在新一代显示技术的研发竞赛中，创造和验证新材料是企业面临的最大挑战之一。来自加拿大的 OTI Lumionics 公司正运用倍福的自动化技术全力加速这一原本耗时冗长的研发进程。通过提高试产效率，该公司现在能够更快地完成其高端 OLED 材料的验证过程。

　　“我们采用在试生产阶段综合运用量子模拟、机器学习以及实际测试等手段来完成材料设计的方式，以开发出具有革命性意义的材料。”总部位于安大略省密西沙加的 OTI Lumionics 公司 CEO 兼总裁 Michael Helander 表示。这些材料将在消费电子领域掀起一场突破性创新的浪潮，应用范围涵盖打造屏下摄像头的智能手机，以及前沿的车载显示技术。“我们与苹果、三星、LG 等合作伙伴紧密合作，正为消费电子和车载应用领域的新一代 OLED 显示屏研发关键材料。”Helander 补充道。

　　01

　　测试过程接受严格审查

　　为取得这样的成功，OTI 公司开发了 EPOC-auto 这一创新的材料测试平台，用于试生产。“在开发 EPOC-auto 之前，我们一直困扰于不同操作人员得出的测试结果存在差异。”

　　要重复制作出相同的 OLED 结构十分困难，因此也就难以对一些关键参数进行精细调整。由于设备结构必须在白天一次性完成构建，这些系统大多时候都处于闲置状态。这不仅造成工具运营成本极高，OLED 样品的良率却很低。”

　　—— TI Lumionics 工程副总裁

　　Terry Xu

　　实现该流程的自动化需要攻克一系列复杂技术难关。系统需自动处理 20 种层型结构完全不同的基板，同时确保基板与掩模板对准时的移动精度达到 0.1 毫米。然而这种材料沉积控制精度即便在单次操作中也难以实现，更不用说要在连续测试周期中始终保持。此外，系统还需同步控制多个材料源，每个材料源都需配备独立的精密控制器，以实现纳米级的沉积速率的精准调控。为确保结果的一致性，数百个传感器和运动部件必须完美协同工作。

　　此外，系统还需应对不断变化的实验需求，这进一步增加了其复杂性。“由于我们的业务具有实验性质，目标可能每天都在变化。”高级机电工程师 Terry Yang 解释道，“这意味着我们需要一个能够快速调整和升级的系统。”

　　02

　　工业自动化在科学环境中的应用

　　为应对这些挑战，OTI 决定标准化部署倍福通用的基于 PC 的控制平台。该解决方案的核心是 CX2033 嵌入式控制器，它负责管理整个自动测试流程，同时为纳米级材料沉积提供高精度、确定性的控制。实时 EtherCAT 工业以太网系统可实现传感器、执行器和科学仪器的无缝集成，为该方案提供了有力补充。

　　EtherCAT 端子模块种类繁多，能够与第三方设备通信，有助于弥合科学仪器与自动化之间的差距。鉴于半导体研发的特殊需求，这些接口所提供的集成灵活性显得至关重要。

　　03

　　EtherCAT 助力集成科学仪器

　　OTI 采用 EL6021 串口端子模块，通过高达 115.2 kbaud 的 RS422/RS485 通信，实现了与石英晶体微天平、真空控制器等专业设备的高速数据交换。EL3024 通道模拟量输入端子模块具备 12 位分辨率及电气隔离功能，既能精准同步地监测多个沉积参数，又能为灵敏度较高的测量设备提供可靠保护。EL3318 8 通道热电偶输入端子模块内置线性化与冷端补偿功能，支持对多个温区进行精确的温度监控。

　　这种组合构建了一个性能稳健的测量与控制基础设施，能够满足 OLED 材料开发所需的纳米级精度要求。端子模块的紧凑设计以及在整个系统中直接部署 EtherCAT 架构，不仅简化了控制柜的设计，还能随着测试需求的演变，灵活地为新增测量点添加接口。

　　紧凑型伺服电机采用单电缆技术，使布线更加整洁。同时，串口通信库支持轻松集成第三方组件。

　　—— 高级机电工程师

　　Terry Yang

　　在项目实施过程中，OTI 与倍福加拿大系统应用工程师兼驱动技术产品专家、专业工程师 Rui Zhang 紧密合作，尤其是在 AM8122 伺服电机的集成和软件配置方面得到了他的鼎立相助。该运动控制系统还集成了五台 AX5201 伺服驱动器，它们与电机共同构成机械系统与控制系统之间的关键接口。凭借快至 62.5 微秒的电流控制周期，它们能够为高动态定位任务提供所需的性能。

　　OTI 充分利用了 AX5000 系列灵活的反馈接口优势，该接口支持连接包括旋转变压器与高分辨率编码器在内的多种反馈系统。这种灵活性，加上驱动器可调节的电流及速度滤波器参数设置能力，使得工程团队能够针对纳米级精度要求对运动控制进行精细调教。

　　“OTI 深厚的技术底蕴以及在面向对象编程方面的丰富经验，让整个集成过程异常顺利。”Rui Zhang 表示。系统采用了 TwinCAT 自动化软件，该软件在一个软件包里集成了带 PLC、NC 和 CNC 功能的实时控制系统。这款软件的开发环境支持对所有连接的自动化设备进行配置、编程、调试和诊断。“我们只使用结构化文本，因为它与面向对象编程非常相似。”Terry Yang 指出，“这种简洁的编程风格让我们的软件易于阅读和调试。”

　　安大略省密西沙加基工厂内的 OTI Lumionics 团队与倍福成员：（左起）Rui Zhang（倍福）、Terry Xu、Michael Helander、Terry Yang（均来自 OTI）以及 Gleeson Kathir（倍福）

　　化繁为简

　　“EPOC-auto 可全天候不间断运行，且几乎无需操作人员干预。”Terry Xu 介绍道。他解释称，该系统的吞吐量是半自动化或人工系统的三倍有余。“截至目前，它已实现连续稳定运行，未出现任何故障。此外，其测试重复性较我们之前的系统提升了一倍。”增强的数据采集与分析能力在优化测试流程方面展现出了尤为突出的价值。

　　“这一自动化测试平台从根本上改变了我们的创新模式。”Xu 表示，“当您既能将测试吞吐量提高至原来的三倍，又能提升测试精度时，您解决的就不只是当下的难题，您还在加速推动显示技术的未来发展。”

　　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、I/O 和现场总线组件、驱动技术、自动化软件、无控制柜解决方案以及工业图像解决方案既可作为独立的组件使用，也可将它们集成到一个完整的控制系统中，适用于各个行业领域。经过40多年的发展和努力，倍福已在世界各地设立40家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及75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350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半导体、光伏太阳能、风力发电、锂电池制造、电子制造、汽车制造、机器人、数控机床、包装机械、烟草机械、塑料加工、物流输送、流程工业以及智能建筑等众多领域。

　　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。

　　更多新闻请浏览：https://www.beckhoff.com.cn/zh-cn/company/press