CN103522742A - 一种工作台伺服定位控制系统及定位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工作台伺服定位控制技术领域，涉及一种工作台伺服定位控制系统及方法，该系统包括导轨装置、伺服电机以及在所述伺服电机控制下沿所述导轨装置移动的工作台装置，所述导轨装置上左、右两侧分别设有一定位块装置，所述定位块装置上设有吸盘式电磁铁装置，所述工作台装置上设有与所述吸盘式电磁铁装置配合的吸附块，所述导轨装置上一侧靠近左侧的定位块装置处设有一用于所述工作台装置回零初始化的零位开关;所述伺服电机通过电机驱动器与运动控制卡连接，所述运动控制卡连接工控机并与所述零位开关、吸盘式电磁铁装置相连接。本发明定位控制系统具有控制精度高，控制方法简单，成本低，工作效率高，适用范围广等优点。
Description
技术领域
本发明属于工作台伺服定位控制技术领域，具体涉及一种工作台伺服定位控制系统及所述工作台伺服定位控制系统的定位控制方法。
背景技术
印刷过程是LTCC（低温共烧陶瓷）生产工艺流程中的重要环节之一，近几年随着LTCC技术在电子、通讯、航空航天、导弹、汽车、计算机和医疗等领域的广泛应用，精密印刷设备在国内也得到了大力发展。工作台重复定位精度是印刷设备设计和使用过程中的重要基础，它不仅是印刷质量的根本保证，而且对产品的合格率起决定性作用。现代印刷技术不仅对产品的生产效率和印刷精度上提出了高效、稳定、精准的控制要求，同样也对印刷设备的本身的控制精度和研发成本提出了更高的要求。
目前，国内大多数印刷设备上常用的工作台定位方式主要可以分以下两种，首先是PLC或工控机通过变频器来控制交流电机带动传输带定位工作台的方式，这种方式主要靠机械限位来使电机停止从而达到工作台定位的目的。这种方式的缺点是电机的速度主要靠检测慢速信号改变变频器的电压来调节，因此不能实时准确的改变工作台的运行速度。虽然设备是通过硬限位来保证工作台的定位精度，但由于电机一直处于得电压的转矩状态下，所以不能保证工作台完全静止，总会存在一定程度的波动存在。况且由于工作台每次的撞击硬限位的相对力度较大，随着时间的推移，硬限位也会受到一定的损伤，从而影响设备本身的定位精度。因此，这种方式一般应用在精度要求相对较低的印刷设备中。再一种就是工控机通过运动控制卡来控制伺服电机带动精密滚珠丝杠或直线电机定位工作台的方式，并且通过光栅尺的反馈形成闭环回路。这种方式的优点是控制精度高且易于改变驱动速度，由于直线电机、光栅尺和精密丝杠的价格普遍较高，以及一些较好的带模拟量闭环控制的运动控制卡的价格也不菲，从而造成了这种控制方式的设备成本相对较高。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种经济实用且高精度的可用于LTCC精密丝网自动对准印刷设备的工作台伺服定位控制系统以及方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种工作台伺服定位控制系统，包括导轨装置、伺服电机以及在所述伺服电机控制下沿所述导轨装置移动的工作台装置，所述导轨装置上左、右两侧分别设有一定位块装置，所述定位块装置上设有吸盘式电磁铁装置，所述工作台装置上设有与所述吸盘式电磁铁装置配合的吸附块，所述导轨装置上一侧靠近左侧的定位块装置处设有一用于所述工作台装置回零初始化的零位开关;所述伺服电机通过电机驱动器与运动控制卡连接，所述运动控制卡连接工控机并与所述零位开关、吸盘式电磁铁装置相连接。
所述零位开关安装于使所述工作台装置与所述左侧的定位块装置距离2mm处。
所述工控机通过PCI总线与所述运动控制卡连接。
所述吸盘式电磁铁装置与所述吸附块的平面平行。
一种所述工作台伺服定位控制系统的定位控制方法，包括以下步骤：
设置所述伺服电机在位置模式下需要执行的脉冲量；
所述工控机通过所述运动控制卡将控制指令发送至所述电机驱动器；
所述伺服电机根据所述控制指令在位置模式下移到至所述零位开关的指定位置，然后所述伺服电机的控制模式自位置模式切换到转矩模式，同时打开所述吸盘式电磁铁装置吸住所述工作台装置。
所述伺服电机移动到至所述零位开关的指定位置的方法如下：
如果所述工作台装置在所述指定位置，则所述伺服电机在位置模式下先脱离所述指定位置后，再向所述指定位置方向移动；如果所述工作台装置不在所述指定位置，则所述伺服电机在位置模式下直接向所述指定位置方向移动。
所述伺服电机初始工作于位置开环，所述工控机通过发脉冲量控制指令而使所述伺服电机工作在位置模式下。
本发明通过采用运动控制卡控制伺服电机带动皮带装置实现工作台装置定位，并在工作台装置两端安装定位块装置确保工作台装置位置的准确性，同时在两定位块装置上分别安装两吸盘式电磁铁装置保证重复定位的一致性，解决了现有印刷设备工作台准确定位的问题，降低了设备的制造成本，且这种定位系统及方法可广泛应用于需要高精度定位的设备中，具有普遍适用性。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的工作台伺服定位控制系统的机械结构示意图；
图2所示为本发明实施例提供的工作台伺服定位控制系统的工作原理示意图；
图3所示为本发明实施例提供的工作台伺服定位控制系统的定位控制方法的流程图。
具体实施方式
下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。
参见图1~2所示，一种工作台伺服定位控制系统，包括导轨装置106、伺服电机101以及工作台装置105，所述工作台装置105与所述伺服电机101通过皮带装置102相连接，在所述伺服电机101控制下，所述工作台装置105可沿所述导轨装置106移动，所述导轨装置上106左、右两侧分别设有一定位块装置103，所述定位块装置103上分别设有吸盘式电磁铁装置104，所述工作台装置105上设有与所述吸盘式电磁铁装置104配合的吸附块，所述导轨装置106上一侧靠近左侧的定位块装置104处，设有一用于所述工作台装置105回零初始化的零位开关107;参见图2所示，所述伺服电机101通过电机驱动器与运动控制卡连接，所述运动控制卡连接工控机并与所述零位开关107、吸盘式电磁铁装置104相连接。
所述电机驱动器直接与所述运动控制卡进行通讯，所述运动控制卡的输出IO点通过继电器控制所述吸盘式电磁铁装置104的吸合，所述定位块装置103采用机械硬限位定位，所述伺服电机101自带编码器用于电机脉冲量输出，所述原点开关107作为所述伺服电机101初始位参考，以确定所述工作台装置105的初始位置。
进一步的，所述零位开关107安装于使所述工作台装置105与所述左侧的定位块装置104距离2mm处。
进一步的，所述工控机通过PCI总线与所述运动控制卡连接。
进一步的，所述吸盘式电磁铁装置与所述吸附块的平面平行。
本发明实施例中，所述运行控制卡采用DMC2610运动控制卡。
本发明的目的还在于提供一种所述工作台伺服定位控制系统的定位控制方法，参见图3所示，所述工作台伺服定位控制系统的定位控制方法，具体包括以下步骤：
S101:设置所述伺服电机在位置模式下需要执行的脉冲量；
S102:所述工控机通过所述运动控制卡将控制指令发送至所述电机驱动器；
S103:所述伺服电机根据所述控制指令在位置模式下移到至所述零位开关的指定位置，然后所述伺服电机的控制模式自位置模式切换到转矩模式，同时打开所述吸盘式电磁铁装置吸住所述工作台装置。
通过以上方法伺服定位控制后，所述工作台装置初始化完成。
本发明实施例中，所述伺服电机初始工作于位置开环，通过所述工控机发脉冲量控制指令的方式使所述伺服电机处于位置模式控制下。
需要说明的是，本发明实施例中，所述吸盘式电磁铁装置吸住所述工作台装置后，此时，伺服电机工作于转矩输出模式，所述电机驱动器并没有来自外部输入的模拟量电压，也就是伺服电机本身没有力矩输出。
本发明方法通过切换电机驱动器内部的电机输出控制方式控制工作台装置定位时，首先让伺服电机在位置控制模式下运行一段距离，使伺服电机在接近另一端定位块装置103（硬限位）时切换到转矩控制模式下，同时打开电磁铁将工作台吸住。之所以要切换伺服电机的控制模式，是因为伺服电机在转矩模式下，伺服电机仅受电机驱动器内部的电流环控制运算量最小，此时的所受的电机阻力也最小，易于电磁铁吸附，采用电磁铁的结构不仅减小了机械硬限位损伤，保证了定位精度，还能抵消电机停止瞬间给工作台带来的微小震动，进一步保证了伺服电机处于高度力平衡状态。
本发明实施例中，所述伺服电机移动到至所述零位开关的指定位置的方法如下：
如果所述工作台装置在所述指定位置，则所述伺服电机在位置模式下先脱离所述指定位置后，再向所述指定位置方向移动；如果所述工作台装置不在所述指定位置，则所述伺服电机在位置模式下直接向所述指定位置方向移动。
本发明实施例中，所述伺服电机从初始位置至指定位置是在位置模式下实现，而所述吸盘式电磁铁装置的吸合过程是在转矩模式下实现，主要是为了减小所述工作台装置的运动阻力。
本发明与传统定位控制系统及方法相比，具有如下优点和积极效果：
1、 本定位控制方法采用位置控制模式辅助转矩模式的输出控制，实现过程简单可靠，稳定性好。2、 由于采用了电磁铁吸附的方法，抵消了电机停止瞬间给工作台带来的微小震动，并使工作台达到正负2微米的重复定位精度，满足了设备高精度定位的要求。3、 本定位控制系统使用DMC2610运动控制卡以及普通伺服电机加电磁铁的控制方式，降低了设备的研制成本，且可适应范围广。
总之，本发明定位控制系统及方法，与现有几种定位方法相比，具有控制精度高，控制方法简单，研制成本低，工作效率高，适用范围广等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种工作台伺服定位控制系统，其特征在于，包括导轨装置、伺服电机以及在所述伺服电机控制下沿所述导轨装置移动的工作台装置，所述导轨装置上左、右两侧分别设有一定位块装置，所述定位块装置上设有吸盘式电磁铁装置，所述工作台装置上设有与所述吸盘式电磁铁装置配合的吸附块，所述导轨装置上一侧靠近左侧的定位块装置处设有一用于所述工作台装置回零初始化的零位开关;所述伺服电机通过电机驱动器与运动控制卡连接，所述运动控制卡连接工控机并与所述零位开关、吸盘式电磁铁装置相连接。
2.根据权利要求1所述工作台伺服定位控制系统，其特征在于，所述零位开关安装于使所述工作台装置与所述左侧的定位块装置距离2mm处。
3.根据权利要求2所述工作台伺服定位控制系统，其特征在于，所述工控机通过PCI总线与所述运动控制卡连接。
4.根据权利要求3所述工作台伺服定位控制系统，其特征在于，所述吸盘式电磁铁装置与所述吸附块的平面平行。
5.一种权利要求1-4任一项所述工作台伺服定位控制系统的定位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置所述伺服电机在位置模式下需要执行的脉冲量；
所述工控机通过所述运动控制卡将控制指令发送至所述电机驱动器；
所述伺服电机根据所述控制指令在位置模式下移到至所述零位开关的指定位置，然后所述伺服电机的控制模式自位置模式切换到转矩模式，同时打开所述吸盘式电磁铁装置吸住所述工作台装置。
6.根据权利要求5所述工作台伺服定位控制系统的定位控制方法，其特征在于，所述伺服电机移动到至所述零位开关的指定位置的方法如下：
如果所述工作台装置在所述指定位置，则所述伺服电机在位置模式下先脱离所述指定位置后，再向所述指定位置方向移动；如果所述工作台装置不在所述指定位置，则所述伺服电机在位置模式下直接向所述指定位置方向移动。
7.根据权利要求5所述工作台伺服定位控制系统的定位控制方法，其特征在于，所述伺服电机初始工作于位置开环，所述工控机通过发脉冲量控制指令而使所述伺服电机工作在位置模式下。
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