本文介紹了步進(jìn)科技有限公司創(chuàng)新的插片機(jī)解決方案，詳細(xì)介紹了采用CANopen總線系統(tǒng)進(jìn)行多軸控制、高性能直線伺服電機(jī)的綜合解決方案，并闡述了系統(tǒng)架構(gòu)和性能特點(diǎn)。 1 系統(tǒng)概述 插片工序是晶振等電子元器件封裝過程中的一個(gè)重要工序，用旋轉(zhuǎn)吸嘴拾取散裝的石英晶片,通過視覺處理系統(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，限制了插片速度，最高只能做到0.67個(gè)/秒。而步進(jìn)科技推出的新型設(shè)計(jì)方案中通過對主軸及吸取方式進(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，實(shí)現(xiàn)了單臺PLC對10個(gè)軸的控制，高效的通訊速度不僅實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的同步，同時(shí)降低了系統(tǒng)的安裝及維護(hù)復(fù)雜性。 2 工作原理（如圖1） 插片機(jī)主要工序： （1）識別散料：移動(dòng)攝像頭及散裝料盤，通過視覺系統(tǒng)查找料盤上散料位置，根據(jù)識別位置移動(dòng)吸嘴； （2）取料：四吸頭順序吸取散料，沿主軸方向運(yùn)動(dòng)到放料位置； （3）調(diào)整位置及方向：主軸傳動(dòng)過程中再次進(jìn)行單個(gè)散料位置識別； （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)位置的的識別，進(jìn)行角度調(diào)節(jié)到統(tǒng)一方向后放入鍍膜盤 3 方案框架圖 如圖2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 BX9000, BX9000以太網(wǎng)口連接高速數(shù)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(qū)動(dòng)器，完成閉環(huán)控制。Kinco ECOVARIO高性能伺服驅(qū)動(dòng)器用來控制主軸的直線伺服電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)快速、高加速度、高定位精度的運(yùn)動(dòng)要求，一臺Kinco ED200伺服驅(qū)動(dòng)器和八臺Kinco ED100伺服驅(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），通過以太網(wǎng)口與BX9000進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備控制的操作和運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控。系統(tǒng)通過CANopen現(xiàn)場總線以1Mbps速率進(jìn)行通訊，很好滿足了實(shí)時(shí)性的要求。 4 配置表（如表1） 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，編程簡單。 [IMG=配置表]/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111616272185340R.jpg[/IMG] BX9000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。通過其CANopen端口連接ECOVARIO 及ED系列驅(qū)動(dòng)器組成的CANopen現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了多軸、高速通訊系統(tǒng)。BX9000以太網(wǎng)口連接Keyence CV2100高速數(shù)字圖像檢測儀和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)：由Kinco SLM-025-244-000直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)，直線電機(jī)不同于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，由于直線電機(jī)和負(fù)載之間無需傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，省略了傳動(dòng)部分帶來的機(jī)械慣量，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、適合頻繁啟停的特點(diǎn)。本系統(tǒng)主軸設(shè)定速度為1.5m/s時(shí)，加速度可達(dá)到107m/s2，加/減速過程中電機(jī)不抖動(dòng)，定位精度達(dá)到5um。 現(xiàn)場總線通訊:通訊速率高達(dá)1M的CANopen總線，基于CAN BUS的應(yīng)用層協(xié)議，具備抗干擾性強(qiáng)、高速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。通過PDO、SDO、NMT等通訊對象，非常方便總線的管理和應(yīng)用。Kinco的ECOVARIO及ED系列驅(qū)動(dòng)器提供了支持CANopen通訊的型號。 CANopen最大支持127個(gè)從站節(jié)點(diǎn)，完全可以滿足本系統(tǒng)10個(gè)電機(jī)的控制要求。本系統(tǒng)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)。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中對各個(gè)電機(jī)控制采取脈沖控制的模式，普通PLC支持2路到4路脈沖輸出，4路以上多軸系統(tǒng)只能采取增加脈沖模塊或通過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)受影響容易產(chǎn)生丟脈沖等現(xiàn)象。 5 結(jié)束語 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，不僅提高了設(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)結(jié)合CANopen現(xiàn)場總線的設(shè)計(jì)方案在電子元件封裝行業(yè)中應(yīng)用將更加廣泛和深入。 第二屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集