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案例頻道插片工序是晶振等電子元器件封裝過程中的重要工序，用旋轉(zhuǎn)吸嘴拾取散裝的石英晶片,通過視覺處理系統(tǒng),進行位置和角度自動補正后，將石英晶片按照指定的方向整齊放置到統(tǒng)一的鍍膜盤中供下一道工序使用。傳統(tǒng)的插片機使用旋轉(zhuǎn)式電機做驅(qū)動主軸及單個吸取的方式，限制插片速度，最高速度0.67個/秒。而步進科技推出的新型設(shè)計方案中通過對主軸及吸取方式進行的創(chuàng)造性改造，使用直線伺服電機作為主軸，采取獨特的4頭循環(huán)吸取方式，大大提高了速度及精度，設(shè)計速度達到1.25個/秒，取放料精度達到0.01mm。同時系統(tǒng)采用基于CANOPEN總線的多軸控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了單臺PLC對10個軸的控制，高效的通訊速度不僅實現(xiàn)電機的同步，同時降低系統(tǒng)的安裝及維護復(fù)雜性。
傳動原理
插片機主要包括工序有：
1） 識別散料：移動攝像頭及散裝料盤，通過視覺系統(tǒng)查找散盤上散料位置，根據(jù)識別位置移動吸嘴；
2） 取料：四吸頭順序吸取散料，延主軸運動到放料位置；
3） 調(diào)整位置及方向：主軸傳動過程中再次進行單個散料位置識別；
4） 料盤進給：鍍膜盤延軸移動到物料吸放位置；
5） 放置到料盤：根據(jù)單個位置的的識別，進行角度調(diào)節(jié)到統(tǒng)一方向后放入鍍膜盤。
方案原理圖
如圖所示，在十軸的插片機伺服控制系統(tǒng)中，主控制器采用的是Beckhoff PLC BX 9000,BX9000以太網(wǎng)口連接高速數(shù)字圖像檢測儀（Keyence CV2100）、CANOPEN通訊口連接10臺不同型號的KINCO智能型伺服驅(qū)動器，完成閉環(huán)控制。Kinco ECOVARIO高性能伺服驅(qū)動器用來控制主軸的直線伺服電機，以實現(xiàn)快速、高加速、高定位精度的運動要求,一臺KINCO ED200 伺服驅(qū)動器和八臺ED 100驅(qū)動器則分別控制散料盤移動電機、鍍膜盤移動電機、相機移動電機、四路吸頭旋轉(zhuǎn)電機、進/出鍍膜盤升降電機，完成散裝料盤的進給、攝像頭移動、吸頭旋轉(zhuǎn)定位及鍍膜料盤的進給升降動作。系統(tǒng)還配有eView 5.7” 彩色TFT觸摸屏(MT5300T)，通過以太網(wǎng)口與BX9000進行通訊，實現(xiàn)對設(shè)備控制的操作和運行數(shù)據(jù)的監(jiān)控。系統(tǒng)通過CANopen現(xiàn)場總線以1Mbps速率進行通訊，很好滿足了實時性的要求。
配置表
控制特點
控制器：Beckhoff PLC完成邏輯控制、位置閉環(huán)、以太網(wǎng)及CANopen通訊，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，編程簡單。
BX 9000系列PLC是Beckhoff公司推出的具有多通訊方式和強大處理能力的中型PLC。通過Beckhoff PLC CANopen端口連接ECVORARIO 及ED系列驅(qū)動器組成的CANopen現(xiàn)場總線，實現(xiàn)了多軸控制高速通訊系統(tǒng)。BX 9000以太網(wǎng)口連接Keyence CV2100高速數(shù)字圖像檢測儀和MT5300大大提高了系統(tǒng)位置控制環(huán)的通訊和顯示速度。
主軸移動電機：速度快和高加/減速度Kinco SLME-025-244-000直線電機。
Kinco SLME-025直線電機不同于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式伺服電機，由于直線電機使用時無需使用連軸器，電機具有速度快（在規(guī)定的行程內(nèi)，可產(chǎn)生大的加減速）、效率高的特點。在本系統(tǒng)中設(shè)定速度為1.5m/s時，加速度可達到107m/s2，加/減速過程電機不抖動,定位達到5um精度。
現(xiàn)場總線通訊：速率高達1M的CANopen總線
CANopen是基于CAN BUS的高層協(xié)議，CAN總線具備抗干擾性強、高速、實時的優(yōu)點， CANopen通過PDO、SDO、NMT等通訊對象，方便了總線的管理和應(yīng)用。Kinco的ECVORARIO 及ED系列驅(qū)動器均內(nèi)置了CANopen通訊功能。CANopen最大支持127個從站節(jié)點，本系統(tǒng)因而實現(xiàn)了一個PLC對多個伺服電機的控制要求，本系統(tǒng)中獨創(chuàng)的4個吸頭的設(shè)計構(gòu)想也基于CANopen總線支持多節(jié)點的特點。整個系統(tǒng)中共涉及到10軸電機的控制，每個電機均通過驅(qū)動器直接連接到CANopen總線上和PLC相連，系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性大大降低，同時也減小了系統(tǒng)后期的維護成本。
傳統(tǒng)設(shè)計中對各個電機控制基本采取脈沖方向控制的模式，普通PLC支持脈沖數(shù)在兩到三路以內(nèi)，涉及到三路以上多軸系統(tǒng)的時候只能采取增加脈沖模塊或通過RS232/485串連多個PLC進行控制。采用多個PLC控制的方法增加了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，PLC之間通訊速度也影響了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。另一方面脈沖控制易受干擾，在設(shè)備周圍存在大的干擾源如大功率變頻器時系統(tǒng)通訊會受影響產(chǎn)生丟步等現(xiàn)象。
結(jié)語
高性能直線伺服電機，省去了機械傳動部分，電機運行加/減速有了較大的提高。采用CANopen總線系統(tǒng)進行多軸控制，不僅提高增強設(shè)備生產(chǎn)能力，同時增加系統(tǒng)配置靈活性。系統(tǒng)達到了高性能、維護方便、成本經(jīng)濟的特點。隨著新型插片機性能的不斷提高，直線電機和CANopen現(xiàn)場總線的設(shè)計方法在電子元件封裝行業(yè)中應(yīng)用將更加廣泛和深入。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號