一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，它包括通過(guò)AHB系統(tǒng)總線連接的主控制模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述主控制模塊包括ARM控制器以及與ARM控制器相連接的FLASH存儲(chǔ)器、SRAM存儲(chǔ)器、按鍵驅(qū)動(dòng)芯片和和液晶顯示模塊，按鍵驅(qū)動(dòng)芯片與按鍵陣列雙向連接；運(yùn)動(dòng)控制模塊包括FPGA單元、若干個(gè)伺服電機(jī)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器單元，F(xiàn)PGA單元通過(guò)伺服電機(jī)控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳感器單元的信號(hào)采集端與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，傳感器單元的信號(hào)輸出端與FPGA單元的反饋輸入端相連。本發(fā)明的系統(tǒng)整體成本低，且使系統(tǒng)具有開(kāi)放性，可操作性強(qiáng)；能夠?qū)崿F(xiàn)貼片機(jī)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制，在實(shí)際應(yīng)用中提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度及定位精度，提高生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)效率。
【專利說(shuō)明】一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是貼片機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種貼片機(jī)聞速聞精度協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精密貼裝技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]貼片機(jī)起源于上世紀(jì)七十年代中后期，是一種通過(guò)移動(dòng)貼裝頭將表面貼裝元器件準(zhǔn)確地放置在PCB焊盤(pán)上的設(shè)備，分為手動(dòng)和全自動(dòng)兩種。貼片機(jī)的出現(xiàn)為電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的變化。隨著國(guó)內(nèi)電子行業(yè)的飛速發(fā)展，市場(chǎng)上對(duì)貼片機(jī)的需求量越來(lái)越大。在整個(gè)貼片機(jī)系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是決定其速度和精度的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上應(yīng)用于貼片機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)大多依賴于上位PC機(jī)或?qū)Ｓ眠\(yùn)動(dòng)控制芯片，采用PC機(jī)雖然增加了系統(tǒng)的開(kāi)放性，但是造成整體系統(tǒng)龐大、成本高且系統(tǒng)可移植性差，而采用專用運(yùn)動(dòng)控制芯片雖然可增加系統(tǒng)的靈活性及可移植性，卻降低了系統(tǒng)的開(kāi)放性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)在市場(chǎng)上應(yīng)用于貼片機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)大多依賴于上位PC機(jī)或?qū)Ｓ眠\(yùn)動(dòng)控制芯片，采用PC機(jī)雖然增加了系統(tǒng)的開(kāi)放性，但是造成整體系統(tǒng)龐大、成本高且系統(tǒng)可移植性差，而采用專用運(yùn)動(dòng)控制芯片雖然可增加系統(tǒng)的靈活性及可移植性，卻降低了系統(tǒng)的開(kāi)放性的問(wèn)題，提出一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)貼片機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中的高速高精度的貼裝運(yùn)動(dòng)，降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)開(kāi)放性及靈活性，提高生產(chǎn)效率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，它包括通過(guò)AHB系統(tǒng)總線連接的主控制模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述主控制模塊包括ARM控制器以及與ARM控制器相連接的FLASH存儲(chǔ)器、SRAM存儲(chǔ)器、按鍵驅(qū)動(dòng)芯片和和液晶顯示模塊，所述的按鍵驅(qū)動(dòng)芯片與按鍵陣列雙向連接；所述運(yùn)動(dòng)控制模塊包括FPGA單元、若干個(gè)伺服電機(jī)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器單元，所述的FPGA單元通過(guò)若干個(gè)伺服電機(jī)的控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的傳感器單元與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，傳感器單元的信號(hào)輸出端與FPGA單元的反饋信號(hào)輸入端相連。
[0006]本發(fā)明的ARM控制器通過(guò)I2C總線與按鍵驅(qū)動(dòng)芯片連接，所述ARM控制器通過(guò)RS232串行通信接口與液晶顯示模塊連接。
[0007]本發(fā)明的FLASH存儲(chǔ)模塊和SRAM存儲(chǔ)模塊通過(guò)AHB系統(tǒng)總線與ARM控制器連接。
[0008]本發(fā)明的傳感器單元包括安裝在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上X、Y和Z軸的位移傳感器。
[0009]本發(fā)明的伺服電機(jī)包括X軸伺服電機(jī)、Y軸伺服電機(jī)、Z軸伺服電機(jī)和P軸伺服電機(jī)，F(xiàn)PGA單元通過(guò)四個(gè)交流伺服驅(qū)動(dòng)器分別與X軸伺服電機(jī)、Y軸伺服電機(jī)、Z軸伺服電機(jī)及P軸伺服電機(jī)連接，所述FPGA單元與交流伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出芯片連接，X軸伺服電機(jī)、Y軸伺服電機(jī)、Z軸伺服電機(jī)和P軸伺服電機(jī)的編碼器反饋信號(hào)通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)接收芯片與運(yùn)動(dòng)控制模塊連接。[0010]本發(fā)明的FPGA單元包括X/Y/Z軸前饋控制器、X/Y/Z軸反饋控制器、交叉耦合控制器和Z軸控制器，所述的X/Y/Z軸前饋控制器采用ZPETC零相位誤差跟蹤控制方法；所述X/Y/Z軸反饋控制器采用傳統(tǒng)PID方法設(shè)計(jì)，以被控對(duì)象的實(shí)際軸向位置為反饋信號(hào)。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
[0012]本發(fā)明的貼片機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)整體成本低，且使系統(tǒng)具有一定開(kāi)放性，可操作性強(qiáng)；能夠?qū)崿F(xiàn)貼片機(jī)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制，在實(shí)際應(yīng)用中提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度及定位精度，提高生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)效率。
[0013]本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括主控制模塊及運(yùn)動(dòng)控制模塊兩部分，兩個(gè)模塊通過(guò)AHB系統(tǒng)總線進(jìn)行連接通信。主控制模塊主要用于系統(tǒng)的整體調(diào)配、人機(jī)交互及控制命令的解析和傳送；運(yùn)動(dòng)控制模塊主要用于控制命令的執(zhí)行，負(fù)責(zé)高速的插補(bǔ)運(yùn)算及各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制算法的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)發(fā)送高速脈沖以控制貼片機(jī)各軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而完成相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。兩部分協(xié)調(diào)工作，在提高工作效率的同時(shí)可節(jié)約芯片資源，使其發(fā)揮自身控制優(yōu)點(diǎn)。
[0014]本發(fā)明采用的可編程邏輯器件FPGA具有強(qiáng)大的可編程邏輯功能，用戶可通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制算法，同時(shí)可完成外圍復(fù)雜邏輯電路的設(shè)計(jì)，減小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。
[0015]本發(fā)明的系統(tǒng)采用多軸綜合控制的運(yùn)動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的多軸協(xié)調(diào)控制，減小運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的跟蹤誤差及輪廓誤差，提高系統(tǒng)控制精度，達(dá)到貼片機(jī)系統(tǒng)高速高精度的點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是運(yùn)動(dòng)控制結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0018]圖3是系統(tǒng)參數(shù)配置流程圖。
[0019]圖4是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]如圖1-4所示，一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，它包括通過(guò)AHB系統(tǒng)總線3連接的主控制模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊，所述主控制模塊包括ARM控制器I以及與ARM控制器I相連接的FLASH存儲(chǔ)器6、SRAM存儲(chǔ)器7、按鍵驅(qū)動(dòng)芯片4和和液晶顯示模塊8，所述的按鍵驅(qū)動(dòng)芯片4與按鍵陣列5雙向連接；所述運(yùn)動(dòng)控制模塊包括FPGA單元2、若干個(gè)伺服電機(jī)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)15和傳感器單元14，所述的FPGA單元2通過(guò)若干個(gè)伺服電機(jī)的控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)15，所述的傳感器單元14與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)15相連，傳感器單元14的信號(hào)輸出端與FPGA單元2的反饋信號(hào)輸入端相連。
[0022]本發(fā)明的ARM控制器I通過(guò)I2C總線與按鍵驅(qū)動(dòng)芯片4連接，所述ARM控制器I通過(guò)RS232串行通信接口與液晶顯示模塊8連接。
[0023]本發(fā)明的FLASH存儲(chǔ)模塊6和SRAM存儲(chǔ)模塊7通過(guò)AHB系統(tǒng)總線3與ARM控制器I連接。[0024]本發(fā)明的傳感器單元14包括安裝在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)15上X、Y和Z軸的位移傳感器。
[0025]本發(fā)明的伺服電機(jī)包括X軸伺服電機(jī)10、Y軸伺服電機(jī)11、Z軸伺服電機(jī)12和P軸伺服電機(jī)13，F(xiàn)PGA單元2通過(guò)四個(gè)交流伺服驅(qū)動(dòng)器9分別與X軸伺服電機(jī)10、Y軸伺服電機(jī)11、Z軸伺服電機(jī)12及P軸伺服電機(jī)13連接，所述FPGA單元2與交流伺服驅(qū)動(dòng)器9通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出芯片16連接，X軸伺服電機(jī)10、Y軸伺服電機(jī)11、Z軸伺服電機(jī)12和P軸伺服電機(jī)13的編碼器反饋信號(hào)通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)接收芯片17與運(yùn)動(dòng)控制模塊2連接。
[0026]本發(fā)明的FPGA單元2包括X/Y/Z軸前饋控制器、X/Y/Z軸反饋控制器、交叉耦合控制器和Z軸控制器，所述的X/Y/Z軸前饋控制器采用ZPETC零相位誤差跟蹤控制方法；所述X/Y/Z軸反饋控制器采用傳統(tǒng)PID方法設(shè)計(jì)，以被控對(duì)象的實(shí)際軸向位置為反饋信號(hào)。
[0027]如圖4中所示，[rx、ry、rz...]表示各運(yùn)動(dòng)軸輸如參考位置指令，[ex、ey、ez…]表示各運(yùn)動(dòng)軸位置誤差，[fx、fy、fz...]表示各運(yùn)動(dòng)軸濾波處理后的位置誤差，[ux、uy、iv..]表示軸向驅(qū)動(dòng)信號(hào)，[ax、ay、az…]表不實(shí)際軸向位置，ε表不輪廓誤差信號(hào)，[Cx、Cy、Cz...]表示交叉耦合控制器的交叉耦合增益。在這里令
【權(quán)利要求】
1.一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括通過(guò)AHB系統(tǒng)總線(3)連接的主控制豐旲塊和運(yùn)動(dòng)控制t吳塊，所述王控制t吳塊包括ARM控制器(I)以及與ARM控制器(I)相連接的FLASH存儲(chǔ)器(6)、SRAM存儲(chǔ)器(7)、按鍵驅(qū)動(dòng)芯片(4)和和液晶顯示模塊(8)，所述的按鍵驅(qū)動(dòng)芯片(4)與按鍵陣列(5)雙向連接；所述運(yùn)動(dòng)控制模塊包括FPGA單元(2)、若干個(gè)伺服電機(jī)、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(15)和傳感器單元(14)，所述的FPGA單元(2)通過(guò)若干個(gè)伺服電機(jī)的控制運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(15)，所述的傳感器單元(14)與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(15)相連，傳感器單元(14)的信號(hào)輸出端與FPGA單元(2)的反饋信號(hào)輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述ARM控制器(I)通過(guò)I2 C總線與按鍵驅(qū)動(dòng)芯片(4)連接，所述ARM控制器(I)通過(guò)RS232串行通信接口與液晶顯示模塊(8)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述FLASH存儲(chǔ)模塊(6)和SRAM存儲(chǔ)模塊(7)通過(guò)AHB系統(tǒng)總線(3)與ARM控制器(I)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器單元(14)包括安裝在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(15)上X、Y和Z軸的位移傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:所述伺服電機(jī)包括X軸伺服電機(jī)(10 )、Y軸伺服電機(jī)(11)、Z軸伺服電機(jī)(12 )和P軸伺服電機(jī)(13 )，F(xiàn)PGA單元(2)通過(guò)四個(gè)交流伺服驅(qū)動(dòng)器(9)分別與X軸伺服電機(jī)(10)、Y軸伺服電機(jī)(11)、Z軸伺服電機(jī)(12)及P軸伺服電機(jī)(13)連接，所述FPGA單元(2)與交流伺服驅(qū)動(dòng)器(9)通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出芯片(16 )連接，X軸伺服電機(jī)(10 )、Y軸伺服電機(jī)(11 )、Z軸伺服電機(jī)(12 )和P軸伺服電機(jī)(13)的編碼器反饋信號(hào)通過(guò)長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)接收芯片(17)與運(yùn)動(dòng)控制模塊(2)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:FPGA單元(2)包括X/Y/Z軸前饋控制器、X/Y/Z軸反饋控制器、交叉耦合控制器和Z軸控制器，所述的X/Y/Z軸前饋控制器采用ZPETC零相位誤差跟蹤控制方法；所述X/Y/Z軸反饋控制器采用傳統(tǒng)PID方法設(shè)計(jì)，以被控對(duì)象的實(shí)際軸向位置為反饋信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G05B19/414GK103838184SQ201310125376
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月11日
【發(fā)明者】胡毓曉, 駱敏舟, 陳曉丹, 錢(qián)榮榮, 趙漢賓, 葉曉東, 項(xiàng)瑩瑩, 李志強(qiáng) 申請(qǐng)人:江蘇南極星科技有限公司, 常州先進(jìn)制造技術(shù)研究所