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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 數據采集模塊

Q系列定位模塊在高速高精度定位系統中的應用

發布日期：2022-04-27 點擊率：87

    [摘要] 本文主要講述了伺服系統的定位模塊與影像處理系統相結合在高精度、高速度運動定位系統中的應用，還詳細的介紹了系統的組成和工作原理。
     [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.
      關鍵詞：伺服系統 PLC 人機界面定位模塊 TFT CCD

      一．概述
     隨著現代工業的發展，對于產品制造加工所要求的精度越來越高，特別是在電子工業中，所要求生產加工的精度要求很高，在現代日常生活中，許多日用電子產品的更新換代特別快，所用的研制開發、生產周期特別短，而在此環節中，生產環節就顯得尤為重要，所以就對生產設備的要求也就越來越高，生產設備要能夠適應多種不同產品的生產，特別是新產品的生產適應能力，還要能夠保證產品的精度。在TFT生產中，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，因為在前道生產根據設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，這根據制造面板本身的用途來定。如手機面板，目前在生產的一塊大的基板上有30到104塊不等的小的基板組成，這還要根據手機面板的尺寸來定，如圖1所示。經過切割以后，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，而且在切割的時候上下不是在一條線上，而是成一個階梯狀，在TFT面的A處有印刷電路端子，切斷過程中絕對不能碰傷端子。在如圖3中所示，A-F中5個尺寸精度要全部達到±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，根據不同玻璃材質就要設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。在現在劃線設備中都是采用的多把刀（以前都是單刀作業），一般在5-7把刀，此系統中采用了5把刀，在此系統中刀的切入量和左右運動都采用伺服系統來控制，而且都采用了高速運動，這樣能夠大大提高工作的效率。

      二．系統組成與工作原理
      2.1 系統的硬件組成

圖3是本系統整個控制系統的原理圖，本系統采用Q06H CPU為控制單元，QD75D4和QD75D2為伺服系統的定位單元，還采用了兩個QJ74C24通訊模塊單元，其中一個與人機界面（A970GOT）連接，另外一個和畫像處理系統連接，畫像系統主要用于Mark點（也就是標記點）的識別，然后產生一個偏差的補正值。另外與QJ74C24相連接的PC1機是系統機械參數、工作參數設定以及切斷程序編制的專用機。PC1與PLC之間的通訊使用的是專門的通訊程序軟件。本系統的工作方式是采用偏差補正的方式。對于一個新的品種，首先要進行Mark點的識別，登錄，MARK點的形狀可以隨意，但一般采用的是’十’字為Mark點標記，如圖4所示，就是畫像處理系統對Mark點的認識過程，認識后產生一個偏差補正量，根據偏差量計算出基準位置。

      2.2 軟件設計

      本系統采用的是A970GOT人機界面，在本系統中人機界面起了非常重要的角色，是其他任何器件都代替不了的。人機界面總共有218個畫面組成，主要分兩大部分：一是正常的操作人員操作的主畫面，二是設備維修、調試人員進入的特殊功能畫面，此畫面只有工程師級身份人員才能進入，它的參數直接影響設備的正常工作，圖6為特殊功能畫面的結構圖，其中主要是參數設定方面，這里主要介紹軸的位置參數設定，在本系統中最主要的部分就是伺服系統，它是保證系統精度的核心，伺服系統的參數、數據設定是非常復雜的，圖6為伺服系統參數設定的基本框架結構圖，基本參數主要是單位設定、1脈沖的相當移動量、脈沖輸出模式、轉動方向、速度限制值、加減速時間、馬達選擇。詳細設定除了對上面敘述中一些進行了詳細設定以外，還對其他的功能進行了設定，如M代碼的取碼模式、速度模式、JOG運轉、手動脈沖的選擇、圓弧誤差補正等等。原點復位參數設定主要是復歸的方式、方向、原點地址、速度。定位用數據就是我們所要求系統如何去工作、工作的步驟、數據等內容。伺服系統的工作主要是對內部寄存器的地址進行操作，主要分為參數區、監視區、制御數據區、定位數據區、PLC的CPU內存區、塊傳送區幾個部分。在圖5系統圖中對各個位置的設定（QD75）主要是對基本定位數據的設定，包括定位識別子、M代碼、指令速度、定位地址/移動量、突停減速時間、圓弧地址，其中每軸共設定了30點位置，這樣可以有效的適應系統切割復雜程度不同的基板。在人機界面的軟件設計中，把與伺服系統相關的定位數據參數直接編寫在畫面中，可以有效的對系統進行調整，改變，在系統中不僅僅上面的這些數據，另外與定位有關的參數設定還有很多，在這里就不一一列舉，本系統是一個非常復雜的系統。

      2．3 系統的工作原理

      系統在機械參數設定好后，首先根據基板的劃線數據進行編程，確定劃線的數據、MARK點的數據、使用刀的數量、每把刀劃每條線的壓力、劃線的次數等，以上參數有專門的軟件進行編輯。編輯完成后再通過PC1輸入PLC 的CPU，在完成數據的編輯后，軟件回自動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，根據系統設定，在放入基板后按下啟動按鈕，基板平臺會自動把基板送到影像處理系統的CCD的下面，在監視器上面看到的就如圖4所示，在MARK識別中與系統設定會有一個的偏差，根據這個偏差系統進行補正，現介紹一下補正過程，如圖7，以第一把刀為例，刀1原點與CCD原點的X向距離D1在系統中設定為一定值，刀1與刀1原點的距離D2為在編制程序是產生，也為一定值，CCD原點與現在CCD之間的距離D3，在編制程序時有一個MARK的坐標值，D3即為基板的X向MARK坐標，D4為MARK點與刀1劃基板第一道線X向距離，在理想狀態下為一定值。即可以得出D1+D2=D3+D4，其中D1、D2為固定值，假設D5為CCD識別MARK點的動態坐標，偏差補正為△d，可以得出D5=D3±△d，如在理想狀態，CCD識別MARK點的X向坐標剛好為D3，即D5=D3，而每塊基板在放置的時候位置絕對會不一樣，所以都會有一個偏差△d，根據△d每次在CCD識別MARK點后向刀1移動的距離為D4±△d，這就是偏差補正的過程，其他的刀原理也是這樣，在偏轉劃線時也是根據CCD第一次MARK識別的坐標了確定的。在劃完了TFT面后，在 CF面對TFT面進行剖斷，然后在CF面劃線，再在TFT面對CF進行剖斷，這樣就完成了對基板的劃線。

      三．技術性能和特點
    1. 系統采用了與人機界面相結合，使得系統的布線簡單、簡潔。
    2. 采用了QD75系列的伺服系統定位單元，系統的度精能夠達到0.01um。
    3. 伺服系統的輸出系統具有集電極開路輸出和差分輸出兩種工作方式，在應用時可以根據需要進行選擇。
    4. 系統的定位范圍比較寬，單位可以用um、英寸、度設定。控制系統也比較多樣化，能夠實現PTP控制、跟蹤控制、速度控制、速度-位置控制、位置-速度控制，根據系統的需要可以選擇不同的控制系統，另外，還具有圓弧插補功能。
     5. 系統響應的時間比較短，因而減少了不同步產生的機會。
    6. 系統采用了影像處理系統，這樣就提高了系統的精度，對于一些要求不高的場合，系統在工作時影像系統可以選擇不使用，但這樣可以減少時間，增加工作的效率。
    7. 本系統采用了多刀工作方式，這樣大大的提高了工作的效率，但同時增加了系統在設計時的復雜性。
     8. 另外，QD75系列的伺服定位單元具有預讀起始功能，這樣可以減少定位起始的時間，可以保證快速多種應用的定位。對于QD75系列的定位單元還專門設計了設置/監控軟件——QP（GX-Configurator）這樣便于定位參數的設定，定位數據的生成和監控。

      四．結束語

     本系統是一個比較復雜的系統，在定位方面要求比較高，它的主要工作部件就是伺服系統，對于伺服系統與PLC的編程是比較復雜的，而系統完成后，對于操作人員來說操作是非常簡單的。

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