成HMI软件,直接控制材料移除。

■ 集成AI有助于优化下一代机器视觉。

思考一下:

基于PC的控制如何帮助您改善运营?

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