全自動(dòng)噴膠機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

　　隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的高速發(fā)展，以及人力成本的持續(xù)增長(zhǎng)，市場(chǎng)對(duì)高精度、全自動(dòng)的設(shè)備需求也日益增多。以往最初印刷電路板(PCB)的三防膠水或者油漆等材料的涂覆應(yīng)用是采用人工或半自動(dòng)涂覆方式，或雖采用自動(dòng)涂覆，但精度不高、性能不佳造成膠水或油漆浪費(fèi)和污染。為此我們與相關(guān)設(shè)備制造商展開合作，開發(fā)新的自動(dòng)化噴膠機(jī)設(shè)備。在設(shè)備開發(fā)過程中，由我們公司負(fù)責(zé)開發(fā)噴膠機(jī)控制系統(tǒng)及控制軟件，實(shí)現(xiàn)噴膠機(jī)設(shè)備的全面自動(dòng)化。

　　2.噴膠機(jī)機(jī)構(gòu)

噴膠機(jī)的外觀機(jī)構(gòu)見圖1所示。噴膠就動(dòng)力單元4軸全部采用伺服電機(jī)控制(X、Y、Z、U,共4軸)，如圖2所示，其中X、Y軸根據(jù)噴膠軌跡走平面運(yùn)動(dòng);Z軸走控制噴膠頭上下運(yùn)動(dòng)，以方便繞過PCB上較高的元件，避免噴膠頭與元件碰撞;U軸控制選擇不同噴膠頭，做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);PCB輸送帶的運(yùn)行控制采用感應(yīng)馬達(dá)控制。

　　3.控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和配置

　　本控制系統(tǒng)采用研華高集成度的運(yùn)動(dòng)控制控制器PEC-3240為核心控制單元。PEC-3240采用IntelCeleronM處理器，支持WindowsXPEmbedded操作系統(tǒng)，內(nèi)建4軸運(yùn)動(dòng)控制和32通道光電隔離的數(shù)字量I/O，集成運(yùn)算、控制、雙網(wǎng)口及串口通信等功能，功能強(qiáng)大，體積精巧，非常適合于安置在噴膠機(jī)設(shè)備中。

　　.1硬件具體配置如下：

控制系統(tǒng)核心采用PEC-3240，顯示與人機(jī)操作部分采用研華工業(yè)級(jí)觸摸顯示器FPM-5151G。所用通用型輸入輸出點(diǎn)：DI點(diǎn)共7個(gè)，DO點(diǎn)17個(gè)，其它為與伺服相關(guān)的輸入輸出點(diǎn)。4臺(tái)臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)，與PEC-3240上集成的運(yùn)動(dòng)控制卡連接控制。其中X,Y軸為400W電機(jī)，Z軸為200W電機(jī)，U軸為100W電機(jī)。由于采用伺服控制技術(shù)，使這新一代全自動(dòng)噴膠機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制更加平穩(wěn)、流暢、精準(zhǔn)，控制精度可達(dá)0.02mm。一臺(tái)感應(yīng)馬達(dá)，控制輸送帶，可8檔調(diào)速。一只帶字符液晶顯示的示教盒，與PEC-3240的串口連接，通過RS-232通訊，便于對(duì)不同PCB進(jìn)行示教控制。一只二維碼識(shí)別掃描槍，通過USB與PEC-3240通訊，用于自動(dòng)識(shí)別PCB上的二維碼，便于自動(dòng)調(diào)取PCB示教文件而實(shí)現(xiàn)噴膠軌跡的自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化生產(chǎn)與管理。所有定位點(diǎn)全部采用高精度接近傳感器或高精度光電傳感器，保證了控制系統(tǒng)長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定、精準(zhǔn)。意的是配置元件的連接示意圖。

　　4.噴膠機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　4.1操作系統(tǒng)選擇

　　該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用WindowsXPEmbedded為系統(tǒng)工作平臺(tái)，VS2005C#為控制系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)。避免了以往采用WindowsXP操作系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)備上由于非法關(guān)機(jī)而導(dǎo)致的文件常常丟失引起的故障問題，使噴膠機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能安全、流暢的執(zhí)行既定的程序任務(wù)。同時(shí)由于操作系統(tǒng)為WindowsXPEmbedded，所以在普通PC機(jī)上開發(fā)的應(yīng)用程序能直接安裝到PEC-3240上，降低了軟件開發(fā)的復(fù)雜度。

　　4.2噴膠機(jī)軟件架構(gòu)

　　噴膠機(jī)軟件從架構(gòu)上分，主要由三部分組成：底層軟件、控制工藝實(shí)現(xiàn)及用戶界面。

　　底層軟件實(shí)現(xiàn)I/O的定義設(shè)置、邏輯設(shè)置，4個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的起始速度、加速度、運(yùn)行速度、回機(jī)械原點(diǎn)模式等參數(shù)的配置，便于調(diào)試硬件。同時(shí)還提供豐富的函數(shù)方便上層軟件調(diào)用，使得在上層軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以專注于噴膠功能實(shí)現(xiàn)。

　　控制工藝層根據(jù)噴膠軌跡及預(yù)設(shè)的參數(shù)配置，自動(dòng)執(zhí)行控制工藝。

　　用戶界面層用于人機(jī)交互，在示教時(shí)、編輯預(yù)設(shè)參數(shù)時(shí)及人工單步運(yùn)行操作時(shí)，直接操作機(jī)器，以便于保證自動(dòng)運(yùn)行能順利執(zhí)行。同時(shí)還提供各種異常狀況的提示，以方便診斷機(jī)器故障。圖4為開發(fā)的噴膠機(jī)主界面。

　　4.3噴膠機(jī)軟件功能及特點(diǎn)

　　該控制系統(tǒng)支持噴膠軌跡、噴膠方法自學(xué)習(xí)、記憶功能，能智能的根據(jù)人工示教之后，記錄所走的軌跡、噴膠方法，在后續(xù)生產(chǎn)時(shí)會(huì)根據(jù)已記錄的軌跡自動(dòng)噴膠。記錄的示教文件以G代碼方式產(chǎn)生，后續(xù)可對(duì)G代碼進(jìn)行離線或在線編輯，對(duì)指定行進(jìn)行刪除、插入、修改參數(shù)等操作。系統(tǒng)示教的方式不但支持通過應(yīng)用軟件進(jìn)行示教，還配有專門的示教盒進(jìn)行示教，使得示教過程非常的簡(jiǎn)單、快捷。

　　用戶可通過掃描槍掃描PCB上的二維碼，自動(dòng)調(diào)取示教文件庫(kù)的文件，進(jìn)行加載。在啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行后，可進(jìn)行PCB的自動(dòng)噴膠，省去了人工查找噴膠示教文件庫(kù)的麻煩，同時(shí)噴膠過程完全可視，可從軟件噴膠進(jìn)程軌跡上直觀的觀察到PCB噴膠的進(jìn)度。

　　在運(yùn)行噴膠軌跡時(shí)，能實(shí)現(xiàn)噴膠運(yùn)動(dòng)軌跡連續(xù)插補(bǔ)及噴膠智能前瞻功能，避免噴膠不均勻問題，使得噴膠效果均勻、快速。同時(shí)會(huì)根據(jù)圓弧、直線、組成的混合路徑，以及多種復(fù)雜圖形區(qū)域，加入速度控制智能算法，使得執(zhí)行運(yùn)動(dòng)時(shí)柔順、平滑、精準(zhǔn)而快速。另外，噴膠機(jī)配有針式點(diǎn)膠閥、精細(xì)錐形噴膠閥、扇形噴膠閥，控制軟件會(huì)根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)控制旋轉(zhuǎn)軸U軸選擇相匹配的膠閥，使得在噴膠速度與噴膠精度之間獲得平衡。每條噴膠軌跡都可單獨(dú)設(shè)置不同的工作速度，膠閥號(hào)，工作深度，及出關(guān)膠延時(shí)等參數(shù)。控制軟件根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，會(huì)自動(dòng)定期對(duì)自身進(jìn)行維護(hù)。例如控制軟件會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，在生產(chǎn)過程中對(duì)膠閥執(zhí)行自動(dòng)浸泡功能，可有效防止膠閥堵塞，自動(dòng)排除故障隱患。同時(shí)系統(tǒng)還帶有廢水噴吐功能，保證噴膠的均勻性。自動(dòng)浸泡、吐液位置和浸泡時(shí)間間隔均可根據(jù)系統(tǒng)推薦值或人工預(yù)設(shè)。

　　不僅如此，控制軟件還支持強(qiáng)大的噴涂陣列功能與區(qū)域噴涂功能，使得噴涂更加簡(jiǎn)潔、快速與靈活。控制軟件還能根據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)整個(gè)噴涂偏移功能，自動(dòng)消除誤差，提高噴涂精度。

　　控制系統(tǒng)中的Z軸可根據(jù)線路板上零件的不同高度，自動(dòng)升降。Z軸最大的行程為135mm，精度可達(dá)0.02MM。同時(shí)帶有“剎車”裝置，能在控制系統(tǒng)斷電時(shí)自動(dòng)記憶當(dāng)前點(diǎn)位置，有效防止下滑而出現(xiàn)撞到印刷版上的電子元件。

　　控制系統(tǒng)還能在實(shí)際生產(chǎn)過程中，自動(dòng)檢測(cè)氣動(dòng)元件的供氣壓力情況，在供氣壓力不足時(shí)自動(dòng)偵測(cè)并報(bào)警，避免了噴膠的部分產(chǎn)品缺陷。

　　控制系統(tǒng)還具備完善的生產(chǎn)管理功能，能精確的累積當(dāng)前已加工生產(chǎn)的工件數(shù)及機(jī)器總共完成的加工數(shù)目及精確計(jì)算每件產(chǎn)品加工的時(shí)間。控制系統(tǒng)的核心單元PEC-3240配有2個(gè)以太網(wǎng)口，可與信息化管理中心聯(lián)網(wǎng)，能將生產(chǎn)的信息上傳，方便工廠的信息化管理。

　　另外，噴膠機(jī)具有廢氣自動(dòng)收集、過濾、排放裝置，通過與控制系統(tǒng)的融合，能有效的處理污染氣體，消除對(duì)環(huán)境的污染。

　　5.噴膠機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性保障及措施

　　電氣上，控制系統(tǒng)供電采用隔離變壓器、EMI濾波器，保障了供電電源的可靠性。

　　硬件上采用嵌入式高集成度的運(yùn)動(dòng)控制器為核心控制單元，顯示單元采用符合NEMA4/IP65防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的研華工業(yè)級(jí)觸摸屏顯示器FPM-5151G，使控制系統(tǒng)可靠性與傳統(tǒng)采用工業(yè)PC加插PCI板卡的方式相比更加穩(wěn)定、可靠，堅(jiān)固。由于控制系統(tǒng)所有控制部件均采用無風(fēng)扇設(shè)計(jì)，以及存儲(chǔ)程序的介質(zhì)為CF卡，使得電氣維護(hù)更加簡(jiǎn)單，確保了控制系統(tǒng)能在惡劣生產(chǎn)場(chǎng)合長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性。

　　印刷電路板進(jìn)板，板到位，出板、均采用光電傳感器，4軸伺服的機(jī)械校準(zhǔn)原點(diǎn)均為高性能接近傳感器，并配以自動(dòng)校準(zhǔn)控制軟件，保證了長(zhǎng)期工作的定位精準(zhǔn)、穩(wěn)定。I/O口全部采用光電隔離，隔離電壓高達(dá)2500V，使控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗沖擊能力。

　　應(yīng)用軟件上，進(jìn)行了各種異常報(bào)警偵測(cè)及防呆設(shè)計(jì)，有效防止異常狀況下繼續(xù)運(yùn)行而造成生產(chǎn)上的問題，便于維護(hù)。

　　6.結(jié)束語

　　該控制系統(tǒng)終端客戶從開始應(yīng)用到現(xiàn)在，一直運(yùn)行穩(wěn)定、控制效果良好，顯著提高了PCB噴膠的生產(chǎn)效率及品質(zhì)，提升了該類機(jī)種的自動(dòng)化水平。