MITSUBISHIQ系列定位模塊在高速高精度定位系統(tǒng)中的應(yīng)用———伺服系統(tǒng)的定位模塊與影

[摘要] 本文主要講述了伺服系統(tǒng)的定位模塊與影像處理系統(tǒng)相結(jié)合在高精度、高速度運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)中的應(yīng)用， 還詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)的組成和工作原理。
[Abstract] The article mainly discusses the application of servo system are combined images system in the accuracy fixed position and detailed introduces the system of component and work principle.

關(guān)鍵詞:伺服系統(tǒng)/LC/人機(jī)界面/定位模塊/TFT/CCD

一．概述
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品制造加工所要求的精度越來越高，特別是在電子工業(yè)中，所要求生產(chǎn)加工的精度要求很高，在現(xiàn)代日常生活中，許多日用電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代特別快，所用的研制開發(fā)、生產(chǎn)周期特別短，而在此環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)環(huán)節(jié)就顯得尤為重要，所以就對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求也就越來越高，生產(chǎn)設(shè)備要能夠適應(yīng)多種不同產(chǎn)品的生產(chǎn)，特別是新產(chǎn)品的生產(chǎn)適應(yīng)能力，還要能夠保證產(chǎn)品的精度。在TFT生產(chǎn)中，在基板完成電路印刷等一系列的工作以后有一道工序，就是基板的切割，因?yàn)樵谇暗郎a(chǎn)根據(jù)設(shè)備和工藝的要求是一塊比較大的基板，在一塊大的基板上可能有好多塊小的基板組成，這根據(jù)制造面板本身的用途來定。如手機(jī)面板，目前在生產(chǎn)的一塊大的基板上有30到104塊不等的小的基板組成，這還要根據(jù)手機(jī)面板的尺寸來定，如圖1所示:

經(jīng)過切割以后，變成一片一片小的基板，如圖2所示:


從圖2可以看出，基板由兩層玻璃組合而成，在兩層之間有印刷電路，而且在切割的時(shí)候上下不是在一條線上，而是成一個(gè)階梯狀，在TFT面的A處有印刷電路端子，切斷過程中絕對(duì)不能碰傷端子。
在如圖3中所示:


A-F中5個(gè)尺寸精度要全部達(dá)到±0.1mm，并且切斷后在基板的邊緣不能有毛邊，這樣就要在切斷過程中要很好的控制壓力、切入量，根據(jù)不同玻璃材質(zhì)就要設(shè)定不同的壓力和切入量，另外切斷的步驟也是比較重要的，一般都采用的步驟是：①CF面 切②TFT面 剖③TFT面 切④C F面 剖。在現(xiàn)在劃線設(shè)備中都是采用的多把刀（以前都是單刀作業(yè)），一般在5-7把刀，此系統(tǒng)中采用了5把刀，在此系統(tǒng)中刀的切入量和左右運(yùn)動(dòng)都采用伺服系統(tǒng)來控制，而且都采用了高速運(yùn)動(dòng)，這樣能夠大大提高工作的效率。

二．系統(tǒng)組成與工作原理
2.1 系統(tǒng)的硬件組成


圖3是本系統(tǒng)整個(gè)控制系統(tǒng)的原理圖，本系統(tǒng)采用Q06H CPU為控制單元，QD75D4和QD75D2為伺服系統(tǒng)的定位單元，還采用了兩個(gè)QJ74C24通訊模塊單元，其中一個(gè)與人機(jī)界面（A970GOT）連接，另外一個(gè)和畫像處理系統(tǒng)連接，畫像系統(tǒng)主要用于Mark點(diǎn)（也就是標(biāo)記點(diǎn)）的識(shí)別，然后產(chǎn)生一個(gè)偏差的補(bǔ)正值。另外與QJ74C24相連接的PC1機(jī)是系統(tǒng)機(jī)械參數(shù)、工作參數(shù)設(shè)定以及切斷程序編制的專用機(jī)。PC1與PLC之間的通訊使用的是專門的通訊程序軟件。本系統(tǒng)的工作方式是采用偏差補(bǔ)正的方式。對(duì)于一個(gè)新的品種，首先要進(jìn)行Mark點(diǎn)的識(shí)別，登錄，MARK點(diǎn)的形狀可以隨意，但一般采用的是’十’字為Mark點(diǎn)標(biāo)記，如圖4所示，就是畫像處理系統(tǒng)對(duì)Mark點(diǎn)的認(rèn)識(shí)過程，認(rèn)識(shí)后產(chǎn)生一個(gè)偏差補(bǔ)正量，根據(jù)偏差量計(jì)算出基準(zhǔn)位置。


2.2 軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用的是A970GOT人機(jī)界面，在本系統(tǒng)中人機(jī)界面起了非常重要的角色，是其他任何器件都代替不了的。人機(jī)界面總共有218個(gè)畫面組成，主要分兩大部分：一是正常的操作人員操作的主畫面，二是設(shè)備維修、調(diào)試人員進(jìn)入的特殊功能畫面，此畫面只有工程師級(jí)身份人員才能進(jìn)入，它的參數(shù)直接影響設(shè)備的正常工作，圖6為特殊功能畫面的結(jié)構(gòu)圖，其中主要是參數(shù)設(shè)定方面，這里主要介紹軸的位置參數(shù)設(shè)定，在本系統(tǒng)中最主要的部分就是伺服系統(tǒng)，它是保證系統(tǒng)精度的核心，伺服系統(tǒng)的參數(shù)、設(shè)定是非常復(fù)雜的.圖6為伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的基本框架結(jié)構(gòu)圖:


基本參數(shù)主要是單位設(shè)定、1脈沖的相當(dāng)移動(dòng)量、脈沖輸出模式、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、速度限制值、加減速時(shí)間、馬達(dá)選擇。詳細(xì)設(shè)定除了對(duì)上面敘述中一些進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)定以外，還對(duì)其他的功能進(jìn)行了設(shè)定，如M代碼的取碼模式、速度模式、JOG運(yùn)轉(zhuǎn)、手動(dòng)脈沖的選擇、圓弧誤差補(bǔ)正等等。原點(diǎn)復(fù)位參數(shù)設(shè)定主要是復(fù)歸的方式、方向、原點(diǎn)地址、速度。定位用數(shù)據(jù)就是我們所要求系統(tǒng)如何去工作、工作的步驟、數(shù)據(jù)等內(nèi)容。伺服系統(tǒng)的工作主要是對(duì)內(nèi)部寄存器的地址進(jìn)行操作，主要分為參數(shù)區(qū)、監(jiān)視區(qū)、制御數(shù)據(jù)區(qū)、定位數(shù)據(jù)區(qū)、PLC的CPU內(nèi)存區(qū)、塊傳送區(qū)幾個(gè)部分。在圖5系統(tǒng)圖中對(duì)各個(gè)位置的設(shè)定（QD75）主要是對(duì)基本定位數(shù)據(jù)的設(shè)定，包括定位識(shí)別子、M代碼、指令速度、定位地址/移動(dòng)量、突停減速時(shí)間、圓弧地址，其中每軸共設(shè)定了30點(diǎn)位置，這樣可以有效的適應(yīng)系統(tǒng)切割復(fù)雜程度不同的基板。在人機(jī)界面的軟件設(shè)計(jì)中，把與伺服系統(tǒng)相關(guān)的定位數(shù)據(jù)參數(shù)直接編寫在畫面中，可以有效的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，改變，在系統(tǒng)中不僅僅上面的這些數(shù)據(jù)，另外與定位有關(guān)的參數(shù)設(shè)定還有很多，在這里就不一一列舉，本系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。


2．3 系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)在機(jī)械參數(shù)設(shè)定好后，首先根據(jù)基板的劃線數(shù)據(jù)進(jìn)行編程，確定劃線的數(shù)據(jù)、MARK點(diǎn)的數(shù)據(jù)、使用刀的數(shù)量、每把刀劃每條線的壓力、劃線的次數(shù)等， 以上參數(shù)有專門的軟件進(jìn)行編輯。編輯完成后再通過PC1輸入PLC 的CPU，在完成數(shù)據(jù)的編輯后，軟件回自動(dòng)生成切割的模擬畫面，確定基板劃線的每一步由哪幾把刀去做，在完成這一系列的工作后，就要放入基板試作劃線，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定，在放入基板后按下啟動(dòng)按鈕，基板平臺(tái)會(huì)自動(dòng)把基板送到影像處理系統(tǒng)的CCD的下面，在監(jiān)視器上面看到的就如圖4所示，在MARK識(shí)別中與系統(tǒng)設(shè)定會(huì)有一個(gè)的偏差，根據(jù)這個(gè)偏差系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)正，現(xiàn)介紹一下補(bǔ)正過程，如圖7:


第一把刀為例，刀1原點(diǎn)與CCD原點(diǎn)的X向距離D1在系統(tǒng)中設(shè)定為一定值，刀1與刀1原點(diǎn)的距離D2為在編制程序是產(chǎn)生，也為一定值，CCD原點(diǎn)與現(xiàn)在CCD之間的距離D3，在編制程序時(shí)有一個(gè)MARK的坐標(biāo)值，D3即為基板的X向MARK坐標(biāo)，D4為MARK點(diǎn)與刀1劃基板第一道線X向距離，在理想狀態(tài)下為一定值。即可以得出D1+D2=D3+D4，其中D1、D2為固定值，假設(shè)D5為CCD識(shí)別MARK點(diǎn)的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，偏差補(bǔ)正為△d，可以得出D5=D3±△d，如在理想狀態(tài)，CCD識(shí)別MARK點(diǎn)的X向坐標(biāo)剛好為D3，即D5=D3，而每塊基板在放置的時(shí)候位置絕對(duì)會(huì)不一樣，所以都會(huì)有一個(gè)偏差△d，根據(jù)△d每次在CCD識(shí)別MARK點(diǎn)后向刀1移動(dòng)的距離為D4±△d，這就是偏差補(bǔ)正的過程，其他的刀原理也是這樣，在偏轉(zhuǎn)劃線時(shí)也是根據(jù)CCD第一次MARK識(shí)別的坐標(biāo)了確定的。在劃完了TFT面后，在 CF面對(duì)TFT面進(jìn)行剖斷，然后在CF面劃線，再在TFT面對(duì)CF進(jìn)行剖斷，這樣就完成了對(duì)基板的劃線。
三．技術(shù)性能和特點(diǎn)
1.系統(tǒng)采用了與人機(jī)界面相結(jié)合，使得系統(tǒng)的布線簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)潔。
2.采用了QD75系列的伺服系統(tǒng)定位單元，系統(tǒng)的度精能夠達(dá)到0.01um。
3.伺服系統(tǒng)的輸出系統(tǒng)具有集電極開路輸出和差分輸出兩種工作方式，在應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
4.系統(tǒng)的定位范圍比較寬，單位可以用um、英寸、度設(shè)定。控制系統(tǒng)也比較多樣化，能夠?qū)崿F(xiàn)PTP控制、跟蹤控制、速度控制、速度-位置控制、位置-速度控制，根據(jù)系統(tǒng)的需要可以選擇不同的控制系統(tǒng)，另外，還具有圓弧插補(bǔ)功能。
5.系統(tǒng)響應(yīng)的時(shí)間比較短，因而減少了不同步產(chǎn)生的機(jī)會(huì)。
6.系統(tǒng)采用了影像處理系統(tǒng)，這樣就提高了系統(tǒng)的精度，對(duì)于一些要求不高的場(chǎng)合，系統(tǒng)在工作時(shí)影像系統(tǒng)可以選擇不使用，但這樣可以減少時(shí)間，增加工作的效率。
7.本系統(tǒng)采用了多刀工作方式 ，這樣大大的提高了工作的效率，但同時(shí)增加了系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)的復(fù)雜性，
8.另外，QD75系列的伺服定位單元具有預(yù)讀起始功能，這樣可以減少定位起始的時(shí)間，可以保證快速多種應(yīng)用的定位。對(duì)于QD75系列的定位單元還專門設(shè)計(jì)了設(shè)置/監(jiān)控軟件——QP（GX-Configurator）這樣便于定位參數(shù)的設(shè)定，定位數(shù)據(jù)的生成和監(jiān)控。

四．結(jié)束語
本系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，在定位方面要求比較高，它的主要工作部件就是伺服系統(tǒng)，對(duì)于伺服系統(tǒng)與PLC的編程是比較復(fù)雜的，而系統(tǒng)完成后，對(duì)于操作人員來說操作是非常簡(jiǎn)單的。


參考文獻(xiàn):
1．MITSUBISHI伺服定位模塊單元 三菱電機(jī)株式會(huì)社
2．劃線機(jī)的設(shè)計(jì)說明書 三星ダイヤモンド工業(yè)株式會(huì)社
3．高速畫像處理裝置 CSC工業(yè)株式會(huì)社