專利名稱：三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)及三維涂膠方法
三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)及三維涂膠方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種機(jī)電一體化的數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于工控機(jī)的 三維涂膠機(jī)控制技術(shù)。背景技術(shù)：
當(dāng)前涂膠機(jī)大多數(shù)只能進(jìn)行一個平面內(nèi)的兩軸直線、圓弧插補的涂 膠。當(dāng)需要涂平面規(guī)則曲線膠時，當(dāng)前大多數(shù)涂膠機(jī)有手編器，通過手編
器可以進(jìn)行軌跡編輯；而有的涂膠機(jī)控制系統(tǒng)能夠識別CAD圖檔，這樣 的涂膠機(jī)可以涂平面任意軌跡膠。以上所述的涂膠機(jī)僅限一個平面內(nèi)的涂 膠。當(dāng)要涂膠的軌跡是不規(guī)則的空間曲線時，受其控制系統(tǒng)功能所限制， 當(dāng)前涂膠機(jī)就顯得無能為力。
當(dāng)前運動控制系統(tǒng)的控制器主要有PLC、 CNC數(shù)控系統(tǒng)、專用控制器 等。PLC能進(jìn)行簡單定位，外加擴(kuò)展運動模塊也進(jìn)行一個平面內(nèi)的兩軸直 線、圓弧插補，但如果運動軌跡要求是復(fù)雜的空間三維曲線時，PLC方案 就顯得無能為力；CNC數(shù)控系統(tǒng)可以進(jìn)行三軸聯(lián)動控制，但其價格昂貴， 一般只用于高檔CNC機(jī)床中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種較易實現(xiàn)、較低成本、通用性好的三 維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)及三維涂膠方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制主 機(jī)、運動控制單元、伺服執(zhí)行單元；所述運動控制單元、伺服執(zhí)行單元分 別與所述控制主機(jī)電連接；所述控制主機(jī)獲取三維涂膠數(shù)據(jù)，對所獲取的 數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析處理，由所述運動控制單元把數(shù)據(jù)表達(dá)成伺服執(zhí)行單元 可以識別的脈沖信號，將信號發(fā)送給伺服執(zhí)行單元執(zhí)行三維運動。
上述控制主機(jī)為工控機(jī)，該工控機(jī)通過翻譯、解釋G代碼得到運動控 制單元可以執(zhí)行的單個運動控制指令和運動路徑數(shù)據(jù)；運動控制單元獲取 運動控制指令和運動路徑數(shù)據(jù)后，發(fā)送相應(yīng)的脈沖到所述伺服執(zhí)行單元； 所述伺服執(zhí)行單元包括X、 Y、 Z軸運動執(zhí)行單元，分別執(zhí)行X、 Y、 Z軸的 運動，實現(xiàn)三維空間任意軌跡的運動。
上述的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，所述Y軸運動執(zhí)行單元包括Yl軸運動執(zhí) 行單元和Y2軸運動執(zhí)行單元，二者可交替使用，執(zhí)行Y軸的運動。
上述的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，所述運動控制單元包括運動控制卡和外 圍驅(qū)動板，所述運動控制卡為PCI型，直接插接于所述工控機(jī)的PCI插槽。
上述的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，所述X運動執(zhí)行單元或Y軸運動執(zhí)行單 元或Z軸運動執(zhí)行單元包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動器、傳動單元；所述伺服 電機(jī)的編碼器信號反饋到所述伺服驅(qū)動器，所述伺服驅(qū)動器輸出端與所述 伺服電機(jī)輸入端連接，所述伺服電機(jī)輸出軸與所述傳動單元機(jī)械連接。
同時，本發(fā)明公開了一種三維涂膠方法，包括如下步驟控制系統(tǒng)獲取 三維涂膠數(shù)據(jù)，對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析處理，再把數(shù)據(jù)表達(dá)成執(zhí)行 單元可以識別的脈沖信號，將信號發(fā)送給執(zhí)行單元執(zhí)行三維運動，從而實現(xiàn) 三維涂膠。。
上述的三維涂膠方法，具體包括如下步驟61)工控機(jī)通過翻譯、解
釋G代碼得到運動控制單元可以執(zhí)行的單個運動控制指令和運動路徑數(shù)
據(jù)；62)運動控制單元獲取運動控制指令和運動路徑數(shù)據(jù)后，發(fā)送相應(yīng)的 脈沖到伺服執(zhí)行單元；63)伺服執(zhí)行單元執(zhí)行X、 Y、 Z軸的運動，帶動膠 槍點膠頭進(jìn)行三維空間任意軌跡的運動，從而實現(xiàn)三維涂膠。
上述的三維涂膠方法，所述伺服執(zhí)行單元包括Yl軸伺服執(zhí)行單元和 Y2軸伺服執(zhí)行單元，二者可交替使用，執(zhí)行Y軸的運動。
上述的三維涂膠方法，所述X、 Y、 Z軸的運動路徑數(shù)據(jù)的獲得過程包 括如下步驟(A)讀取G代碼文件，在G代碼文件中提取出G代碼指令數(shù) 組；(B)把G代碼指令數(shù)組分解為功能指令和運動路徑數(shù)據(jù)；(C)把指令 和運動路徑數(shù)據(jù)發(fā)送到所述運動控制單元。所述步驟(A)的具體過程包括 (Al)讀取G代碼文件，存到字符變量a; (A2)把字符變量a取一行，得 到字符變量b; (A3)把字符變量b轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制ASCII碼數(shù)組；(A4)把 ASCII碼數(shù)組組合成G代碼指令數(shù)組。所述步驟(A2)還包括如下步驟 判斷字符變量a是否有位結(jié)束符號，若是，則結(jié)束;若不是，則執(zhí)行(A3)
由于采用了以上的方案，本發(fā)明使用運動控制卡與工控機(jī)組成運動控 制系統(tǒng)，通過翻譯、解釋G代碼得到三維運動軌跡數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)過處理 后，發(fā)送到運動控制卡；運動控制卡獲取數(shù)據(jù)后，發(fā)送相應(yīng)的脈沖到三套
伺服系統(tǒng)，控制三軸進(jìn)行聯(lián)動，從而實現(xiàn)三維涂膠的目的。本發(fā)明可以采 用當(dāng)前常用的工控機(jī)，比如聯(lián)想天工、研華、凌華等，實現(xiàn)三維涂膠機(jī)的
控制，本發(fā)明的運動控制卡可以為現(xiàn)有的任意類型；本發(fā)明的系統(tǒng)控制軟 件可以使用VB、 VC++、 LabView、 Delphi等開發(fā)平臺開發(fā)；操作系統(tǒng)使用 常用的windows2000、 windows XP、 windows 98等，界面友好、直觀，容 易操作；因此，本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)走任意空間曲線的三維涂膠，而且具 有可操作性好、通用性強(qiáng)、成本較低等優(yōu)勢。


圖1本發(fā)明實施例的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖2本發(fā)明實施例的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)伺服執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)圖3本發(fā)明的涂膠方法流程圖4本發(fā)明實施例的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)軟件的G代碼翻譯解釋模塊 的流程圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。 本例的三維涂膠方法，采用的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖請參閱 圖l，主要包括工控機(jī)主機(jī)l、觸摸式顯示器2、輸入設(shè)備3、運動控制
單元5、開關(guān)控制單元4、電磁閥單元6、伺服執(zhí)行單元7。
本例的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，使用工控機(jī)、運動控制卡組成控制系統(tǒng)， 工控機(jī)通過翻譯、解釋G代碼得到三維運動功能指令、運動路徑數(shù)據(jù)，把 得到數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，發(fā)送到運動控制卡。運動控制卡獲取運動功能指令 運動路徑數(shù)據(jù)后，發(fā)送相應(yīng)的脈沖到三套伺服系統(tǒng)，控制X、 Y、 Z三軸進(jìn) 行聯(lián)動。
本例的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，運動控制單元4包括運動控制卡和外圍 驅(qū)動板，運動控制卡采用PCI型的，可以直接插到工控機(jī)主板上的PCI插 槽里面；而外圍驅(qū)動板則固定在電控箱里面，和外部10控制單元連接。
開關(guān)控制單元4主要是由啟動按鈕、急停按鈕、暫停按鈕、原點按鈕、 指示燈、搖頭開關(guān)和原點、限位光電開關(guān)等組成。電磁閥單元6包括出膠 電磁閥，用于控制涂膠的出膠量。
請參閱圖2，為伺服執(zhí)行單元7的結(jié)構(gòu)圖。
伺服執(zhí)行單元，包括運動執(zhí)行單元和涂膠執(zhí)行單元兩大塊，其中運動執(zhí)行單元包括X、 Y、 Z軸運動執(zhí)行單元。X軸運動執(zhí)行單元包含X軸伺服 驅(qū)動器701、 X軸伺服電機(jī)702、 X軸傳動單元703; Z軸運動執(zhí)行單元包含 Z軸伺服驅(qū)動器704、 Z軸伺服電機(jī)705、 Z軸傳動單元706， X軸運動執(zhí)行 單元和Z軸運動執(zhí)行單元帶動涂膠機(jī)構(gòu)水平和上下運動。本系統(tǒng)中采用了 兩個放置工件的運動平臺，輪流進(jìn)行工作，Yl軸運動執(zhí)行單元包含Yl軸 伺服驅(qū)動器708、 Yl軸伺服電機(jī)709、 Yl軸傳動單元710、 Yl軸運動平臺 714; Y2軸運動執(zhí)行單元包含Y2軸伺服驅(qū)動器711、 Y2軸伺服電機(jī)712、 Y2軸傳動單元713、 Y2軸運動平臺運動715， Yl軸運動執(zhí)行單元和Y2軸 運動執(zhí)行單元，二者可交替使用，執(zhí)行Y軸的運動。X、 Yl、 Y2、 Z軸運動 執(zhí)行單元中的連接單元分別由聯(lián)軸器、滾珠、絲杠、滑臺組成。伺服電機(jī) 把編碼器信號反饋到驅(qū)動器，從而形成半閉環(huán)系統(tǒng)。X軸運動執(zhí)行單元控 制點膠頭X軸的運動，Y1軸運動執(zhí)行單元控制點膠頭Y1軸的運動、Y2軸 運動執(zhí)行單元控制點膠頭Y2軸的運動，Z軸運動執(zhí)行單元控制點膠頭Z軸 的運動。當(dāng)需要更換工件、檢修等時，不需要停機(jī)，Yl軸和Y2軸可以輪 流工作，提高工作效率。
上述的涂膠執(zhí)行單元包括擠膠步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器716、擠膠步進(jìn)電機(jī) 717、擠膠輪718組成，擠膠輪位于膠水的針筒內(nèi)，其調(diào)節(jié)針筒得出膠量。 當(dāng)控制系統(tǒng)給出涂膠信號時，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動擠膠輪運動，從而控制膠 水的出量，特氟龍細(xì)管里面的空氣被擠壓，膠水被擠壓從管口出來。
本例的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，輸入設(shè)備由鼠標(biāo)和鍵盤組成。工控機(jī)主 機(jī)是本系統(tǒng)的核心。工控機(jī)主機(jī)1可以運行windows2000、 windows XP、 windows 98等操作系統(tǒng)，通過執(zhí)行涂膠控制軟件達(dá)到三軸聯(lián)動控制進(jìn)行空 間任意曲線涂膠的目的。
請參閱圖3，本例的涂膠控制方法，首先獲取涂膠數(shù)據(jù)，通過工控機(jī)對 所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析處理，再把數(shù)據(jù)表達(dá)成執(zhí)行單元可以識別的信 號類型(即脈沖信號)，并將信號發(fā)送給執(zhí)行單元執(zhí)行。
請參閱圖4，三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)中，G代碼翻譯解釋模塊的流程圖。
(1) 讀取G代碼文件，存到字符變量a，同時顯示在G代碼字符串控 件上。
(2) 把字符變量a取一行，得到另外一個字符變量b;
(3) 把字符變量b轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制ASCII碼數(shù)組。
(4) 把ASCII碼數(shù)組組合成G代碼指令數(shù)組。建立一個指針變量指向
字符元素，開始時，指針變量指向第0個元素；從第二個元素開始判斷所
得的十進(jìn)制ASCII碼數(shù)組，若是65-91之間，則是字符，提取指針變量對 應(yīng)元素到當(dāng)前元素之間的字符，然后指針變量指向該元素所在的位置。若 不是，繼續(xù)往下檢査。
(5) 把G代碼指令數(shù)組分解為簡單功能指令和數(shù)據(jù)。程序執(zhí)行了第(4) 步，即可得到一系列的簡單G代碼指令數(shù)組，如GOO X4. 336 Y-19. 587 Z10. M09這樣的格式運動控制卡還不能識別，所以還必須翻譯出功能指令和數(shù) 據(jù)。如G00表示快速定位，目標(biāo)位置是乂=4. 336 Y=-19.587 Z=10。取得簡 單功能指令后，就很好處理了。遇到G01時，執(zhí)行直線插補，遇到G02時， 執(zhí)行順時針圓弧插補。遇到X4. 336時，又分解出X和4. 336再轉(zhuǎn)換成浮 點型數(shù)據(jù)就可以了。
(6) 把指令和數(shù)據(jù)發(fā)送到運動控制卡執(zhí)行。經(jīng)過以上第5步驟，G代 碼已經(jīng)被解析成功能指令和數(shù)據(jù)了 。單個G代碼功能指令通常就是快速定 位、直線插補、順時針圓弧插補、逆時針圓弧插補等，這些運動控制卡都 可以執(zhí)行。另外，還可以自定義G代碼輔助M碼，如當(dāng)遇到M09時，打開 出膠電磁閥，當(dāng)遇到M08時，關(guān)閉出膠電磁閥。
(7) 行數(shù)加1，重復(fù)步驟(2);處理完一行G代碼后，行數(shù)加1，繼 續(xù)讀出下一行處理。
(8) 判斷字符變量a是否位結(jié)束符號，若是，則結(jié)束，若不是，則重 復(fù)(3)。通常G代碼以呢作為G代碼開始和結(jié)束的標(biāo)志，所以當(dāng)檢測到不是 第一行而又有％時，程序結(jié)束，返回。
當(dāng)前市場上流行的工控機(jī)，比如聯(lián)想天工、研華、凌華等，都可以采 用本發(fā)明所提供的控制方案實現(xiàn)三維涂膠機(jī)的控制，本具體實施方式
中所 使用的運動控制卡可以為當(dāng)前市場上流行的任意類型；本具體實施方式
中 所提到的系統(tǒng)控制軟件可以使用VB、 VC++、 LabView、 Delphi等開發(fā)平臺 開發(fā)。以上所述之具體實施方式
為本發(fā)明的較佳實施方式，并非以此限定 本發(fā)明的具體實施范圍，本發(fā)明的范圍包括并不限于本具體實施方式
，凡 依照發(fā)明之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均包含發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，包括控制主機(jī)、運動控制單元、伺服執(zhí)行單元；所述運動控制單元、伺服執(zhí)行單元分別與所述控制主機(jī)電連接；其特征在于所述控制主機(jī)獲取三維涂膠數(shù)據(jù)，對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析處理，由所述運動控制單元把數(shù)據(jù)表達(dá)成伺服執(zhí)行單元可以識別的脈沖信號，將信號發(fā)送給伺服執(zhí)行單元執(zhí)行三維運動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制主 機(jī)為工控機(jī)，該工控機(jī)通過翻譯、解釋G代碼得到運動控制單元可以執(zhí)行 的單個運動控制指令和運動路徑數(shù)據(jù)；運動控制單元獲取運動控制指令和 運動路徑數(shù)據(jù)后，發(fā)送相應(yīng)的脈沖到所述伺服執(zhí)行單元；所述伺服執(zhí)行單 元包括X、 Y、 Z軸運動執(zhí)行單元，分別執(zhí)行X、 Y、 Z軸的運動，實現(xiàn)三維 空間任意軌跡的運動。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述Y軸運 動執(zhí)行單元包括Yl軸運動執(zhí)行單元和Y2軸運動執(zhí)行單元，二者可交替使 用，執(zhí)行Y軸的運動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述X運動 執(zhí)行單元或Y軸運動執(zhí)行單元或Z軸運動執(zhí)行單元包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū) 動器、傳動單元；所述伺服電機(jī)的編碼器信號反饋到所述伺服驅(qū)動器，所 述伺服驅(qū)動器輸出端與所述伺服電機(jī)輸入端連接，所述伺服電機(jī)輸出軸與 所述傳動單元機(jī)械連接。
5. —種三維涂膠方法，包括如下步驟由控制系統(tǒng)獲取三維涂膠數(shù)據(jù)，對 所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析處理，再把數(shù)據(jù)表達(dá)成執(zhí)行單元可以識別的脈 沖信號，將信號發(fā)送給執(zhí)行單元執(zhí)行三維運動，從而實現(xiàn)三維涂膠。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維涂膠方法，其特征在于，具體過程包括61) 工控機(jī)通過翻譯、解釋G代碼得到運動控制單元可以執(zhí)行的單個運動控制 指令和運動路徑數(shù)據(jù)；62)運動控制單元獲取運動控制指令和運動路徑數(shù) 據(jù)后，發(fā)送相應(yīng)的脈沖到伺服執(zhí)行單元；63)伺服執(zhí)行單元執(zhí)行X、 Y、 Z 軸的運動，帶動膠槍點膠頭進(jìn)行三維空間任意軌跡的運動，從而實現(xiàn)三維 涂膠。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維涂膠方法，其特征在于所述伺服執(zhí)行單元 包括Yl軸伺服執(zhí)行單元和Y2軸伺服執(zhí)行單元，二者可交替使用，執(zhí)行Y 軸的運動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的三維涂膠方法，其特征在于所述X、 Y、 Z 軸的運動路徑數(shù)據(jù)的獲得過程包括如下步驟(A)讀取G代碼文件，在G 代碼文件中提取出G代碼指令數(shù)組；(B)把G代碼指令數(shù)組分解為功能指 令和運動路徑數(shù)據(jù)；(C)把指令和運動路徑數(shù)據(jù)發(fā)送到所述運動控制單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維涂膠方法，其特征在于所述步驟(A)的 具體過程包括(Al)讀取G代碼文件，存到字符變量a; (A2)把字符變 量a取一行，得到字符變量b; (A3)把字符變量b轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制ASCII碼 數(shù)組；(A4)把ASCII碼數(shù)組組合成G代碼指令數(shù)組。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的三維涂膠方法，其特征在于，所述步驟(A2)還 包括如下步驟判斷字符變量a是否有位結(jié)束符號，若是，則結(jié)束；若不 是，則執(zhí)行(A3)步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維涂膠機(jī)控制系統(tǒng)及三維涂膠方法，由控制主機(jī)獲取三維涂膠數(shù)據(jù)，對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋分析處理，由所述運動控制單元把數(shù)據(jù)表達(dá)成伺服執(zhí)行單元可以識別的脈沖信號，將信號發(fā)送給伺服執(zhí)行單元執(zhí)行，進(jìn)行三維運動，從而實現(xiàn)三維涂膠。本發(fā)明可以采用當(dāng)前常用的工控機(jī)實現(xiàn)三維涂膠機(jī)的控制，本發(fā)明的運動控制卡可以為現(xiàn)有的任意類型；本發(fā)明的系統(tǒng)控制軟件可以使用VB、VC++、LabView、Delphi等開發(fā)平臺開發(fā)；操作系統(tǒng)使用常用的windows2000、windows XP、windows98等，界面友好、直觀，容易操作；因此，本發(fā)明不僅可以實現(xiàn)走任意空間曲線的三維涂膠，而且具有可操作性好、通用性強(qiáng)、成本較低等優(yōu)勢。
文檔編號G05B19/02GK101362128SQ20071007554
公開日2009年2月11日 申請日期2007年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月6日
發(fā)明者覃宇平 申請人:比亞迪股份有限公司