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全自动点胶机控制系统设计*

更新时间:2009-03-28

点胶机是一种专门对胶液点滴、涂覆的自动化机器,常应用于电子、照明、汽车、工业电气等行业对集成电路、零件、玻璃进行封装,所以点胶机的主要功能是对零件、集成电路等部件进行胶液涂覆[1]

在国内普通的点胶设备中,如一些点胶控制器,主要对国外的先进的设备进行模仿,自主研发能力明显落后,并且存在点胶精度不高,点胶不稳定的现象。在一些高科技行业,高性能的点胶设备的购买主要是进口。本文使用一种基于SMC6480运动控制器的点胶机控制系统设计[2]。本文就其中点胶机编程模块、自动模块、参数设定模块进行重点介绍。

1 蠕动式点胶机工作原理

蠕动式点胶机也叫精密点胶机,因其能够精密的控制胶水的出胶量,同时也是用来点瞬干胶的设备。蠕动式点胶机的工作原理:利用电机带动转轴转动,转子挤压特氟龙管产生负压,从胶水包装中吸出液体,进行点胶作业。

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蠕动泵又叫软管泵或恒流泵,是一种液体驱动装置,可输送具有腐蚀、研磨和氧敏感特性的物料,具有良好的自吸能力和空转无回流等优点。当点胶头到达指定的点胶位置时,通过运动控制器发出脉冲信号,信号经过驱动电路放大后驱动步进电动机旋转,从而使蠕动泵工作。由于流体被隔离在泵管中,因此可以实现快速更换泵管,并且具有密封性好、可防止流体回流的优点。蠕动泵在工作时有脉动存在,这就导致蠕动泵在工作时的流量有些波动。因此从理论和实际两方面对蠕动泵进行分析,并对单个点胶过程进行分析,最终实现对胶水的精确控制,实现稳定点胶。蠕动泵结构示意图如图1所示。

  

图1 蠕动泵的机构示意图

 

1-辊子;2-滚轮;3-泵管

运动控制器控制三坐标运动平台的伺服电机和蠕动泵的步进电机。

Vspeed——三轴插补速度;

在点胶机进行点胶作业时,需要三坐标运动平台与蠕动泵的运动相配合,才能完成点胶任务,所以需要运动控制器对三坐标运动平台与蠕动泵进行多轴联动控制。

蠕动泵的运动为旋转运动。所以蠕动泵的控制方法为:在触摸屏上输入预先编制程序或运动指令,通过I/O口向运动控制器发送信号,然后运动控制器根据命令驱动步进电机对蠕动泵的转速进行控制。

综上所述,本文主要是进行点胶机控制系统的设计。该方案需根据点胶功能,实现点胶机的全自动化、准确定位与精确点胶功能,然后进行联机调试,证明设计的正确性。所以本文的设计主要包括两个方面:点胶机的控制系统设计与点胶机的联机调试。

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2 点胶机控制系统设计

然后采用Basic语言指令moveabs进行插补运动。其程序设计流程图如图7所示。

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图2 控制流程图

3 软件设计

在一个控制系统中,硬件系统是它的血肉,那么软件系统就是它的灵魂。想要达到最符合设计理念的控制效果,就必须要一个高效、稳定的控制系统。通过前面的控制方案,决定了本点胶控制系统是采用“运动控制器+触摸屏”的控制方案。点胶机的点胶过程为一个多轴联动的过程,利用SMC6480的编程函数库,编程采用插补算法进行编程,编程语言使用BASIC语言,再通过触摸屏的人机界面设计实现对点胶过程的监控与操作[4]。软件系统构成的具体结构框图如图3所示。

  

图3 软件构成框图

3.1 编程模块设计

本控制系统采用的编程方式为手工编程。本系统只支持一个编程文件的输入、修改与执行。在本点胶系统中,编程文件首先在触摸屏的寄存器中输入,可以对程序进行添加行、删除行、上下行与上下页操作,在完成编程文件的编制后,进过运动控制器与触摸屏之间的通讯,使用一组触摸屏宏指令将输入的程序传给运动控制器相应的寄存器。这里采用运动控制器(SMC6480)与触摸屏的数据传输方式,使用指令Getdata与Sstdata指令实现[5]。在编程过程中,把机床零点的设定放在点胶参数模块设计中。点胶手动编程模块的流程图如图4所示。

  

图4 手动编程模块的流程图

程序保存就是把在触摸屏内输入的程序通过一组宏程序传输给运动控制器。本控制系统的程序保存方法为:采用逐行传输的方法,即在触摸屏在收到程序保存信号时,检测现程序行数是否大于1,大于1则开始进行程序传输,每传输完成一行,便把行号+1,行数-1,程序传输标志置1,在程序传输完成后在吧程序传输标志置0,结束程序传输[6-7]。程序保存示意图如图5所示。

  

图5 程序保存示意图

3.2 自动模块设计

在本系统中,由于点胶过程都为水平面点胶,所以圆弧点胶采用三轴插补进行作业。圆弧点胶的X、Y轴进行圆弧运动,配合A轴的运动可以看成螺旋线插补,采用指令mhelicalabs实现。螺旋线插补示意图如图8所示。

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定点点胶是实现点胶机的点位运动,对元器件进行定点封装,它的运动过程流程图如图6所示。

  

图6 定点点胶流程图

2)直线点胶

在本系统中,由于点胶过程都为水平面点胶,所以直线点胶采用三轴插补进行作业。这个过程所包含的坐标轴有X、Y、A三轴,两个直线轴和一个旋转轴。点胶机的所有坐标轴运动都由电机驱动,运动控制器输出脉冲数控制电机转动。在进行插补运动时,需要一个速度对插补效率进行控制。在这里采用一个算法计算出三轴的合成插补速度,首先对XY轴的速度进行合成,再根据点胶参数设定的蠕动泵(A轴)的转速,进行三轴速度合成,最终就求出了三轴插补速度,其计算公式如下所示:

 

三坐标运动平台的运动为X、Y、Z坐标轴的直线运动。所以三坐标运动平台的控制方法为:在触摸屏上输入预先编制程序或运动指令,通过I/O口向运动控制器发送信号,然后运动控制器根据命令驱动伺服电机控制X、Y、Z轴的运动。

Speed(3)——A轴速度;

印支-燕山期因挤压作用,在逆断层下盘形成挤压褶皱,其轴线平行于逆断层走向,在褶皱顶部派生一系列张性构造裂缝,主裂缝走向北西且平行逆断层,如桩古9、桩古9-2、桩古10-17井等高产井均为该类裂缝后期的风化、剥蚀和溶蚀作用提高了储集性能,特别是为潜山的峰区,溶蚀作用更强烈,形成大的溶洞。

Speed(0,1)——X,Y轴合成速度。

1)定点点胶

根据点胶机功能可知,点胶控制系统控制对象为三坐标运动平台和蠕动泵。本文中采用“运动控制器+触摸屏”的设计方案。使用运动控制器对三坐标运动平台伺服电机和蠕动泵步进电机的控制实现点胶机的全自动精确定量点胶的功能。其中,点胶控制系统以运动控制器为核心,触摸屏为操作及显示面板,对整个点胶过程进行控制[3]。控制流程图如图2所示。

  

图7 直线点胶流程

3)圆弧点胶

本文设计的控制系统的程序运行方式采用的自动循环方式,驱动点胶机进行点胶。点胶机的点胶过程分为三种:定点点胶、直线点胶和圆弧点胶。定点点胶是对XY平面进行点位定位,点胶头进行定点点胶;直线点胶是点胶头在XY平面进行直线运动,同时蠕动泵开始转动,三轴配合点胶;圆弧点胶是点胶头在XY平面进行圆弧运动,同时蠕动泵开始转动,三轴配合点胶[8]

  

图8 螺旋线插补示意图

螺旋线的参数方程式为:

 

式中,R为圆柱半径;

θ为圆弧角;

k为螺旋线系数。

滚,二十四把壶,就那一把壶是漏的,你专提它是不?我看你狗咬石匠想挨锤哩。李老鬼这样说着,几滴老泪呱唧呱唧掉在木船上,像是摔死了几只绿色的青蛙。

插补速度的计算采用直线点胶的插补速度的计算算法。其设计流程图如图9所示。

  

图9 圆弧点胶流程图

4 结语

近年来,电子封装行业迅速发展,随之而来的是点胶机的需求也越来越大。但大多数高性能点胶机都依赖于进口,现在设计出高精度、高稳定性的点胶控制系统为当务之急。本文采用蠕动泵为点胶机的点胶装置,在点胶程序执行过程中,使用插补的方式解决的定位轴与点胶轴的配合问题,实现精确点胶。在控制系统中设计自动点胶,提升点胶效率。

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参考文献

[1]王永飞.自动化蠕动式点胶机的设计与实现[D].西安:陕西科技大学,2013.

[2]潘杰.基于自动点胶机控制系统的设计与实现[J].装备制造技术,2011,(5):121-123.

[3]张铁虎,詹民民,代欣,等.蠕动式点胶机的精确点胶研究[J].轻工机械,2016,34(3):18-22.

[4]程方,张曦,张金松.基于机器视觉的点胶机定位系统[J].机械设计与制造,2013,(3):101-104.

[5]巫德彬.一种新的直线逐点比较法插补算法[J].机械设计与制造,2007,(7):138-139.

[6]任工昌,李健.基于AT89C51的蠕动式点胶机控制系统设计[J].微电机,2009,42(3):85-88.

[7]丁涛,任工昌,王芳.计算机视觉检测系统在蠕动式点胶机中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2009,(1):67-69.

[8]吕桂志,任工昌,丁涛.基于TRIZ技术进化分析点胶机的演进[J].工程设计学报,2008,15(5):387-390.

 
任工昌,曹愿愿,张强,蒋建豪
《流体传动与控制》 2017年第06期
《流体传动与控制》2017年第06期文献

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