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XTS 助力实现模块化机械设计和高精度定位

---智能产品输送系统在微组装中的应用

德国倍福自动化有限公司
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      荷兰 IMS 公司在为全自动电子模块组装系统寻找高精度输送系统的过程中,在倍福找到了合适的解决方案。XTS 磁驱柔性输送系统的重复定位精度达到了 ±10 μm 的级别,这能够实现产品的精准定位。此外,XTS 组件的模块化设计为方便系统适应不断变化的生产需求提供了基础。

  总部位于荷兰阿尔默勒的 IMS 公司,近十年来一直致力于研发用于微小零件生产(比如智能手机中使用的光模块)的高科技装配线。IMS 公司技术总监 Henri Paus 参与研发并见证了数十条此类生产线的成功:“我们在亚洲的一个客户目前是这类系统的市场领导者。可以说,数代智能手机中的摄像头模组都极有可能是在我们的其中一条装配线上生产出来的。”

  

  IMS 公司的新生产平台可以在需要时通过添加工站的方式轻松区分和扩展生产线

  尽管工艺时间变长,但产能仍维持高水平

  智能手机生产商每年都会推出一些新机型。生产商如果想要与这些产品的短开发周期保持步调一致,必须拥有灵活的生产系统,才能适应不断变化的生产需求。此外,现代智能手机使用的高端元器件也更多。“随着智能手机内使用的元器件越来越多,体积也越来越小,这就需要我们改变现有的装配方式。”Henri Paus 在说明研发新装配线的必要性时说道,因为第一代 IMS 生产线显然已不再能够满足这些要求。“另一个因素是,现在生产线的加工节拍为 4 至 5 秒/件,所需时间是以前平均节拍(2 秒)的两倍左右。”Henri Paus 说道。

  结合实际情况来说:2 秒的节拍相当于年产量约 1000 万件。现在光学器件所需的进料时间意味着如果使用现有的系统设计,产量将会大幅减少。而实际上,在流水线型生产系统中,整体系统性能取决于最慢的环节。Henri Paus:“产量减半是绝不允许的,因此必须开发出一个灵活的生产平台,才能应对产品规格更换和较慢的工艺步骤带来的挑战。”Henri Paus 总结道。生产线上布署的各个工艺模块和工站必须具有足够的性能,这意味着只需要在精度方面做一些改进。“最大的障碍是我们一直以来所使用的输送系统。”Henri Paus 回忆道。倍福的 XTS 磁驱柔性输送系统采用模块化设计,并配备高性能软件,可以解决我们的难题。

  Henri Paus 概述了 XTS 系统与他们之前自主研发的输送系统之间的主要区别:“现在动子不再需要互连,因此可以作为单独的伺服轴单独移动。”IMS 因此能够在较快的工艺步骤之后对动子进行缓冲,并让大量动子同时进入多个较慢的工站。“通过这种方式,尽管生产线上有些环节速度很慢,但我们依然能够维持高产能。”Henri Paus 说道。

  为后续扩展提供灵活性

  Henri Paus 在介绍 XTS 系统的其它优势时说道:“模块化的 XTS 输送系统非常灵活,满足了我们客户生产各种复杂产品的需求。”如果装配线需要根据新的产品进行调整,可以随时扩展,只需要在生产系统中插入新的单元,同时增加工站即可。IMS 公司通过 250 毫米小网格尺寸的模块化 XTS 系统的对输送系统进行了扩展。操作人员可以在短短几个小时内用转换后的系统恢复生产。“我们的竞争对手提供的解决方案完全没有这个选项。”Henri Paus 说道。

  IMS 公司与倍福的 XTS 技术专家合作,通过经过预装和测试的模组形式设计了一款定制化的解决方案,其中还集成了海普克公司(HepcoMotion)的 GFX 环形导轨系统。Henri Paus 补充说道:“这不仅要求机械部分可以快速拆卸分离,还要求电气和控制可以通过接头脱开。同时可以将软件划分为相应的模块,这也为我们提供了极大的灵活性。”

  定位精度高达 ±10 μm

  需要安装的光模块尺寸通常只有 5 到 18 毫米,输送定位精度至少需要达到 ±50 μm。若要实现这一精度,还需要考虑温度以及 XTS 动子的最小振动等影响因素。“XTS 深度集成在我们的控制架构中,因此,我们可以轻松地补偿此类影响因素。”倍福恩斯赫德办事处负责人 Bernard Gerdes 解释道。例如,IMS 公司额外使用了传感器以补偿温度变化带来的影响。尽管设备位于恒温洁净室中,但 XTS 输送系统的温度会出现变化,需要进行补偿。

  “我们与倍福和海普克一起,成功实现了精确的产品输送定向和定位。”Henri Paus 强调道。现在,IMS 通过减振和上述的温度补偿功能,能够以高达 ±10 μm 的极高精度定位工站上的运载装置。

  第一套系统的巨大灵活性在实践应用中得到验证

  IMS 对其第二代光模块生产线有很高的期望,Henri Paus 解释道:“我预计,在未来几年内,我们将能够在市场推出至少与第一代系统一样多的 3PX 生产平台。这是由于像智能手机中使用的小型光学器件现在也越来越多地被应用于显示器、无人机和汽车中。此外,IMS 平台的灵活性、模块化和可扩展性在其它完全不同的装配应用中也具有优势,例如医疗器械和制药设备的零部件生产。”

  IMS 已经通过其第一个系统证明了 3PX 生产平台的灵活性。“就在我们准备发货时,客户突然问我们,是否可以将系统用于生产比最初指定的规格大得多的产品。” Henri Paus 说道,“我们完全无需重新设计系统,只需要把一些零部件做得大一点即可。仅需几周,重新组装后的设备就能准备发货了。”

  关于德国倍福

  倍福(Beckhoff)是一家专注于自动化新技术的德资企业,创立于 1980 年,总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者,倍福定义了自动化领域的许多标准,是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统,可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力,倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构,加上全球的合作伙伴,业务遍及 70 多个国家和地区。

  倍福于 1997 年进入中国市场,中国区总部落户于上海市北高新产业园区,现有员工 300 人,办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。

  公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准,并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司,倍福一直注重在技术上寻求突破创新,在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性,它支持所有主流的工业通信协议,将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起,为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。

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公司名称: 德国倍福自动化有限公司
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