一種貼片機運動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種貼片機運動控制系統(tǒng)，它包括通過AHB系統(tǒng)總線連接的主控制模塊和運動控制模塊，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存儲器、SRAM存儲器、按鍵驅動芯片和和液晶顯示模塊，按鍵驅動芯片與按鍵陣列雙向連接；運動控制模塊包括FPGA單元、若干個伺服電機、運動執(zhí)行機構和傳感器單元，F(xiàn)PGA單元通過伺服電機控制運動執(zhí)行機構，傳感器單元的信號采集端與運動執(zhí)行機構相連，傳感器單元的信號輸出端與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)具有開放性，可操作性強；能夠實現(xiàn)貼片機多軸協(xié)調運動控制，在實際應用中提高系統(tǒng)的運動速度及定位精度，提高生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種貼片機運動控制系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及運動系統(tǒng)控制【技術領域】，尤其是貼片機的運動控制系統(tǒng)，具體地說是一種貼片機聞速聞精度協(xié)調運動，實現(xiàn)精密貼裝技術的運動控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]貼片機起源于上世紀七十年代中后期，是一種通過移動貼裝頭將表面貼裝元器件準確地放置在PCB焊盤上的設備，分為手動和全自動兩種。貼片機的出現(xiàn)為電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了新的變化。隨著國內電子行業(yè)的飛速發(fā)展，市場上對貼片機的需求量越來越大。在整個貼片機系統(tǒng)中，運動控制技術是決定其速度和精度的關鍵技術。現(xiàn)在市場上應用于貼片機的運動控制技術大多依賴于上位PC機或專用運動控制芯片，采用PC機雖然增加了系統(tǒng)的開放性，但是造成整體系統(tǒng)龐大、成本高且系統(tǒng)可移植性差，而采用專用運動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)的開放性。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)在市場上應用于貼片機的運動控制技術大多依賴于上位PC機或專用運動控制芯片，采用PC機雖然增加了系統(tǒng)的開放性，但是造成整體系統(tǒng)龐大、成本高且系統(tǒng)可移植性差，而采用專用運動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)的開放性的問題，提出一種貼片機運動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在實現(xiàn)貼片機在生產(chǎn)過程中的高速高精度的貼裝運動，降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)開放性及靈活性，提高生產(chǎn)效率。
[0004]本發(fā)明的技術方案是:
[0005]一種貼片機運動控制系統(tǒng)，它包括通過AHB系統(tǒng)總線連接的主控制模塊和運動控制模塊，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存儲器、SRAM存儲器、按鍵驅動芯片和和液晶顯示模塊，所述的按鍵驅動芯片與按鍵陣列雙向連接；所述運動控制模塊包括FPGA單元、若干個伺服電機、運動執(zhí)行機構和傳感器單元，所述的FPGA單元通過若干個伺服電機的控制運動執(zhí)行機構，所述的傳感器單元與運動執(zhí)行機構相連，傳感器單元的信號輸出端與FPGA單元的反饋信號輸入端相連。
[0006]本發(fā)明的ARM控制器通過I2C總線與按鍵驅動芯片連接，所述ARM控制器通過RS232串行通信接口與液晶顯示模塊連接。
[0007]本發(fā)明的FLASH存儲模塊和SRAM存儲模塊通過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動執(zhí)行機構上X、Y和Z軸的位移傳感器。
[0009]本發(fā)明的伺服電機包括X軸伺服電機、Y軸伺服電機、Z軸伺服電機和P軸伺服電機，F(xiàn)PGA單元通過四個交流伺服驅動器分別與X軸伺服電機、Y軸伺服電機、Z軸伺服電機及P軸伺服電機連接，所述FPGA單元與交流伺服驅動器通過長線驅動輸出芯片連接，X軸伺服電機、Y軸伺服電機、Z軸伺服電機和P軸伺服電機的編碼器反饋信號通過長線驅動接收芯片與運動控制模塊連接。[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方法設計，以被控對象的實際軸向位置為反饋信號。
[0011]本發(fā)明的有益效果:
[0012]本發(fā)明的貼片機的運動控制系統(tǒng)整體成本低，且使系統(tǒng)具有一定開放性，可操作性強；能夠實現(xiàn)貼片機多軸協(xié)調運動控制，在實際應用中提高系統(tǒng)的運動速度及定位精度，提高生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)效率。
[0013]本發(fā)明的運動控制系統(tǒng)包括主控制模塊及運動控制模塊兩部分，兩個模塊通過AHB系統(tǒng)總線進行連接通信。主控制模塊主要用于系統(tǒng)的整體調配、人機交互及控制命令的解析和傳送；運動控制模塊主要用于控制命令的執(zhí)行，負責高速的插補運算及各種復雜運動控制算法的實現(xiàn)，同時發(fā)送高速脈沖以控制貼片機各軸伺服電機運動，從而完成相應運動軌跡的控制。兩部分協(xié)調工作，在提高工作效率的同時可節(jié)約芯片資源，使其發(fā)揮自身控制優(yōu)點。
[0014]本發(fā)明采用的可編程邏輯器件FPGA具有強大的可編程邏輯功能，用戶可通過軟件編程實現(xiàn)各種復雜的運動控制算法，同時可完成外圍復雜邏輯電路的設計，減小系統(tǒng)電路設計的復雜性，增強系統(tǒng)的靈活性。
[0015]本發(fā)明的系統(tǒng)采用多軸綜合控制的運動控制，可實現(xiàn)貼片機運動平臺的多軸協(xié)調控制，減小運動控制系統(tǒng)的跟蹤誤差及輪廓誤差，提高系統(tǒng)控制精度，達到貼片機系統(tǒng)高速高精度的點到點運動控制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是貼片機運動控制系統(tǒng)硬件整體結構示意圖。
[0017]圖2是運動控制結構原理框圖。
[0018]圖3是系統(tǒng)參數(shù)配置流程圖。
[0019]圖4是運動控制系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0021]如圖1-4所示，一種貼片機運動控制系統(tǒng)，它包括通過AHB系統(tǒng)總線3連接的主控制模塊和運動控制模塊，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存儲器6、SRAM存儲器7、按鍵驅動芯片4和和液晶顯示模塊8，所述的按鍵驅動芯片4與按鍵陣列5雙向連接；所述運動控制模塊包括FPGA單元2、若干個伺服電機、運動執(zhí)行機構15和傳感器單元14，所述的FPGA單元2通過若干個伺服電機的控制運動執(zhí)行機構15，所述的傳感器單元14與運動執(zhí)行機構15相連，傳感器單元14的信號輸出端與FPGA單元2的反饋信號輸入端相連。
[0022]本發(fā)明的ARM控制器I通過I2C總線與按鍵驅動芯片4連接，所述ARM控制器I通過RS232串行通信接口與液晶顯示模塊8連接。
[0023]本發(fā)明的FLASH存儲模塊6和SRAM存儲模塊7通過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包括安裝在運動執(zhí)行機構15上X、Y和Z軸的位移傳感器。
[0025]本發(fā)明的伺服電機包括X軸伺服電機10、Y軸伺服電機11、Z軸伺服電機12和P軸伺服電機13，F(xiàn)PGA單元2通過四個交流伺服驅動器9分別與X軸伺服電機10、Y軸伺服電機11、Z軸伺服電機12及P軸伺服電機13連接，所述FPGA單元2與交流伺服驅動器9通過長線驅動輸出芯片16連接，X軸伺服電機10、Y軸伺服電機11、Z軸伺服電機12和P軸伺服電機13的編碼器反饋信號通過長線驅動接收芯片17與運動控制模塊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方法設計，以被控對象的實際軸向位置為反饋信號。
[0027]如圖4中所示，[rx、ry、rz...]表示各運動軸輸如參考位置指令，[ex、ey、ez…]表示各運動軸位置誤差，[fx、fy、fz...]表示各運動軸濾波處理后的位置誤差，[ux、uy、iv..]表示軸向驅動信號，[ax、ay、az…]表不實際軸向位置，ε表不輪廓誤差信號，[Cx、Cy、Cz...]表示交叉耦合控制器的交叉耦合增益。在這里令
【權利要求】
1.一種貼片機運動控制系統(tǒng)，其特征在于:它包括通過AHB系統(tǒng)總線(3)連接的主控制豐旲塊和運動控制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存儲器(6)、SRAM存儲器(7)、按鍵驅動芯片(4)和和液晶顯示模塊(8)，所述的按鍵驅動芯片(4)與按鍵陣列(5)雙向連接；所述運動控制模塊包括FPGA單元(2)、若干個伺服電機、運動執(zhí)行機構(15)和傳感器單元(14)，所述的FPGA單元(2)通過若干個伺服電機的控制運動執(zhí)行機構(15)，所述的傳感器單元(14)與運動執(zhí)行機構(15)相連，傳感器單元(14)的信號輸出端與FPGA單元(2)的反饋信號輸入端相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種貼片機運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述ARM控制器(I)通過I2 C總線與按鍵驅動芯片(4)連接，所述ARM控制器(I)通過RS232串行通信接口與液晶顯示模塊(8)連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種貼片機運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述FLASH存儲模塊(6)和SRAM存儲模塊(7)通過AHB系統(tǒng)總線(3)與ARM控制器(I)連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種貼片機運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器單元(14)包括安裝在運動執(zhí)行機構(15)上X、Y和Z軸的位移傳感器。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種貼片機運動控制系統(tǒng)，其特征在于:所述伺服電機包括X軸伺服電機(10 )、Y軸伺服電機(11)、Z軸伺服電機(12 )和P軸伺服電機(13 )，F(xiàn)PGA單元(2)通過四個交流伺服驅動器(9)分別與X軸伺服電機(10)、Y軸伺服電機(11)、Z軸伺服電機(12)及P軸伺服電機(13)連接，所述FPGA單元(2)與交流伺服驅動器(9)通過長線驅動輸出芯片(16 )連接，X軸伺服電機(10 )、Y軸伺服電機(11 )、Z軸伺服電機(12 )和P軸伺服電機(13)的編碼器反饋信號通過長線驅動接收芯片(17)與運動控制模塊(2)連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種貼片機運動控制系統(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方法設計，以被控對象的實際軸向位置為反饋信號。
【文檔編號】G05B19/414GK103838184SQ201310125376
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年4月11日 優(yōu)先權日:2013年4月11日
【發(fā)明者】胡毓曉, 駱敏舟, 陳曉丹, 錢榮榮, 趙漢賓, 葉曉東, 項瑩瑩, 李志強 申請人:江蘇南極星科技有限公司, 常州先進制造技術研究所