步进科技插片机电气解决方案

】　　一．系统概述
　　插片工序是晶振等电子元器件封装过程中的一个重要工序，用旋转吸嘴拾取散装的石英晶片,通过视觉处理系统,进行位置和角度自动补正后，将石英晶片按照指定的方向整齐放置到统一的镀膜盘中供下一道工序使用。传统的插片机使用旋转式电机做驱动主轴及单个吸取的方式，限制了插片速度，最高只能做到0.67个/秒。而步进科技推出的新型设计方案中通过对主轴及吸取方式进行的创造性改造，使用直线伺服电机作为主轴，采取独特的4头循环吸取方式，大大提高了速度及精度，设计速度达到1.25个/秒，取放料精度达到0.01mm。同时系统采用基于CANopen总线的多轴控制，实现了单台PLC对10个轴的控制，高效的通讯速度不仅实现了电机的同步，同时降低了系统的安装及维护复杂性。
　　
　　二．工作原理
　　插片机主要工序：
　　1）识别散料：移动摄像头及散装料盘，通过视觉系统查找料盘上散料位置，根据识别位置移动吸嘴；
　　2）取料：四吸头顺序吸取散料，沿主轴方向运动到放料位置；
　　3）调整位置及方向：主轴传动过程中再次进行单个散料位置识别；
　　4）料盘进给：镀膜盘延轴移动到物料吸放位置；
　　5）放置到料盘：根据单个位置的的识别，进行角度调节到统一方向后放入镀膜盘。
　　

　　
　　三.方案框架图
　　

　　
　　如图所示，在十轴的插片机伺服控制系统中，主控制器采用的是Beckhoff PLC BX 9000, BX9000以太网口连接高速数字图像检测仪（Keyence CV2100）、CANopen通讯口连接10台不同型号的Kinco智能型伺服驱动器，完成闭环控制。Kinco ECOVARIO高性能伺服驱动器用来控制主轴的直线伺服电机，以实现快速、高加速度、高定位精度的运动要求，一台Kinco ED200 伺服驱动器和八台Kinco ED100伺服驱动器则分别控制散料盘移动电机、镀膜盘移动电机、相机移动电机、四路吸头旋转电机、进/出镀膜盘升降电机，完成散装料盘的进给、摄像头移动、吸头旋转定位及镀膜料盘的进给升降动作。系统还配有eView 5.7” 彩色TFT触摸屏(MT5300T)，通过以太网口与BX9000进行通讯，实现对设备控制的操作和运行数据的监控。系统通过CANopen现场总线以1Mbps速率进行通讯，很好满足了实时性的要求。
　　四．配置表
　　

　　
　　控制特点
　　控制器：Beckhoff PLC完成逻辑控制、位置闭环、以太网及CANopen通讯，系统稳定可靠，编程简单。
　　BX9000系列PLC是Beckhoff公司推出的具有多通讯方式和强大处理能力的中型PLC。通过其CANopen端口连接ECOVARIO 及ED系列驱动器组成的CANopen现场总线网络，实现了多轴、高速通讯系统。BX9000以太网口连接Keyence CV2100高速数字图像检测仪和MT5300大大提高了系统位置控制环的通讯和显示速度。
　　主轴移动电机：由Kinco SLM-025-244-000直线电机实现，直线电机不同于传统旋转伺服电机，由于直线电机和负载之间无需传动结构，省略了传动部分带来的机械惯量，电机具有速度快（在规定的行程内，可产生大的加减速）、效率高、适合频繁启停的特点。本系统主轴设定速度为1.5m/s时，加速度可达到107m/s2，加/减速过程中电机不抖动，定位精度达到5um。
　　现场总线通讯：通讯速率高达1M的CANopen总线，基于CAN BUS的应用层协议，具备抗干扰性强、高速、实时的优点。通过PDO、SDO、NMT等通讯对象，非常方便总线的管理和应用。Kinco的ECOVARIO 及ED系列驱动器提供了支持CANopen通讯的型号。CANopen最大支持127个从站节点，完全可以满足本系统10个电机的控制要求。本系统独创的4个吸头的设计构想也基于CANopen总线支持多节点的特点。
　　传统设计中对各个电机控制采取脉冲控制的模式，普通PLC支持2路到4路脉冲输出，4路以上多轴系统只能采取增加脉冲模块或通过RS232/485串连多个PLC进行控制。采用多个PLC控制的方法增加了系统设计的复杂性，PLC之间通讯速度也影响了系统的响应速度。另一方面脉冲控制易受干扰，在设备周围存在大的干扰源如大功率变频器时系统通讯会受影响容易产生丢脉冲等现象。