CN101823360B

CN101823360B - 电池片印刷机印刷压力控制装置

Info

Publication number: CN101823360B
Application number: CN2010101142270A
Authority: CN
Inventors: 王慧; 许博; 张世强; 杨志; 王惠霞
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: CN101823360A

Abstract

本发明的目的是提供一种电池片印刷机印刷压力控制装置，涉及丝网印刷机技术领域。涂墨座整体上设有导轨和线性电机定子；印刷座整体和印刷刮板体相连，印刷座整体上设有导轨滑块和压力控制线性电机动子；设有印刷座整体的重量平衡机构：印刷座整体和平衡气缸的活塞杆相连，平衡气缸和气压调节装置相连；设有可构成位置闭环的光栅反馈装置及零位开关，线性电机采用无齿槽效应的无铁芯线性电机，设有线性电机位置模式和在位置模式下的辅助力矩输出模式控制电路。本发明与现有气动压力印刷技术和单纯位置控制压力印刷方法相比，采用本发明装置，可以实现压力控制准确度较高、印刷压力输出较均衡、印刷质量高、工作效率高、适用范围广等优点。

Description

电池片印刷机印刷压力控制装置

技术领域

本发明涉及丝网印刷机技术领域。

背景技术

印刷压力是印刷机设计和使用过程中的基础，它不仅是现代印刷的根本保证，而且在很大程度上决定着印刷的质量。随着太阳能电池技术的广泛应用，太阳能电池用硅片的印刷质量成为保证太阳能电池转换效率的一个关键。现代印刷技术在生产效率和控制精度上提出了高效、稳定、精准的控制要求。而以往采用的气压式压力印刷方式和位置压力印刷方式已经无法满足要求。对于高精度印刷，例如：LTCC用网版印刷，对控制精度要求±0.2N的偏差量，由于气压式压力印刷本身存在的缺陷：印刷压力控制精度低、印刷速度较慢、印刷质量粗糙，这种印刷方式已经不能满足系统要求，气压式压力印刷是通过控制气压源的压力大小来完成力的输出，但是由于气压调节精度低，压力输出的精度进而受到影响，反复输出同一压力的情况下的重复精度较差，由于对汽缸进行控制，硬件的响应延迟，对整机的印刷效率有影响，由于这种方式力的输出精度较低，所以印刷质量就无法满足要求。而其他一些印刷用设备采用位置控制的方式(通过丝网变形量实现压力控制)，这种控制方式需要丝网变形量保持一致，但是由于长期工作后丝网松脱，不能保证线性度一致的变形量，所以这种方式也不适合现代印刷系统的高要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池片印刷机印刷压力控制装置，与现有技术相比，利用本发明装置，可以实现印刷压力控制较平稳准确、压力输出较均衡、印刷质量高、效率高、适用范围广等优点。

本发明是这样实现的：一种电池片印刷机印刷压力控制装置，包括涂墨座整体、印刷座整体，涂墨座整体和涂墨刮板体相连，其特征在于涂墨座整体上设有导轨和线性电机定子；印刷座整体和印刷刮板体相连，印刷座整体上设有导轨滑块和压力控制线性电机动子；设有印刷座整体的重量平衡机构：印刷座整体和平衡气缸的活塞杆相连，平衡气缸和气压调节装置相连。

电池片印刷机印刷压力控制装置中设有刮板平衡调节机构较佳，其结构为：印刷刮板与印刷座下端通过浮动连接头相连，印刷座左右两侧各设有一个刮板平衡螺旋调节机构，刮板平衡螺旋调节机构的两个伸出杆端顶住印刷刮板的上边缘。

电池片印刷机印刷压力控制装置中设有可构成位置闭环的光栅反馈装置及零位开关，线性电机采用无齿槽效应的无铁芯线性电机，并采用线性电机位置模式和力矩输出模式控制。

上述的光栅反馈装置具有光栅尺尺条带和光栅尺读数头，光栅尺尺条带安装于涂墨座上，光栅尺读数头安装于印刷座整体上，光栅尺尺条带及零位开关装在压力控制线性电机定子行程的一侧。

上述的线性电机位置模式和在位置模式下的辅助力矩输出模式控制电路的结构较佳为：具有上位机、CAN运动控制卡和Copley驱动器，上位机通过PCI总线与CAN运动控制卡相连，CAN运动控制卡直接插入上位机的PCI插槽内；CAN卡上配有与Copley驱动器相连接的CAN通讯口，Copley驱动器则通过CAN总线与CAN运动控制卡相连接，用来传输控制系统命令；电机本身自带霍尔传感器，用于电机自身相位初始化时的校正，霍尔线直接接到驱动器相应的霍尔传感器接口，电机线直接接入驱动器电机线输入口，且保证同名端相连接；光栅尺反馈装置的读数头带有连接线，直接接入驱动器的相应输入端；原点开关为一个位置传感器，传感器一端带有连接线，接入驱动器相应的输入端，原点开关作为电机初始位参考，以确定印刷位置的相对位置；工作时，上位机通过CAN卡向驱动器发送控制指令，驱动器接收到位移或者力输出指令后，向电机发送脉冲，完成命令传送；驱动器首先将控制环设置为位置闭环，压力控制电机工作在位置模式下；然后电机从初始位置运动到印刷时所需的印刷位置时，驱动器收到电机到位信号，将驱动器内部控制环改为电流环，使电机工作在力矩输出模式下，输出相应的力，实现印刷压力输出。

所述的电池片印刷机印刷压力控制装置，可对电机施加电流偏置量，电流偏置量通过Copley自身配带的软件CME2在驱动器内部设置，用以抵消有气缸平衡后的整个压力控制装置运行时对压力控制电机产生的微小反作用力；测力计测量电机的微小反作用力。

所述的位置闭环用光栅尺分辨率小于1um较好，压力计型号为：SH-500较好。

本发明的积极效果是：能有效解决现有技术中存在的问题，采用平衡装置平衡掉印刷座整体的自重和摩擦力，为精准的力输出控制消除了系统自身的因素，与现有气动压力印刷技术和单纯位置控制压力印刷方法相比，利用本发明装置，可以实现压力控制准确度较高、印刷压力输出较均衡、实时性好稳定性高、印刷质量高、工作效率高、适用范围广等优点，有利于提高经济效益。

本发明在驱动器内部设置电机输出电流偏移量，可抵消整个印刷装置带来的微小反作用力对电机输出电流的影响，进一步保证了电机处于高度力平衡状态；采用位置模式辅助力矩输出模式的控制方法使系统压力输出的准确度大幅提高，克服了现有技术印刷压力输出不均衡、印刷效率低等缺陷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不作为对本发明的限定。

图1是本发明装置的机械结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图2中件号2印刷座整体的左视图。

图4是图2中件号1涂墨座整体的右视图。

图5是图1的硬件结构控制原理框图。

图6是图1的控制流程图。

图1～图6中：1.涂墨座整体，2.印刷座整体，3.印刷刮板体，4.涂墨刮板体，5.压力控制电机定子，6.导轨，7.涂墨气缸，8.导轨滑块，9.平衡气缸，10.零位开关，11.光栅尺尺条带，12.涂墨刮板，13.螺旋测位头，14.光栅尺读数头，15.压力控制电机动子，16.印刷刮板，17.浮动连接头，18.上位机，19.CAN运动控制卡，20.Copley驱动器，21.电机霍尔，22.压力控制电机，23.印刷装置，24.原点开关，25，光栅反馈。

具体实施方式

参见图1～图6。该电池片印刷机印刷压力控制装置，包括涂墨座整体1、印刷座整体2，涂墨座整体1和涂墨刮板体4相连，涂墨座整体1上设有导轨6和线性电机定子5；印刷座整体2和印刷刮板体3相连，印刷座整体2上设有导轨滑块8和压力控制线性电机动子15；设有印刷座整体2的重量平衡机构：印刷座整体2和平衡气缸9的活塞杆相连，平衡气缸9和气压调节装置相连；平衡汽缸9平行于电机运行方向安装，平衡印刷座整体2的自重和电机运行时的摩擦力。设有可构成位置闭环的光栅反馈装置及零位开关，线性电机采用无齿槽效应的无铁芯线性电机，并采用线性电机位置模式和电机力矩输出模式控制。

刮板平衡调节机构，其结构为：印刷刮板16与印刷座2下端通过浮动连接头17相连，印刷座2左右两侧各设有一个刮板平衡螺旋调节机构13，刮板平衡螺旋调节机构13的两个伸出杆端顶住印刷刮板的上边缘。光栅反馈装置具有光栅尺尺条带11和光栅尺读数头，光栅尺尺条带11安装于涂墨座1上，光栅尺读数头安装于印刷座整体2上，光栅尺尺条带11及零位开关装在压力控制线性电机定子5行程的一侧。

线性电机位置模式和电机力矩输出模式控制的硬件结构较佳为：具有上位机18、CAN运动控制卡19和Copley驱动器20；上位机18通过PCI总线与CAN运动控制卡19相连，CAN运动控制卡19直接插入上位机18的PCI插槽内；CAN卡19上配有与Copley驱动器20相连接的CAN通讯口，Copley驱动器20则通过CAN总线与CAN运动控制卡19相连接，用来传输控制系统命令；电机22本身自带霍尔传感器21，用于电机自身相位初始化时的校正，霍尔线直接接到驱动器相应的霍尔传感器接口，电机线直接接入驱动器电机线输入口，且保证同名端相连接；光栅尺反馈装置25的读数头带有连接线，直接接入驱动器20的相应输入端；原点开关24为一个位置传感器，传感器一端带有连接线，接入驱动器相应的输入端，原点开关作为电机初始位参考，以确定印刷位置的相对位置；工作时，上位机通过CAN卡19向驱动器20发送控制指令，驱动器20接收到位移或者力输出指令后，向电机发送脉冲，完成命令传送；驱动器首先将控制环设置为位置闭环，压力控制电机工作在位置模式下；然后电机从初始位置运动到印刷时所需的印刷位置时，驱动器20收到电机22到位信号，将驱动器内部控制环改为电流环，使电机工作在力矩输出模式下，输出相应的力，实现印刷压力输出。

控制部分包括采用位置模式辅助力矩输出模式，并对电机施加电流偏置量。对电机施加电流偏置量，电流偏置量通过Copley驱动器20自身配带的软件CME2在驱动器内部设置，用以抵消有气缸平衡后的整个压力控制装置运行时对压力控制电机产生的微小反作用力；测力计测量电机的微小反作用力。Copley驱动器20可通过自身配带的软件CME2在驱动器内部设置电机输出电流偏置量，用以抵消有气缸平衡后的整个压力控制装置运行时对压力控制电机22产生的微小反作用力；采用测力计测量电机输出力。位置闭环用光栅尺分辨率小于1um，压力计型号为：SH-500。

平衡汽缸8竖直安装在涂墨座上，承载了印刷座2本身的自重，保证电机在运行过程中处于无负载状态(与水平安装无异)。涂墨气缸6驱动涂墨刮板1用于涂墨。涂墨座整体1固定不动，印刷座整体2作为压力控制电机动子15的负载，随电机动子上下滑动。电机动子15和电机定子5通过螺钉紧固在涂墨座1上，动子通过螺钉直接与印刷座2相连接；导轨6通过螺钉安装在涂墨座上，导轨上的滑块8直接与印刷座2通过螺钉连接，作为导向装置，当电机通电后，电机动子在电机定子所产生的磁场推力作用下沿着导轨导向，带动印刷座整体同步运动。

图4，螺旋测位头13对称安装在压力控制电机动子15的两侧，它通过一块座在印刷座2上的小板竖直装夹在压力控制电机动子15的两侧，印刷刮板16与印刷座2的最下端边缘通过一个浮动连接头17相连，当配套的印刷刮板套在浮动连接头上时，可能会使刮板与丝网接触面不平，这时，调节印刷座左右两侧的螺旋测位头13，使螺旋测位头的两个伸出杆端顶住印刷刮板的上边缘，使刮板保持平衡。

整个装置印刷力输出动作描述：以导轨6导向的压力控制电机的动子15带动负载(印刷座整体)向下运动，由于安装在涂墨座上的平衡气缸8的活塞杆连接着印刷座整体，因此整个印刷座整体的重量就由气缸承载了，这样，电机可在竖直安装的导轨上自由上下运动，当电机下降至印刷位置时，控制系统发送力输出命令，电机输出相应的作用力。

图5示，上位机18通过PCI总线与CAN运动控制卡19相连，CAN卡19直接插入上位机18的PCI插槽内；CAN卡19上配有与Copley驱动器20相连接的CAN通讯口，Copley驱动器20则通过CAN总线与CAN运动控制卡19相连接，用来传输控制系统命令；电机21本身自带霍尔传感器21，它用于电机自身相位初始化时的校正，霍尔线直接接到驱动器相应的霍尔传感器接口，电机线直接接入驱动器电机线输入口，且保证同名端相连接；电机22的反馈装置采用光栅尺反馈装置25，它包括尺条和读数头，读数头带有连接线，直接接入驱动器20的相应输入端；原点开关24为一个位置传感器，传感器一端带有连接线，接入驱动器20相应的输入端，原点开关24作为电机初始位参考，以确定印刷位置的相对位置。工作时，上位机18通过CAN卡19向驱动器20发送控制指令，驱动器20接收到位移或者力输出指令后，向电机22发送脉冲，完成命令传送；电机22则驱动印刷装置23完成相应的位移或者力输出动作。

电机的基础参数在CME2软件中设置好后通过CAN总线下传到Copley驱动器20中，CME2软件为驱动器自身配带的调试软件，安装在上位机18上，用于初始调试电机的PID参数等。驱动器与CAN卡19之间的通讯协议为CanOpen网络通讯协议，光栅尺读数头与零位开关的电气接线端接入相应驱动器端口。

图6示控制流程图，总体上分为以下几部分：首先是参数设置，在CME2软件里设置电机工作的控制环，电机基本参数，光栅尺的分辨率、PID调节参数等，通过CAN总线下传到驱动器，调节电机PID参数至运行最佳状态。

其次，测试该装置的微小反作用力所对应的电机电流值，方法如下：使电机反复输出两种不同的力，从测力计上读取数值，将两组力的值分别取平均，然后将两平均值作差即可得到系统自身的微小反作用力，根据电流与力的比例关系得到驱动器内部应该设置的电流偏置量。

最后，测试程序编译，其中程序编译的过程即为本控制方式的实现过程，电机从初始位置至印刷位置是一个位置模式控制，从印刷位置输出控制压力是一个力矩模式控制。电机接收到位移命令后，驱动印刷装置从初始位置运动到印刷位置；之后，从印刷位置开始，电机需要输出控制压力，这是一个力矩模式控制，电机接收到力输出命令后，输出相应的力。

本发明克服了现有丝网印刷技术压力控制准确度低、刷压力输出不均衡、印刷效率低的缺陷，提出了一种全新的丝网印刷系统。

该实施例可为半自动或全自动电池片印刷机压力控制装置。

Claims

1.一种电池片印刷机印刷压力控制装置，包括涂墨座整体(1)、印刷座整体(2)，涂墨座整体(1)和涂墨刮板体(4)相连，其特征在于涂墨座整体(1)上设有导轨(6)和线性电机定子(5)；印刷座整体(2)和印刷刮板体(3)相连，印刷座整体(2)上设有导轨滑块(8)和压力控制线性电机动子(15)；设有印刷座整体(2)的重量平衡机构：印刷座整体(2)和平衡气缸(9)的活塞杆相连，平衡气缸(9)和气压调节装置相连；设有线性电机位置模式和电机力矩输出模式控制。

2.根据权利要求1所述的电池片印刷机印刷压力控制装置，其特征在于设有刮板平衡调节机构，其结构为：印刷刮板(16)与印刷座(2)下端通过浮动连接头(17)相连，印刷座(2)左右两侧各设有一个刮板平衡螺旋调节机构(13)，刮板平衡螺旋调节机构(13)的两个伸出杆端顶住印刷刮板的上边缘。

3.根据权利要求1所述的电池片印刷机印刷压力控制装置，其特征在于设有可构成位置闭环的光栅反馈装置及零位开关，线性电机采用无齿槽效应的无铁芯线性电机。

4.根据权利要求3所述的电池片印刷机印刷压力控制装置，其特征在于所述的光栅反馈装置具有光栅尺尺条带(11)和光栅尺读数头，光栅尺尺条带(11)安装于涂墨座(1)上，光栅尺读数头安装于印刷座整体(2)上，光栅尺尺条带(11)及零位开关装在压力控制线性电机定子(5)行程的一侧。