專利名稱：一種led貼片機(jī)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種LED貼片機(jī)實(shí)現(xiàn)LED燈管貼裝等功能的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，具體地說(shuō)是一種LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
LED(Light-Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。
LED作為一種非常有效的新型光源，目前已大量應(yīng)用于景觀燈、路燈、室內(nèi)照明、背景屏等場(chǎng)合。隨著貼片式LED的大量應(yīng)用，各生產(chǎn)企業(yè)都在開(kāi)發(fā)貼片式LED日光燈，因此用于LED燈管貼裝的貼片機(jī)大量涌現(xiàn)。貼片機(jī)是一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)高速、高精度地貼放元器件的設(shè)備，能夠通過(guò)移動(dòng)貼裝頭把表面貼裝元件準(zhǔn)確地放置在PCB焊盤(pán)上。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作為研發(fā)貼片機(jī)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的控制點(diǎn)多，控制內(nèi)容復(fù)雜。而我國(guó)的LED貼片機(jī)的貼裝速度和控制精度仍有待提高，主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)的軟件和硬件方面。軟件方面，貼片機(jī)對(duì)貼裝的實(shí)時(shí)性有較高的要求，而我們對(duì)系統(tǒng)集成度的設(shè)計(jì)不高，會(huì)導(dǎo)致干擾的增加，從而影響貼裝速度和控制精度；硬件方面，我國(guó)在貼片機(jī)生產(chǎn)的工藝上，水平還比較落后，對(duì)其運(yùn)動(dòng)控制不能達(dá)到貼片系統(tǒng)的要求，導(dǎo)致貼裝精度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)系統(tǒng)集成度設(shè)計(jì)不高、貼裝速度和精度較差的問(wèn)題，提出一種基于模塊化設(shè)計(jì)方法的LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，它包括傳感器模塊、主控制器模塊、DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊、伺服電機(jī)控制模塊，所述的傳感器模塊作為控制系統(tǒng)的信號(hào)采集端與貼片機(jī)伺服電機(jī)的輸出軸相連，傳感器模塊的信號(hào)輸出端通過(guò)DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊與主控制器的狀態(tài)信號(hào)輸入端相連，主控制器的控制信號(hào)輸出端通過(guò)DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊與伺服電機(jī)控制模塊的控制信號(hào)輸入端相連，通過(guò)伺服電機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)貼片機(jī)伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)還包括與主控制器相連的步進(jìn)電機(jī)控制模塊、氣動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)交互模塊、USB/SD卡接口和外擴(kuò)存儲(chǔ)器。本發(fā)明的傳感器模塊的信號(hào)輸出端與DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊之間串接光電I禹合隔離電路和RC濾波器。本發(fā)明的控制系統(tǒng)還包括光電開(kāi)關(guān)，所述的光電開(kāi)關(guān)的輸出端分別與主控制器模塊和DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊的對(duì)應(yīng)控制信號(hào)輸入端相連。本發(fā)明的主控制器模塊和DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊之間通過(guò)中斷控制模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。
本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)控制模塊包括從控制器、數(shù)字變壓器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，所述的從控制器與主控制器雙向連接，從控制器的控制信號(hào)輸出通過(guò)數(shù)字變壓器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片后驅(qū)動(dòng)貼片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的伺服電機(jī)控制模塊的期望軌跡信號(hào)使用示教方式獲得，示教方式的設(shè)置使用二級(jí)陣列設(shè)置方法。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法降低了系統(tǒng)存在的干擾，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，從而增強(qiáng)貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精度和貼裝速度。



圖I是LED貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的原理框圖。圖2是示教流程二級(jí)陣列設(shè)置示意圖。圖3是步進(jìn)電機(jī)控制模塊原理框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。 如圖I所示，給出了 LED貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，包括STM32主控制器I、基于DSP內(nèi)核的運(yùn)動(dòng)控制模塊2、伺服電機(jī)控制模塊3、步進(jìn)電機(jī)控制模塊4、氣動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)模塊5、人機(jī)交互模塊6、USB/SD卡接口 7、外擴(kuò)存儲(chǔ)器11等。氣動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)模塊5由兩路氣動(dòng)回路組成，通過(guò)電磁閥控制真空泵切換以選擇不同的料架。USB/SD卡接口 7用于系統(tǒng)擴(kuò)展升級(jí)功能，在不改變系統(tǒng)硬件僅更新系統(tǒng)軟件的情況下，使用外部編程軟件將新型的貼裝板及貼裝信息自動(dòng)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)貼裝文件格式。永磁交流同步伺服電機(jī)的位置信號(hào)和速度信號(hào)由增量式編碼器8獲得，增量編碼器輸出三組方波脈沖A、B和Z相，A、B兩組脈沖相位差90° ,根據(jù)這兩相信號(hào)可以方便的判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。編碼器的三相輸出經(jīng)過(guò)光電耦合與外部信號(hào)隔離以避免干擾。由編碼器得到的伺服電機(jī)位置和速度信號(hào)送入基于DSP內(nèi)核的運(yùn)動(dòng)控制模塊2中，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制算法處理后驅(qū)動(dòng)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)高速高精度運(yùn)動(dòng)。中斷控制9根據(jù)事先設(shè)定的事件優(yōu)先級(jí)順序來(lái)管理并實(shí)時(shí)處理多任務(wù)控制系統(tǒng)，多任務(wù)事件包括基于DSP內(nèi)核的運(yùn)動(dòng)控制模塊的中斷請(qǐng)求、按鍵響應(yīng)、液晶屏顯示、各個(gè)光電開(kāi)關(guān)信號(hào)、急停按鈕等。光電開(kāi)關(guān)10設(shè)置了兩種開(kāi)關(guān)控制方式即原點(diǎn)控制和限位控制，原點(diǎn)控制是結(jié)合增量式編碼器8的Z相與光電開(kāi)關(guān)共同判斷并設(shè)定伺服電機(jī)的初始位置，限位控制是給各軸伺服驅(qū)動(dòng)一個(gè)極限位置保護(hù)，防止電機(jī)碰撞，避免電機(jī)損壞。主控制器STM32和從控制器DSP、Θ軸控制器之間的信號(hào)進(jìn)行隔離以避免相互擾動(dòng)。外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊使用128*8 bit的NAND Flash存儲(chǔ)器K9F1G08U0B，人機(jī)交互模塊由液晶顯示和行列鍵盤(pán)構(gòu)成，液晶顯示和主控制器之間通過(guò)I2C總線通訊進(jìn)行通信，鍵盤(pán)掃描模塊使用鍵盤(pán)掃描管理芯片ZLG7290B。圖2給出了示教參數(shù)二級(jí)陣列設(shè)置方法。假設(shè)LED燈板內(nèi)的貼裝件分布如圖2所示，令LED燈板為二級(jí)陣列23，根據(jù)貼裝頭的可達(dá)工作區(qū)域及LED燈板貼裝件的排列來(lái)設(shè)置一級(jí)陣列(即15-19)。在貼裝前保存整板所需貼裝的總元件數(shù)，并測(cè)量出兩貼裝件間的距離，以一級(jí)陣列15的首板初始標(biāo)志點(diǎn)20作為原點(diǎn)。貼裝過(guò)程以計(jì)數(shù)方式進(jìn)行，以應(yīng)對(duì)當(dāng)一級(jí)陣列的劃分不能取整的情況(如圖3所示，在劃分一級(jí)陣列后燈板在一級(jí)陣列19的標(biāo)志點(diǎn)22后面仍剩余兩列需要貼裝元件，這兩列不能單獨(dú)構(gòu)造一個(gè)一級(jí)陣列)。當(dāng)料架和吸嘴號(hào)設(shè)置完成并保存后，坐標(biāo)切換至貼片機(jī)的P軸進(jìn)板并定位于一級(jí)陣列15的首板初始標(biāo)志點(diǎn)20,定位完成后坐標(biāo)再切換至貼裝頭XY軸坐標(biāo)進(jìn)行貼裝,當(dāng)貼裝到標(biāo)志點(diǎn)21時(shí),表示一級(jí)陣列15貼裝件已經(jīng)貼完，記錄貼裝元件數(shù)并切換至P軸進(jìn)板進(jìn)入一級(jí)陣列16，依次類推。當(dāng)圖3所示的5個(gè)一級(jí)陣列貼裝完成以后，剩余的貼裝元件數(shù)根據(jù)一級(jí)陣列相同的坐標(biāo)間隔以計(jì)數(shù)方式進(jìn)行貼裝直至計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為零，完成貼裝。圖3給出了單個(gè)貼裝頭的旋轉(zhuǎn)軸Θ軸的步進(jìn)電機(jī)控制模式結(jié)構(gòu)圖。貼片機(jī)的貼裝頭Θ軸使用步進(jìn)電機(jī)控制模式4，步進(jìn)電機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)使用從控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片DRV882126組成，鑒于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)使用24V高電壓，為了消除步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片DRV882126與從控制器之間的干擾，使用數(shù)字變壓器ADUM141025進(jìn)行電氣隔離。從控制器 STM32F103RE24使用全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模式與主控制器STM32F103ZE進(jìn)行連接。DRV8821有兩個(gè)獨(dú)立的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路有兩路電流型PWM控制的H橋，通過(guò)對(duì)DRV8821的引腳簡(jiǎn)單配置可使步進(jìn)電機(jī)工作于全步方式、半步方式、1/4步方式、1/8步方式、緩慢衰減工作模式或混合衰減工作模式。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征是運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，它包括傳感器模塊、主控制器模塊(I)、DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊(2)、伺服電機(jī)控制模塊(3)，所述的傳感器模塊作為控制系統(tǒng)的信號(hào)采集端與貼片機(jī)伺服電機(jī)的輸出軸相連，傳感器模塊的輸出信號(hào)通過(guò)DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊(2)運(yùn)算處理后與主控制器模塊(I)相連，主控制器模塊(I)的控制信號(hào)通過(guò)DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊(2 )與伺服電機(jī)控制模塊(3 )的驅(qū)動(dòng)電路相連，從而控制貼片機(jī)伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征是所述的傳感器模塊為增量式編碼器(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征是控制系統(tǒng)還包括與主控制器模塊(I)相連的步進(jìn)電機(jī)控制模塊(4)、氣動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)模塊(5)、人機(jī)交互模塊(6)、USB/SD卡接口模塊(7 )和外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征是所述的傳感器模塊的信號(hào)輸出端與DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊(2)之間串接光電耦合隔離電路和RC濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征是所述的控制系統(tǒng)還包括光電開(kāi)關(guān)(10)，所述的光電開(kāi)關(guān)(10)的輸出端分別與主控制器模塊(I)和DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊(2)的對(duì)應(yīng)控制信號(hào)輸入端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征是所述的主控制器模塊(I)和DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊(2)之間通過(guò)中斷控制模塊(9)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征是所述的步進(jìn)電機(jī)控制模塊(4)包括從控制器(24)、數(shù)字變壓器(25)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(26)，所述的從控制器(24)與主控制器(I)雙向連接，從控制器(24)的控制信號(hào)輸出通過(guò)數(shù)字變壓器(25 )和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(26)后驅(qū)動(dòng)貼片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，其特征是伺服電機(jī)控制模塊(3)的期望軌跡信號(hào)使用示教方式獲得，示教方式的設(shè)置使用二級(jí)陣列設(shè)置方法。
全文摘要
一種LED貼片機(jī)的控制系統(tǒng)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)方法，它包括傳感器模塊、主控制器模塊、DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊、伺服電機(jī)控制模塊，所述的傳感器模塊作為控制系統(tǒng)的信號(hào)采集端與貼片機(jī)伺服電機(jī)的輸出軸相連，傳感器模塊的信號(hào)輸出端通過(guò)DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊與主控制器的狀態(tài)信號(hào)輸入端相連，主控制器的控制信號(hào)輸出端通過(guò)DSP運(yùn)動(dòng)控制模塊與伺服電機(jī)控制模塊的控制信號(hào)輸入端相連，通過(guò)伺服電機(jī)控制模塊驅(qū)動(dòng)貼片機(jī)伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法降低了系統(tǒng)存在的干擾，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，從而增強(qiáng)貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制精度和貼裝速度。
文檔編號(hào)H05K3/30GK102869202SQ20121035979
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者胡毓曉, 錢榮榮, 葉曉東, 駱敏舟, 項(xiàng)瑩瑩, 白耀偉, 李志強(qiáng), 趙漢賓 申請(qǐng)人:江蘇南極星科技有限公司, 常州先進(jìn)制造技術(shù)研究所