系統(tǒng)概述
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(zhuǎn)吸嘴拾取散裝的石英晶片,通過(guò)視覺(jué)處理系統(tǒng),進(jìn)行位置和角度自動(dòng)補(bǔ)正后，將石英晶片按照指定的方向整齊放置到統(tǒng)一的鍍膜盤中供下一道工序使用。傳統(tǒng)的插片機(jī)使用旋轉(zhuǎn)式電機(jī)做驅(qū)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(shè)計(jì)方案中通過(guò)對(duì)主軸及吸取方式進(jìn)行的創(chuàng)造性改造，使用直線伺服電機(jī)作為主軸，采取獨(dú)特的4頭循環(huán)吸取方式，大大提高了速度及精度，設(shè)計(jì)速度達(dá)到1.25個(gè)/秒，取放料精度達(dá)到0.01mm。同時(shí)系統(tǒng)采用基于CANOPEN總線的多軸控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)PLC對(duì)10個(gè)軸的控制，高效的通訊速度不僅實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步，同時(shí)降低系統(tǒng)的安裝及維護(hù)復(fù)雜性。
傳動(dòng)原理
插片機(jī)主要包括工序有：
1） 識(shí)別散料：移動(dòng)攝像頭及散裝料盤，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)查找散盤上散料位置，根據(jù)識(shí)別位置移動(dòng)吸嘴；
2） 取料：四吸頭順序吸取散料，延主軸運(yùn)動(dòng)到放料位置；
3） 調(diào)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(shí)別；
4） 料盤進(jìn)給：鍍膜盤延軸移動(dòng)到物料吸放位置；
5） 放置到料盤：根據(jù)單個(gè)位置的的識(shí)別，進(jìn)行角度調(diào)節(jié)到統(tǒng)一方向后放入鍍膜盤。
圖1 插片機(jī)傳動(dòng)原理圖
方案原理圖
如圖所示，在十軸的插片機(jī)伺服控制系統(tǒng)中，主控制器采用的是Beckhoff PLC BX 9000,BX9000以太網(wǎng)口連接高速數(shù)字圖像檢測(cè)儀（Keyence CV2100）、CANOPEN通訊口連接10臺(tái)不同型號(hào)的KINCO智能型伺服驅(qū)動(dòng)器，完成閉環(huán)控制。Kinco ECOVARIO高性能伺服驅(qū)動(dòng)器用來(lái)控制主軸的直線伺服電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)快速、高加速、高定位精度的運(yùn)動(dòng)要求,一臺(tái)KINCO ED200 伺服驅(qū)動(dòng)器和八臺(tái)ED 100驅(qū)動(dòng)器則分別控制散料盤移動(dòng)電機(jī)、鍍膜盤移動(dòng)電機(jī)、相機(jī)移動(dòng)電機(jī)、四路吸頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)、進(jìn)/出鍍膜盤升降電機(jī)，完成散裝料盤的進(jìn)給、攝像頭移動(dòng)、吸頭旋轉(zhuǎn)定位及鍍膜料盤的進(jìn)給升降動(dòng)作。系統(tǒng)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(xiàn)對(duì)設(shè)備控制的操作和運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控。系統(tǒng)通過(guò)CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線以 1Mbps速率進(jìn)行通訊，很好滿足了實(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(tǒng)穩(wěn)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(qiáng)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(qū)動(dòng)器組成的CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線，實(shí)現(xiàn)了多軸控制高速通訊系統(tǒng)。BX 9000以太網(wǎng)口連接Keyence CV2100高速數(shù)字圖像檢測(cè)儀和MT5300大大提高了系統(tǒng)位置控制環(huán)的通訊和顯示速度。
主軸移動(dòng)電機(jī)：速度快和高加/減速度Kinco SLME-025-244-000直線電機(jī)。
Kinco SLME-025直線電機(jī)不同于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式伺服電機(jī)，由于直線電機(jī)使用時(shí)無(wú)需使用連軸器，電機(jī)具有速度快（在規(guī)定的行程內(nèi)，可產(chǎn)生大的加減速）、效率高的特點(diǎn)。在本系統(tǒng)中設(shè)定速度為1.5m/s時(shí)，加速度可達(dá)到107m/s2，加/減速過(guò)程電機(jī)不抖動(dòng),定位達(dá)到5um精度。
現(xiàn)場(chǎng)總線通訊：速率高達(dá)1M的CANopen總線
CANopen是基于CAN BUS的高層協(xié)議，CAN總線具備抗干擾性強(qiáng)、高速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)， CANopen通過(guò)PDO、SDO、NMT等通訊對(duì)象，方便了總線的管理和應(yīng)用。Kinco的ECVORARIO 及ED系列驅(qū)動(dòng)器均內(nèi)置了CANopen通訊功能。CANopen最大支持127個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，本系統(tǒng)因而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)PLC對(duì)多個(gè)伺服電機(jī)的控制要求，本系統(tǒng)中獨(dú)創(chuàng)的4個(gè)吸頭的設(shè)計(jì)構(gòu)想也基于CANopen總線支持多節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)中共涉及到10軸電機(jī)的控制，每個(gè)電機(jī)均通過(guò)驅(qū)動(dòng)器直接連接到 CANopen總線上和PLC相連，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性大大降低，同時(shí)也減小了系統(tǒng)后期的維護(hù)成本。
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)各個(gè)電機(jī)控制基本采取脈沖方向控制的模式，普通PLC支持脈沖數(shù)在兩到三路以內(nèi)，涉及到三路以上多軸系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，PLC之間通訊速度也影響了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。另一方面脈沖控制易受干擾，在設(shè)備周圍存在大的干擾源如大功率變頻器時(shí)系統(tǒng)通訊會(huì)受影響產(chǎn)生丟步等現(xiàn)象。
結(jié)語(yǔ)
高性能直線伺服電機(jī)，省去了機(jī)械傳動(dòng)部分，電機(jī)運(yùn)行加/減速有了較大的提高。采用CANopen總線系統(tǒng)進(jìn)行多軸控制，不僅提高增強(qiáng)設(shè)備生產(chǎn)能力，同時(shí)增加系統(tǒng)配置靈活性。系統(tǒng)達(dá)到了高性能、維護(hù)方便、成本經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。隨著新型插片機(jī)性能的不斷提高，直線電機(jī)和CANopen現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)計(jì)方法在電子元件封裝行業(yè)中應(yīng)用將更加廣泛和深入。