全自動噴膠機運動控制系統

　　隨著中國經濟的快速發展，自動化技術、計算機技術、信息技術的高速發展，以及人力成本的持續增長，市場對高精度、全自動的設備需求也日益增多。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用是采用人工或半自動涂覆方式，或雖采用自動涂覆，但精度不高、性能不佳造成膠水或油漆浪費和污染。為此我們與相關設備制造商展開合作，開發新的自動化噴膠機設備。在設備開發過程中，由我們公司負責開發噴膠機控制系統及控制軟件，實現噴膠機設備的全面自動化。

　　2.噴膠機機構

噴膠機的外觀機構見圖1所示。噴膠就動力單元4軸全部采用伺服電機控制(X、Y、Z、U,共4軸)，如圖2所示，其中X、Y軸根據噴膠軌跡走平面運動;Z軸走控制噴膠頭上下運動，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，做旋轉運動;PCB輸送帶的運行控制采用感應馬達控制。

　　3.控制系統方案設計和配置

　　本控制系統采用研華高集成度的運動控制控制器PEC-3240為核心控制單元。PEC-3240采用IntelCeleronM處理器，支持WindowsXPEmbedded操作系統，內建4軸運動控制和32通道光電隔離的數字量I/O，集成運算、控制、雙網口及串口通信等功能，功能強大，體積精巧，非常適合于安置在噴膠機設備中。

　　.1硬件具體配置如下：

控制系統核心采用PEC-3240，顯示與人機操作部分采用研華工業級觸摸顯示器FPM-5151G。所用通用型輸入輸出點：DI點共7個，DO點17個，其它為與伺服相關的輸入輸出點。4臺臺達伺服驅動器及電機，與PEC-3240上集成的運動控制卡連接控制。其中X,Y軸為400W電機，Z軸為200W電機，U軸為100W電機。由于采用伺服控制技術，使這新一代全自動噴膠機運動控制系統控制更加平穩、流暢、精準，控制精度可達0.02mm。一臺感應馬達，控制輸送帶，可8檔調速。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，便于對不同PCB進行示教控制。一只二維碼識別掃描槍，通過USB與PEC-3240通訊，用于自動識別PCB上的二維碼，便于自動調取PCB示教文件而實現噴膠軌跡的自動切換，實現全程自動化生產與管理。所有定位點全部采用高精度接近傳感器或高精度光電傳感器，保證了控制系統長期工作的穩定、精準。意的是配置元件的連接示意圖。

　　4.噴膠機軟件設計

　　4.1操作系統選擇

　　該運動控制系統采用WindowsXPEmbedded為系統工作平臺，VS2005C#為控制系統軟件開發平臺。避免了以往采用WindowsXP操作系統在機械設備上由于非法關機而導致的文件常常丟失引起的故障問題，使噴膠機運動控制系統能安全、流暢的執行既定的程序任務。同時由于操作系統為WindowsXPEmbedded，所以在普通PC機上開發的應用程序能直接安裝到PEC-3240上，降低了軟件開發的復雜度。

　　4.2噴膠機軟件架構

　　噴膠機軟件從架構上分，主要由三部分組成：底層軟件、控制工藝實現及用戶界面。

　　底層軟件實現I/O的定義設置、邏輯設置，4個運動軸的起始速度、加速度、運行速度、回機械原點模式等參數的配置，便于調試硬件。同時還提供豐富的函數方便上層軟件調用，使得在上層軟件設計時可以專注于噴膠功能實現。

　　控制工藝層根據噴膠軌跡及預設的參數配置，自動執行控制工藝。

　　用戶界面層用于人機交互，在示教時、編輯預設參數時及人工單步運行操作時，直接操作機器，以便于保證自動運行能順利執行。同時還提供各種異常狀況的提示，以方便診斷機器故障。圖4為開發的噴膠機主界面。

　　4.3噴膠機軟件功能及特點

　　該控制系統支持噴膠軌跡、噴膠方法自學習、記憶功能，能智能的根據人工示教之后，記錄所走的軌跡、噴膠方法，在后續生產時會根據已記錄的軌跡自動噴膠。記錄的示教文件以G代碼方式產生，后續可對G代碼進行離線或在線編輯，對指定行進行刪除、插入、修改參數等操作。系統示教的方式不但支持通過應用軟件進行示教，還配有專門的示教盒進行示教，使得示教過程非常的簡單、快捷。

　　用戶可通過掃描槍掃描PCB上的二維碼，自動調取示教文件庫的文件，進行加載。在啟動自動運行后，可進行PCB的自動噴膠，省去了人工查找噴膠示教文件庫的麻煩，同時噴膠過程完全可視，可從軟件噴膠進程軌跡上直觀的觀察到PCB噴膠的進度。

　　在運行噴膠軌跡時，能實現噴膠運動軌跡連續插補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。同時會根據圓弧、直線、組成的混合路徑，以及多種復雜圖形區域，加入速度控制智能算法，使得執行運動時柔順、平滑、精準而快速。另外，噴膠機配有針式點膠閥、精細錐形噴膠閥、扇形噴膠閥，控制軟件會根據實際情況自動控制旋轉軸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設置不同的工作速度，膠閥號，工作深度，及出關膠延時等參數。控制軟件根據實際生產情況，會自動定期對自身進行維護。例如控制軟件會根據實際情況，在生產過程中對膠閥執行自動浸泡功能，可有效防止膠閥堵塞，自動排除故障隱患。同時系統還帶有廢水噴吐功能，保證噴膠的均勻性。自動浸泡、吐液位置和浸泡時間間隔均可根據系統推薦值或人工預設。

　　不僅如此，控制軟件還支持強大的噴涂陣列功能與區域噴涂功能，使得噴涂更加簡潔、快速與靈活。控制軟件還能根據實際情況實現整個噴涂偏移功能，自動消除誤差，提高噴涂精度。

　　控制系統中的Z軸可根據線路板上零件的不同高度，自動升降。Z軸最大的行程為135mm，精度可達0.02MM。同時帶有“剎車”裝置，能在控制系統斷電時自動記憶當前點位置，有效防止下滑而出現撞到印刷版上的電子元件。

　　控制系統還能在實際生產過程中，自動檢測氣動元件的供氣壓力情況，在供氣壓力不足時自動偵測并報警，避免了噴膠的部分產品缺陷。

　　控制系統還具備完善的生產管理功能，能精確的累積當前已加工生產的工件數及機器總共完成的加工數目及精確計算每件產品加工的時間。控制系統的核心單元PEC-3240配有2個以太網口，可與信息化管理中心聯網，能將生產的信息上傳，方便工廠的信息化管理。

　　另外，噴膠機具有廢氣自動收集、過濾、排放裝置，通過與控制系統的融合，能有效的處理污染氣體，消除對環境的污染。

　　5.噴膠機運動控制系統的可靠性、穩定性保障及措施

　　電氣上，控制系統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動控制器為核心控制單元，顯示單元采用符合NEMA4/IP65防護標準的研華工業級觸摸屏顯示器FPM-5151G，使控制系統可靠性與傳統采用工業PC加插PCI板卡的方式相比更加穩定、可靠，堅固。由于控制系統所有控制部件均采用無風扇設計，以及存儲程序的介質為CF卡，使得電氣維護更加簡單，確保了控制系統能在惡劣生產場合長期工作的穩定性。

　　印刷電路板進板，板到位，出板、均采用光電傳感器，4軸伺服的機械校準原點均為高性能接近傳感器，并配以自動校準控制軟件，保證了長期工作的定位精準、穩定。I/O口全部采用光電隔離，隔離電壓高達2500V，使控制系統具有很強的抗沖擊能力。

　　應用軟件上，進行了各種異常報警偵測及防呆設計，有效防止異常狀況下繼續運行而造成生產上的問題，便于維護。

　　6.結束語

　　該控制系統終端客戶從開始應用到現在，一直運行穩定、控制效果良好，顯著提高了PCB噴膠的生產效率及品質，提升了該類機種的自動化水平。