CN102869202A - 一种led贴片机的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种LED贴片机的控制系统，运用模块化设计方法，它包括传感器模块、主控制器模块、DSP运动控制模块、伺服电机控制模块，所述的传感器模块作为控制系统的信号采集端与贴片机伺服电机的输出轴相连，传感器模块的信号输出端通过DSP运动控制模块与主控制器的状态信号输入端相连，主控制器的控制信号输出端通过DSP运动控制模块与伺服电机控制模块的控制信号输入端相连，通过伺服电机控制模块驱动贴片机伺服电机的运转。本发明的设计方法降低了系统存在的干扰，提高了系统的运行效率，从而增强贴片机运动控制系统的控制精度和贴装速度。

Description

一种LED贴片机的控制系统

技术领域

本发明属于运动控制系统技术领域，涉及一种LED贴片机实现LED灯管贴装等功能的运动控制系统的设计方法，具体地说是一种LED贴片机的控制系统。

 

背景技术

LED(Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管)是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。

LED作为一种非常有效的新型光源，目前已大量应用于景观灯、路灯、室内照明、背景屏等场合。随着贴片式LED的大量应用，各生产企业都在开发贴片式LED日光灯，因此用于LED灯管贴装的贴片机大量涌现。

贴片机是一种用来实现高速、高精度地贴放元器件的设备，能够通过移动贴装头把表面贴装元件准确地放置在PCB焊盘上。运动控制系统作为研发贴片机的关键环节，系统的控制点多，控制内容复杂。而我国的LED贴片机的贴装速度和控制精度仍有待提高，主要体现在控制系统的软件和硬件方面。软件方面，贴片机对贴装的实时性有较高的要求，而我们对系统集成度的设计不高，会导致干扰的增加，从而影响贴装速度和控制精度；硬件方面，我国在贴片机生产的工艺上，水平还比较落后，对其运动控制不能达到贴片系统的要求，导致贴装精度的下降。

发明内容

本发明的目的是针对系统集成度设计不高、贴装速度和精度较差的问题，提出一种基于模块化设计方法的LED贴片机的控制系统。

本发明的技术方案是：

一种LED贴片机的控制系统，运用模块化设计方法，它包括传感器模块、主控制器模块、DSP运动控制模块、伺服电机控制模块，所述的传感器模块作为控制系统的信号采集端与贴片机伺服电机的输出轴相连，传感器模块的信号输出端通过DSP运动控制模块与主控制器的状态信号输入端相连，主控制器的控制信号输出端通过DSP运动控制模块与伺服电机控制模块的控制信号输入端相连，通过伺服电机控制模块驱动贴片机伺服电机的运转。

本发明的控制系统还包括与主控制器相连的步进电机控制模块、气动单元驱动模块、人机交互模块、USB/SD卡接口和外扩存储器。

本发明的传感器模块的信号输出端与DSP运动控制模块之间串接光电耦合隔离电路和RC滤波器。

本发明的控制系统还包括光电开关，所述的光电开关的输出端分别与主控制器模块和DSP运动控制模块的对应控制信号输入端相连。

本发明的主控制器模块和DSP运动控制模块之间通过中断控制模块实现系统的协调工作。

本发明的步进电机控制模块包括从控制器、数字变压器和步进电机驱动芯片，所述的从控制器与主控制器双向连接，从控制器的控制信号输出通过数字变压器和步进电机驱动芯片后驱动贴片机步进电机的运转。

本发明的伺服电机控制模块的期望轨迹信号使用示教方式获得，示教方式的设置使用二级阵列设置方法。

本发明的有益效果是：

本发明的设计方法降低了系统存在的干扰，提高了系统的运行效率，从而增强贴片机运动控制系统的控制精度和贴装速度。

 

附图说明

图1是LED贴片机运动控制系统的原理框图。

图2是示教流程二级阵列设置示意图。

图3是步进电机控制模块原理框图。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，给出了LED贴片机运动控制系统结构框图，包括STM32主控制器1、基于DSP内核的运动控制模块2、伺服电机控制模块3、步进电机控制模块4、气动单元驱动模块5、人机交互模块6、USB/SD卡接口7、外扩存储器11等。气动单元驱动模块5由两路气动回路组成，通过电磁阀控制真空泵切换以选择不同的料架。USB/SD卡接口7用于系统扩展升级功能，在不改变系统硬件仅更新系统软件的情况下，使用外部编程软件将新型的贴装板及贴装信息自动转换成标准贴装文件格式。永磁交流同步伺服电机的位置信号和速度信号由增量式编码器8获得，增量编码器输出三组方波脉冲A、B和Z相，A、B两组脉冲相位差90°，根据这两相信号可以方便的判断出旋转方向，而Z相为电机每转一圈产生一个脉冲，用于基准点定位。编码器的三相输出经过光电耦合与外部信号隔离以避免干扰。由编码器得到的伺服电机位置和速度信号送入基于DSP内核的运动控制模块2中，经过运动控制算法处理后驱动电机以实现高速高精度运动。中断控制9根据事先设定的事件优先级顺序来管理并实时处理多任务控制系统，多任务事件包括基于DSP内核的运动控制模块的中断请求、按键响应、液晶屏显示、各个光电开关信号、急停按钮等。光电开关10设置了两种开关控制方式即原点控制和限位控制，原点控制是结合增量式编码器8的Z相与光电开关共同判断并设定伺服电机的初始位置，限位控制是给各轴伺服驱动一个极限位置保护，防止电机碰撞，避免电机损坏。主控制器STM32和从控制器DSP、θ轴控制器之间的信号进行隔离以避免相互扰动。外扩存储器模块使用128*8 bit的NAND Flash存储器K9F1G08U0B，人机交互模块由液晶显示和行列键盘构成，液晶显示和主控制器之间通过I2C总线通讯进行通信，键盘扫描模块使用键盘扫描管理芯片ZLG7290B。

图2给出了示教参数二级阵列设置方法。假设LED灯板内的贴装件分布如图2所示，令LED灯板为二级阵列23，根据贴装头的可达工作区域及LED灯板贴装件的排列来设置一级阵列（即15-19）。在贴装前保存整板所需贴装的总元件数，并测量出两贴装件间的距离，以一级阵列15的首板初始标志点20作为原点。贴装过程以计数方式进行，以应对当一级阵列的划分不能取整的情况（如图3所示，在划分一级阵列后灯板在一级阵列19的标志点22后面仍剩余两列需要贴装元件，这两列不能单独构造一个一级阵列）。当料架和吸嘴号设置完成并保存后，坐标切换至贴片机的P轴进板并定位于一级阵列15的首板初始标志点20，定位完成后坐标再切换至贴装头XY轴坐标进行贴装，当贴装到标志点21时，表示一级阵列15贴装件已经贴完，记录贴装元件数并切换至P轴进板进入一级阵列16，依次类推。当图3所示的5个一级阵列贴装完成以后，剩余的贴装元件数根据一级阵列相同的坐标间隔以计数方式进行贴装直至计数器计数为零，完成贴装。

图3给出了单个贴装头的旋转轴θ轴的步进电机控制模式结构图。贴片机的贴装头θ轴使用步进电机控制模式4，步进电机的控制驱动使用从控制器与步进电机驱动芯片DRV882126组成，鉴于步进电机的驱动使用24V高电压，为了消除步进电机驱动芯片DRV882126与从控制器之间的干扰，使用数字变压器ADUM141025进行电气隔离。从控制器STM32F103RE24使用全双工通用同步/异步串行收发模式与主控制器STM32F103ZE进行连接。DRV8821有两个独立的步进电机驱动芯片，每个驱动电路有两路电流型PWM控制的H桥，通过对DRV8821的引脚简单配置可使步进电机工作于全步方式、半步方式、1/4步方式、1/8步方式、缓慢衰减工作模式或混合衰减工作模式。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种LED贴片机的控制系统，其特征是运用模块化设计方法，它包括传感器模块、主控制器模块（1）、DSP运动控制模块（2）、伺服电机控制模块（3），所述的传感器模块作为控制系统的信号采集端与贴片机伺服电机的输出轴相连，传感器模块的输出信号通过DSP运动控制模块（2）运算处理后与主控制器模块（1）相连，主控制器模块（1）的控制信号通过DSP运动控制模块（2）与伺服电机控制模块（3）的驱动电路相连，从而控制贴片机伺服电机的运转。

2.根据权利要求1所述的LED贴片机的控制系统，其特征是所述的传感器模块为增量式编码器（8）。

3.根据权利要求1所述的LED贴片机的控制系统，其特征是控制系统还包括与主控制器模块（1）相连的步进电机控制模块（4）、气动单元驱动模块（5）、人机交互模块（6）、USB/SD卡接口模块（7）和外扩存储器模块（11）。

4.根据权利要求1所述的LED贴片机的控制系统，其特征是所述的传感器模块的信号输出端与DSP运动控制模块（2）之间串接光电耦合隔离电路和RC滤波器。

5.根据权利要求1所述的LED贴片机的控制系统，其特征是所述的控制系统还包括光电开关（10），所述的光电开关（10）的输出端分别与主控制器模块（1）和DSP运动控制模块（2）的对应控制信号输入端相连。

6.根据权利要求1所述的LED贴片机的控制系统，其特征是所述的主控制器模块（1）和DSP运动控制模块（2）之间通过中断控制模块（9）实现系统的协调工作。

7.根据权利要求3所述的LED贴片机的控制系统，其特征是所述的步进电机控制模块（4）包括从控制器（24）、数字变压器（25）和步进电机驱动芯片（26），所述的从控制器（24）与主控制器（1）双向连接，从控制器（24）的控制信号输出通过数字变压器（25）和步进电机驱动芯片（26）后驱动贴片机步进电机的运转。

8.根据权利要求1所述的LED贴片机的控制系统，其特征是伺服电机控制模块（3）的期望轨迹信号使用示教方式获得，示教方式的设置使用二级阵列设置方法。

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