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案例頻道插片工序是晶振等電子元器件封裝過(guò)程中的重要工序，用旋轉吸嘴拾取散裝的石英晶片,通過(guò)視覺(jué)處理系統,進(jìn)行位置和角度自動(dòng)補正后，將石英晶片按照指定的方向整齊放置到統一的鍍膜盤(pán)中供下一道工序使用。傳統的插片機使用旋轉式電機做驅動(dòng)主軸及單個(gè)吸取的方式，限制插片速度，最高速度0.67個(gè)/秒。而步進(jìn)科技推出的新型設計方案中通過(guò)對主軸及吸取方式進(jìn)行的創(chuàng )造性改造，使用直線(xiàn)伺服電機作為主軸，采取獨特的4頭循環(huán)吸取方式，大大提高了速度及精度，設計速度達到1.25個(gè)/秒，取放料精度達到0.01mm。同時(shí)系統采用基于CANOPEN總線(xiàn)的多軸控制系統，實(shí)現了單臺PLC對10個(gè)軸的控制，高效的通訊速度不僅實(shí)現電機的同步，同時(shí)降低系統的安裝及維護復雜性。
傳動(dòng)原理
插片機主要包括工序有：
1） 識別散料：移動(dòng)攝像頭及散裝料盤(pán)，通過(guò)視覺(jué)系統查找散盤(pán)上散料位置，根據識別位置移動(dòng)吸嘴；
2） 取料：四吸頭順序吸取散料，延主軸運動(dòng)到放料位置；
3） 調整位置及方向：主軸傳動(dòng)過(guò)程中再次進(jìn)行單個(gè)散料位置識別；
4） 料盤(pán)進(jìn)給：鍍膜盤(pán)延軸移動(dòng)到物料吸放位置；
5） 放置到料盤(pán)：根據單個(gè)位置的的識別，進(jìn)行角度調節到統一方向后放入鍍膜盤(pán)。
方案原理圖
如圖所示，在十軸的插片機伺服控制系統中，主控制器采用的是Beckhoff PLC BX 9000,BX9000以太網(wǎng)口連接高速數字圖像檢測儀（Keyence CV2100）、CANOPEN通訊口連接10臺不同型號的KINCO智能型伺服驅動(dòng)器，完成閉環(huán)控制。Kinco ECOVARIO高性能伺服驅動(dòng)器用來(lái)控制主軸的直線(xiàn)伺服電機，以實(shí)現快速、高加速、高定位精度的運動(dòng)要求,一臺KINCO ED200 伺服驅動(dòng)器和八臺ED 100驅動(dòng)器則分別控制散料盤(pán)移動(dòng)電機、鍍膜盤(pán)移動(dòng)電機、相機移動(dòng)電機、四路吸頭旋轉電機、進(jìn)/出鍍膜盤(pán)升降電機，完成散裝料盤(pán)的進(jìn)給、攝像頭移動(dòng)、吸頭旋轉定位及鍍膜料盤(pán)的進(jìn)給升降動(dòng)作。系統還配有eView 5.7” 彩色TFT觸摸屏(MT5300T)，通過(guò)以太網(wǎng)口與BX9000進(jìn)行通訊，實(shí)現對設備控制的操作和運行數據的監控。系統通過(guò)CANopen現場(chǎng)總線(xiàn)以1Mbps速率進(jìn)行通訊，很好滿(mǎn)足了實(shí)時(shí)性的要求。
配置表
控制特點(diǎn)
控制器：Beckhoff PLC完成邏輯控制、位置閉環(huán)、以太網(wǎng)及CANopen通訊，系統穩定可靠，編程簡(jiǎn)單。
BX 9000系列PLC是Beckhoff公司推出的具有多通訊方式和強大處理能力的中型PLC。通過(guò)Beckhoff PLC CANopen端口連接ECVORARIO 及ED系列驅動(dòng)器組成的CANopen現場(chǎng)總線(xiàn)，實(shí)現了多軸控制高速通訊系統。BX 9000以太網(wǎng)口連接Keyence CV2100高速數字圖像檢測儀和MT5300大大提高了系統位置控制環(huán)的通訊和顯示速度。
主軸移動(dòng)電機：速度快和高加/減速度Kinco SLME-025-244-000直線(xiàn)電機。
Kinco SLME-025直線(xiàn)電機不同于傳統旋轉式伺服電機，由于直線(xiàn)電機使用時(shí)無(wú)需使用連軸器，電機具有速度快（在規定的行程內，可產(chǎn)生大的加減速）、效率高的特點(diǎn)。在本系統中設定速度為1.5m/s時(shí)，加速度可達到107m/s2，加/減速過(guò)程電機不抖動(dòng),定位達到5um精度。
現場(chǎng)總線(xiàn)通訊：速率高達1M的CANopen總線(xiàn)
CANopen是基于CAN BUS的高層協(xié)議，CAN總線(xiàn)具備抗干擾性強、高速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)， CANopen通過(guò)PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線(xiàn)的管理和應用。Kinco的ECVORARIO 及ED系列驅動(dòng)器均內置了CANopen通訊功能。CANopen最大支持127個(gè)從站節點(diǎn)，本系統因而實(shí)現了一個(gè)PLC對多個(gè)伺服電機的控制要求，本系統中獨創(chuàng )的4個(gè)吸頭的設計構想也基于CANopen總線(xiàn)支持多節點(diǎn)的特點(diǎn)。整個(gè)系統中共涉及到10軸電機的控制，每個(gè)電機均通過(guò)驅動(dòng)器直接連接到CANopen總線(xiàn)上和PLC相連，系統設計的復雜性大大降低，同時(shí)也減小了系統后期的維護成本。
傳統設計中對各個(gè)電機控制基本采取脈沖方向控制的模式，普通PLC支持脈沖數在兩到三路以?xún)?，涉及到三路以上多軸系統的時(shí)候只能采取增加脈沖模塊或通過(guò)RS232/485串連多個(gè)PLC進(jìn)行控制。采用多個(gè)PLC控制的方法增加了系統設計的復雜性，PLC之間通訊速度也影響了系統的響應速度。另一方面脈沖控制易受干擾，在設備周?chē)嬖诖蟮母蓴_源如大功率變頻器時(shí)系統通訊會(huì )受影響產(chǎn)生丟步等現象。
結語(yǔ)
高性能直線(xiàn)伺服電機，省去了機械傳動(dòng)部分，電機運行加/減速有了較大的提高。采用CANopen總線(xiàn)系統進(jìn)行多軸控制，不僅提高增強設備生產(chǎn)能力，同時(shí)增加系統配置靈活性。系統達到了高性能、維護方便、成本經(jīng)濟的特點(diǎn)。隨著(zhù)新型插片機性能的不斷提高，直線(xiàn)電機和CANopen現場(chǎng)總線(xiàn)的設計方法在電子元件封裝行業(yè)中應用將更加廣泛和深入。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號