SPS-integrierte Bildverarbeitung bei der Montage von Mikrooptiken

Zyklussynchrone Vision

Aixemtec entwickelt automatisierte Lösungen für die Präzisionsmontage von elektro-optischen Systemen. Das Unternehmen bietet kundenindividuelle Lösungen auf Basis eines Modulbaukastens, der von der Materialzuführung und -handhabung über Mikromanipulation und Vermessung bei der hochpräzisen Montage bis hin zur Qualitätssicherung reicht. PC-based Control von Beckhoff inklusive Twincat Vision sorgt dabei für exakte wie schnelle Prozessabläufe.
 Modulares und hochpräzises Montagesystem von Aixemtec.
Modulares und hochpräzises Montagesystem von Aixemtec.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Optische Systeme finden nicht zuletzt aufgrund zunehmender Miniaturisierung technologischer Kernkomponenten in vielfältigen Produkten eine Anwendung. Sie werden u.a. bei Sensoren und Kameras für das autonome Fahren, für die Gestenerkennung sowie Strahlführung von Hochleistungslasern eingesetzt. Die Genauigkeitsanforderungen bei der Montage dieser Systeme liegen in Bereichen von wenigen Mikrometern bis hin zu einigen Hundert Nanometern. Gepaart mit Taktzeiten unter einer Sekunde und der Produktion mehrerer Millionen Komponenten pro Maschine und Jahr, entstehen besondere Anforderungen an das gesamte Automatisierungssystem.

 Der Ultra-Kompakt-IPC C6032 steuert mit zahlreichen Twincat-Funktionen, wie z.B. Twincat Vision, alle Maschinen- und Prozessabläufe.
Der Ultra-Kompakt-IPC C6032 steuert mit zahlreichen Twincat-Funktionen, wie z.B. Twincat Vision, alle Maschinen- und Prozessabläufe.Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Platzersparnis durch kompakte IPC- und Antriebstechnik

Montagelösungen für die verschiedenen Anwendungsbereiche bietet Aixemtec auf einer einheitlichen Systemplattform an. Ein skalierbares Einhausungskonzept bildet dabei das Grundgerüst für jede Maschine. Automatisierungskomponenten von Beckhoff tragen dazu bei, den Nutzraum der Plattform zu optimieren und gleichzeitig den Anlagen-Footprint zu minimieren. Ein Beispiel ist der modulare Servoverstärker AX8000 zur Ansteuerung der Linearantriebe, mit denen nun deutlich weniger Platz im Schaltschrank benötigt wird als zuvor. Der Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6032 ist ein weiterer Faktor zur Reduzierung der Anlagengröße: Bislang kam neben einem Embedded-PC CX5130 als Maschinensteuerung noch ein separater PC für Bildverarbeitung, HMI und Ablaufsteuerung zum Einsatz. All diese Aufgaben übernimmt nun der C6032. Für Platzersparnis auf der Hutschiene sorgen zudem die Antriebstechnik von Beckhoff, das heißt die EtherCAT-Servoklemmen EL72xx mit den Servomotoren AM8100, sowie die High-Density (HD)-Ethercat-Klemmen. „Die geringen Abmessungen je Achsmodul, die Möglichkeit die Module direkt aneinander zu reihen sowie die Integration der Sicherheitsfunktionen ohne zusätzliche Verdrahtung nur über Ethercat hat uns über 63% Platz auf der Montageplatte im Vergleich zu unserer vorherigen Lösung eingespart, obwohl wir damit auch Fremdantriebe ansteuern“, erläutert Sebastian Sauer, Leiter Maschinenentwicklung bei Aixemtec.

Steuerung von acht Industriekameras

Der zentrale IPC C6032 steuert mit seiner Multicore-Leistung alle Komponenten der Maschine. Hierzu dient softwareseitig neben Twincat PLC, Twincat NC PTP, Twinsafe und Twincat HMI insbesondere Twincat Vision, worüber bis zu acht Industriekameras angebunden sind. Einige Vorbereitungen der Prozesskette werden außerhalb des Echtzeitkontextes in einem speziell entwickelten Hochsprachenprogramm durchgeführt. Die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff ermöglicht hier die nahtlose Verbindung von Twincat und Userspace-Programmen auf demselben IPC. Twincat unterstützt mit Kommunikationsschnittstellen wie z.B. ADS oder OPC UA die dafür notwendige Kommunikation zwischen verschiedenen Softwaresystemen. Sebastian Sauer sieht noch einen weiteren Aspekt: „Beckhoff ist für uns in der Automatisierungstechnik mittlerweile der Hauptpartner geworden, der schnittstellenübergreifend von Motion über HMI und Bildverarbeitung alles aus einer Hand und mit kurzen Wegen unterstützen kann. Die so eingesparten ‚Reibungsverluste‘ sind enorm.“

Pick&Place für Mikrolinsen

Paradebeispiel für die hohen Anforderungen ist das Pick&Place bei Mikrolinsen: Bevor sich die wahllos orientiert zugeführten Mikrolinsen im Montageprozess weiterverarbeiten lassen, müssen sie in der korrekten Orientierung auf einem Werkzeugträger angeordnet werden. Ziel ist, die fragilen Bauteile schnell und präzise zu magazinieren. Der Querschnitt dieser Bauteile beträgt dabei häufig nur wenige Haaresbreiten.

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