台达多轴运动控制卡在自动PCB印刷机上的应用

1.前言
         全自动锡膏印刷机（图1）是SMT(表面贴装技术)生产线的关键设备之一。作为表面贴装生产线的第一道工序，锡膏印刷质量的好坏对SMT产品的合格率有着极其重大的影响。影响锡膏印刷质量的一个重要因素是印刷机各部分的运动控制精度，目前SMT产品的生产向高产出率和“零缺陷”方向发展，在生产中，印刷机需要长时间稳定不间断地高速运行，这对其运动控制系统的运行速度、稳定性及可靠性提出了很高的要求。
 

图1 全自动锡膏印刷机

2.自动PCB印刷机的工作原理
        锡膏印刷机主要包括以下几个部件：视觉系统、刮刀模组、PCB传送轨道和纠偏定位平台。控制各部件运动的共有8个驱动轴，其中，板宽调整控制动导轨前后移动，将PCB传送轨道调整到与待加工PCB相应的宽度；相机X、相机Y控制相机移动到MARK点位置；平台X、平台Y1、平台Y2控制纠偏定位平台前后、左右移动并旋转角度，使PCB与钢网准确对齐；平台升降控制纠偏定位平台升降，完成平台工作位置切换；刮刀拖动控制刮刀模组前后移动，完成印刷。各驱动轴运动均为点位运动，无联动要求。
        印刷机的工作流程为：⑴ PCB通过PCB传送轨道进入印刷机后，安装在PCB传送轨道上的PCB夹紧装置将PCB固定；⑵ 视觉系统依次根据PCB及钢网上各自两个MARK点发出位置反馈信号；⑶ 调整平台纠正PCB与钢网间的位置及角度偏差，将PCB与钢网准确对齐；⑷ 纠偏定位平台上升到印刷位置，刮刀模组上的刮刀前后移动将锡膏均匀的印刷到PCB的焊盘上；⑸ 纠偏定位平台下降到原位，PCB夹紧装置松开，PCB 建立和绝对位置定位的实现。传送带将PCB送出印刷机，完成一个工作循环。

3.台达控制方案
3.1 台达多轴运动控制卡

台达运动控制卡系统组成如图2所示。

 
图2台达运动控制卡系统组成框图

台达多轴运动控制卡电控系统硬件结构如图3所示。

图3 全自动印刷机电控系统组成图

台达运动控制卡电控系统组成：
⑴ 多轴运动控制卡PCI-DMC-A01 1片；
⑵ 4路脉冲输出模块ASD-DMC-04PI 2台；
⑶ 搭配的伺服驱动器：200W ASD-A2-0221-F 1台、400W ASD-A2-0421-F 1台、750W ASD-A2-0721-F 2台；
⑷ 搭配的64点输入模块ASD-DMC-64MN 1台、64点输出模块ASD-DMC-64NT 1台。

3.2 台达多轴运动控制卡电控系统软件编程
       通过对锡膏印刷机工作方式进行分析，可知印刷机各轴有着相同的基本运动方式：原点搜索(REFERENCE)、绝对位置定位(ABS)和点动控制(JoG)。其中，点动控制(JOG)用于印刷机的手动调试，在正常运行中将被禁止使用；原点搜索(REFER—ENCE)用于建立各轴运动的坐标原点；绝对位置定位(ASS)用于在原点建立后完成运动定位。由于各轴有着相同的基本运动方式，在编写控制程序时可以采用相同的程序结构。按照功能的不同将程序划分为4个模块：初始化、通信校验、运动控制及故障处理。在初始化中，程序回到初始状态，各参数恢复到初始值；通信校验中，对从上位机接受到的命令进行校验，并对错误命令进行处理；运动控制包括上述三种基本运动方式的实现；故障处理中对运行过程中发生的故障进行处理。

3.3 采用台达运动控制卡优势
 采用台达运动控制卡具有以下优势：
⑴ 配线简单，独特的台达DMC-NET, 大大减少控制端配线，减少了系统的可靠性，降低了维护成本，如图4。
 

图4 台达DMC-NET配线图

⑵ 稳定的系统网络架构，拥有高稳定度的DMCNET通讯网络，有效地降低无效的数据流, 大幅度地提高了系统的稳定度，如图5。
 

图5 台达DMC-NET总线配置图

⑶ 固定的指令周期，在固定的1ms指令周期内可交换12轴马达的数据。如图6。
 

图6 台达DMC-NET连接图

4.结束语
        随着电子产品向微型化、便携式、网络化和多媒体方向迅速发展，SMT（表面贴装技术）在电子工业中正得到越来越广泛的应用，并且在许多领域部分或全部取代了传统电子装配技术，SMT的出现使传统电子装配技术发生了根本的、革命性的变革。在SMT装备研制过程中，涉及到两项关键技术：其一是视觉位置误差反馈信号的计算与获取，另一个是运动控制系统的精确定位。采用台达多轴运动控制卡的方案，大大缩短了工控机IPC的CPU占用时间，提高了系统响应的实时性，并且提高了自动PCB印刷机系统的定位精度和响应速度，使得自动PCB印刷机取得了很好的经济效益。

作者简介：
        焦健，出生于1978年7月，毕业于燕山大学电子信息工程专业。目前就职于中达电通伺服数控产品处任高级应用工程师，主要从事运动控制卡产品的技术开发、产品企划与行销推广，拥有运动控制卡产品，以及半导体、包装、印刷、纺织行业的丰富自动化技术整合应用经验。