【最佳实践】PC控制+EtherCAT实现高速度和高精度运动控制

显示全部楼层 · 2024-1-9 08:44:25

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。

01

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。

▲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。

02

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？

- END -

▲本文来自于控制工程中文版杂志（CONTROL ENGINEERING China）2023年04月刊《应用案例》栏目：基于高速工业PC控制的电路板制造

✦

推荐阅读

✦

[西门子] 【最佳实践】PC控制+EtherCAT实现高速度和高精度运动控制

本帖子中包含更多资源