全自動(dòng)噴膠機(jī)解讀

1、全自動(dòng)噴膠機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 杭州研華拓峰自動(dòng)化技術(shù)有限公司 邵高慧 【摘要】本文討論以研華 PEC-3240嵌入式集成型運(yùn)動(dòng)控制器為控制核心實(shí)現(xiàn)噴 膠機(jī)全自動(dòng)控制。介紹實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化噴膠機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。 【關(guān)鍵詞】 PEC-3240 G 代碼 示教1. 引言 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(kāi)合

2、作，開(kāi)發(fā)新的自動(dòng)化噴膠機(jī)設(shè)備。在設(shè) 備開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由我們公司負(fù)責(zé)開(kāi)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(guān)機(jī)構(gòu)見(jiàn)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(guò) 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。Z圖 1 ： 機(jī)構(gòu)外觀(guān)圖輸送帶感應(yīng)馬達(dá)光電或接近傳感器定位汽缸圖 2 ： 機(jī)構(gòu)空間示意圖3. 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和配置 本控

3、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 Intel Celeron M 處理器，支持 Windows XP Embedded 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。 3.1硬件具體配置如下：從圖 3 硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖上可以看到，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 FPM5151G。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)

4、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(guò) RS232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?zhuān)ㄟ^(guò) USB與 PEC3240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

5、 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。圖 3 ： 硬件系統(tǒng)架構(gòu)圖圖 3 ： 硬件系統(tǒng)架構(gòu)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 Windows XP Embedded為系統(tǒng)工作平臺(tái)， VS2005 C#為控制 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。避免了以往采用 Windows XP 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(wèn)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 Windows XP Embendded,所以在普通 PC 機(jī)上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用

6、程序能直 接安裝到 PEC-3240上，降低了軟件開(kāi)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(hù)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(zhuān)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(hù)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

7、。圖 4 為開(kāi)發(fā)的噴膠機(jī)主界面。圖 4 噴膠機(jī)用戶(hù)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(xiàn)或在線(xiàn)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(guò)應(yīng)用 軟件進(jìn)行示教，還配有專(zhuān)門(mén)的示教盒進(jìn)行示教，使得示教過(guò)程非常的簡(jiǎn)單、快 捷。用戶(hù)可通過(guò)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

8、件 庫(kù)的麻煩，同時(shí)噴膠過(guò)程完全可視，可從軟件噴膠進(jìn)程軌跡上直觀(guān)的觀(guān)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(wèn)題，使得噴膠效果均勻、快速。同時(shí)會(huì)根據(jù)圓弧、直 線(xiàn)、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)?？刂栖浖鶕?jù)實(shí)際生 產(chǎn)情況，會(huì)自

9、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(guò) 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?？刂葡到y(tǒng)中的 Z軸可根據(jù)線(xiàn)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(chē) ”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

10、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(guò)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?？刂?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(chǎng)的信息化管理。 另外，噴膠機(jī)具有廢氣自動(dòng)收集、過(guò)濾、排放裝置，通過(guò)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 FPM5151G，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(wú)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