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全自動六軸玻璃打孔案例解析

時間：2013-01-09 16:56:12來源：付昭

導(dǎo)語：?本文詳細地介紹了應(yīng)用于太陽能光伏電池覆蓋鋼化玻璃板流水線上作業(yè)的打孔工藝，幫助用戶實現(xiàn)高效、節(jié)能

自2005年開始，我國的發(fā)電行業(yè)便面臨煤荒導(dǎo)致的電荒。如今，煤電帶來的環(huán)境污染、全球變暖以及我國承擔的減排任務(wù)都迫使我們必須尋求解決電源困局之道，調(diào)整能源結(jié)構(gòu),優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電是現(xiàn)今技術(shù)條件下的最佳選擇。本片案例是為太陽能光伏電池覆蓋鋼化玻璃板流水線作業(yè)打孔，設(shè)備加工精度，效率要求高，在不降低性能的前提下，最大程度的控制了成本。

1 設(shè)備概況

全自動玻璃打孔機包含6顆伺服、定位軸、X1及X2送料軸、Y軸、Z1軸、Z2軸。具體如圖1所示。

圖1 全自動打孔機示意圖

（1）定位軸：選用玻璃精確定位（B2伺服*1），經(jīng)減速機后由絲杠傳動。計算打孔點到玻璃邊沿距離，定位到位置后，放下?lián)鯄K，實現(xiàn)玻璃板的精確定位；

（2）X軸：玻璃傳送（B2伺服*2），經(jīng)減速機后直接驅(qū)動。高摩擦力傳送帶，同時配合壓夾裝置，保證玻璃板傳送方向，傳送帶的位置和速度由前后兩個伺服控制，通過計算打孔點到玻璃邊緣的位置，傳送帶定位到對應(yīng)路徑位置；

（3）Y軸：打孔鉆頭定位（A2伺服*1），經(jīng)減速機后由絲杠傳動。鉆頭安裝在Y軸上，根據(jù)Y坐標點，計算打孔點到玻璃邊緣的距離，控制Y軸的位置和速度到達指定打孔點；

（4）Z1、Z2：鉆頭進給定位（A2伺服*2），經(jīng)由大小輪及絲杠傳動。Y軸定位后，下鉆頭較高速度1接近玻璃表面，再以速度2進行距離1的倒邊，再以速度3進行距離2攻進，最后以速度4慢速退刀；下鉆頭退刀后上鉆進行與下鉆類似的動作完成打孔。

圖2 X軸擋塊

圖3 Y軸及Z軸

2 技術(shù)參數(shù)

2.1 設(shè)備指標

設(shè)備指標如表1所示。

表1 設(shè)備指標

2.2 硬件清單

硬件清單如表2所示。

表2 硬件清單

2.3 軟件清單

軟件清單如表3所示。

表3 軟件清單

4 輔助工具

輔助工具如表4所示。

表4 輔助工具

3 工藝說明

3.1 定位軸

定位軸使用B2伺服驅(qū)動，控制上采用絕對值定位DDRVA。確定基準后，采用絕對值定位可以靈活定位到指定位置，避免一定量的數(shù)學(xué)計算；當一次定位完成，開始打孔后，便進行下一個孔位置的比較，如果X坐標相同則不需要再次定位，X坐標不同，則進行下一次定位，定位到位前放下?lián)鯄K，慢速進入預(yù)定位置待命；最后一個空定位完成后，收起擋塊定位至第一孔位置，等待玻璃送出后放下?lián)鯄K。

3.2 Y軸

Y軸使用A2伺服驅(qū)動，控制上采用絕對值定位DDRVA。因為Y軸上有玻璃夾持壓盤，所以Y定位或重新定位前壓盤必須解除；孔的Y坐標與下一個想同時，只需要壓盤、壓緊、定位和送料動作后，即可以打孔。

3.3 X1、X2

X1、X2使用兩臺B2伺服分別驅(qū)動，控制上采用增量式定位，分送料后和送料前兩部份。送料過超聲波后，X2不需要同步送料，這時要高速補料到超聲波前光電位置，以提高工作效率；送料到超聲波后，以一般速度移動，當接近至一定距離時，再以慢速接近——最后貼上擋塊。

3.4 Z1、Z2鉆頭位置定位

Z1、Z2使用兩臺A2伺服分別驅(qū)動，控制上采用PR觸發(fā)來控制鉆頭位置。位置1（6-03），高速（5-60）接近位置1；位置2（6-05），速度1（5-61）攻進1；位置3（6-07），速度2（5-62）攻進2；位置4（6-09），速度3（5-63）退刀；因為玻璃厚度不同，不同規(guī)格的玻璃的鉆頭攻進1位置，攻進2的位置需要進行調(diào)整，此時，對應(yīng)PR路徑參數(shù)通過通訊修改，以滿足加工需求。

圖4 PR參數(shù)

圖5 通過軟件規(guī)劃PR路徑

通過Delta ASDA-Soft 規(guī)劃PR路徑，使用絕對值定位，規(guī)劃加速和減速時間以及目標速度索引；需要修改路徑時，通過通訊修改對應(yīng)路徑的參數(shù)（例如06-03對應(yīng)路徑1的位置命令DATA）。

4 工藝流程圖

圖6 工藝流程圖

在程序設(shè)計中，因為工藝穿插比較靈活，所以選擇臺達步進程序進行設(shè)計，將整套設(shè)備的動作進行細分，在每個步中設(shè)計獨立的控制動作，這樣可以很好地提高工作效率；除以上流程中的功能外，設(shè)備中還有潤滑功能、修鉆功能、修訂基準、慢速前進、慢速后退，這些動作因為基于步進的思路設(shè)計，所以可以靈活的穿插在程序中。

例如，當定位伺服電機完成最后一次定位，同時設(shè)備開始打孔后，定位電機需要后退一定距離，再定位到第一個孔前一定位置，等待打孔完成，然后將玻璃送出一定距離后，再把定位擋塊放下，最后慢速靠近第一個孔的定位位置。這里因為采用步進程序設(shè)計，這部分程序獨立流程設(shè)計，形成一個專門的流程控制回路，就可以很容易實現(xiàn)，又不會影響原有控制的邏輯流程。

5 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖7 結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 系統(tǒng)實際布置

利用28SV的4路200K高速脈沖分別控制定位軸、Y軸、X1送料、X2送料四個伺服；同時利用28SV的COM2通訊口通過485通訊，與Z1、Z2進行通訊，修改PR位置參數(shù)和速度參數(shù)；與3臺變頻器進行通訊，修改變頻器的頻率參數(shù)。

6 HMI界面

圖9 HMI

HMI首頁顯示打孔數(shù)量和設(shè)備運行狀況。設(shè)置孔數(shù)后（確定孔距參數(shù)通過其他頁面完成），通過控制柜面板按鈕啟動開始打孔。

圖10 設(shè)備參數(shù)

在參數(shù)設(shè)置界面，用戶設(shè)置各軸的機械補償及時間參數(shù)；玻璃送出距離是當玻璃加工完畢后將玻璃送出的距離，玻璃送出后定位軸才可以再次定位，否則將造成玻璃的擠壓和破損。

圖10 設(shè)備參數(shù)

圖11 孔參數(shù)設(shè)置1

圖12 孔參數(shù)設(shè)置2

7.2 Y軸位置計算

Y軸位置計算如下：

圖14 Y軸計算示意圖

7.3 孔位置循環(huán)比較確定

X坐標在400mm~1500mm范圍內(nèi)依次增大設(shè)置；Y坐標0mm~1500mm范圍內(nèi)任意設(shè)置；鉆孔數(shù)量是36。定位到某個孔的坐標并開始打孔，此時比較當前孔的X坐標與下一個孔X坐標是否相同。相同時，定位軸保持不動，Y軸重新定位后打孔；不同時，定位移動至下一定位位置；同時Y打孔結(jié)束后比較當前孔的X坐標與下一個孔X坐標是否相同，根據(jù)比較結(jié)果決定是否再次送料與是否繼續(xù)打孔，相同則Y軸定位后打孔；不同就送料到位，Y軸定位后打孔，兩個動作同時進行以提高效率。

圖15 孔位置循環(huán)設(shè)定

7.4 節(jié)拍控制

因為孔的位置不確定，就必須設(shè)計一個可以實時計算坐標位置，靈活跳轉(zhuǎn)在多個動作中；通過對設(shè)備工藝反復(fù)研究，確定兩個重要的控制節(jié)拍：

（1）定位軸定位，以上下盤壓緊時機為基準，計算打孔定位次數(shù)；

（2）Y軸定位，以打孔完畢時機為基準，計算Y軸定位次數(shù)。

E5=（定位次數(shù)-1）*2

通過指針的循環(huán)計算，靈活的對當前數(shù)據(jù)與下一筆數(shù)據(jù)進行比較。作為比較結(jié)果，在同一步進程序中，可以跳轉(zhuǎn)到多個對應(yīng)的控制步中；以指針的方式，可以在規(guī)劃一個連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)域后，完成一批動作設(shè)計。

8 結(jié)束語

本款全自動數(shù)控打孔機，具有三大特點。第一，重復(fù)的加工精度要求高（小于0.5mm）；第二，浮點數(shù)運算量大；第三，加工動作靈活，需要柔性的編程，需要適時靈活的滿足客戶的擴充需求。

來源于臺達伺服驅(qū)動器的高精度和SV控制器強大的浮點數(shù)運算能力，很好地實現(xiàn)了玻璃打孔加工中孔距、孔數(shù)計算；利用E指針偏移，可以實現(xiàn)靈活擴充孔數(shù)，相鄰兩孔間依次比較等功能，可以達到靈活擴充打孔數(shù)量的柔性程序設(shè)計要求。借助臺達控制器靈活的步進程序設(shè)計，可以處理控制動作的交叉流程，提高了程序設(shè)計效率。綜上所述，該設(shè)備的控制精度和工藝要求在行業(yè)內(nèi)屬于較高的水平。

此外，對于客戶工藝的熟悉程度，決定了整個控制流程的質(zhì)量；設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)，也直接影響設(shè)備的控制精度。當然，相比其他成熟的自動打孔設(shè)備，該設(shè)備也有不足之處，主要表現(xiàn)在：校準孔的位置采用485通訊讀取伺服位置方式速率及穩(wěn)定性低，PLC的控制速度較數(shù)控低；但是相比數(shù)控系統(tǒng)，使用臺達PLC可以保證電氣控制成本投入得到有效的控制。同時，臺達小型PLC靈活的控制程序設(shè)計，大容量程序存儲，可以滿足用戶大量、復(fù)雜的程序設(shè)計，給用戶帶來靈活的設(shè)計體驗，體現(xiàn)了臺達小型控制器強大的控制和運算處理能力，突顯了臺達HMI產(chǎn)品、伺服產(chǎn)品、變頻器產(chǎn)品的易用性和實用性。

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