CN108241317B - 一种贴片机8轴运动控制系统 - Google Patents

一种贴片机8轴运动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种贴片机8轴运动控制系统，包括一块PCB板、以及集成在所述PCB板上的ARM主控核心模块、CAN通讯接口、零点输入信号接口、输入信号监测模块、极限位信号监测接口、伺服电机信号控制接口、光源触发信号控制模块、相机触发信号控制模块、电源模块；所述ARM主控核心模块分别与CAN通讯接口、零点输入信号接口、极限位信号监测接口、伺服电机信号控制接口、电机报警信号控制接口、光源触发信号控制模块、相机触发信号控制模块及电源模块相线路连接。本贴片机8轴运动控制系统简化了通用型控制板卡的电路，避免了在多轴贴片机制造领域的功能浪费，节省了成本，同时使得多轴贴片机控制电路变得简洁易于维护。

Description

一种贴片机8轴运动控制系统
技术领域
本发明属于贴片机控制技术领域，尤其是涉及一种贴片机8轴运动控制系统。
背景技术
运控系统在工业机器人、医疗设备、数控机床及3D打印机等领域运用非常广泛。当前市场的运控卡主要针对于多轴同步或插补控制，以及针对机器人开发的运控卡，将其运用到贴片机领域存再功能浪费或功能缺失的不足，且运控卡不易于扩展，无法满足多数情况下的定制化需求。
目前国内在贴片机设备相对于国外还存在很大的差距，当前大多数国内的贴片机研发企业大多还停留在上层系统研发阶段，针对贴片机的底层控制与驱动系统定制化开发，成为企业需要解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述，本发明要解决的技术问题为：针对目前市场中的多轴贴片机采用通用型运动控制系统的不足，实现一种运行稳定、精度高且性价比较高的贴片机8轴运动控制系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种贴片机8轴运动控制系统，包括一块PCB板、以及集成在所述PCB板上的ARM主控核心模块、CAN通讯接口、零点输入信号接口、输入信号监测模块、极限位信号监测接口、伺服电机信号控制接口、电机报警信号控制接口、光源触发信号控制模块、相机触发信号控制模块、电源模块；
所述ARM主控核心模块包括设置在PCB板上的主控核心板接口、以及插接在主控核心板接口上的主控ARM处理器，所述电源模块包括电源保护电路和电源接口；
所述ARM主控核心模块分别与CAN通讯接口、零点输入信号接口、极限位信号监测接口、伺服电机信号控制接口、电机报警信号控制接口、光源触发信号控制模块、相机触发信号控制模块及电源模块相线路连接，
所述输入信号监测模块作为ARM主控核心模块的扩展模块，所述输入信号监测模块线路连接于CAN通讯接口及电源模块相连接，
所述CAN通讯接口通过CAN通讯总线连接于工业电脑，所述伺服电机信号控制接口线路连接于外部的伺服电机驱动器及伺服电机编码器，所述伺服电机驱动器及伺服电机编码器均设置在伺服电机上，所述伺服电机驱动器控制伺服电机运行，每个伺服电机控制每根贴片轴工作，所述伺服电机编码器的信号通过伺服电机信号控制接口线路将贴片轴的伺服电机位置信号反馈给ARM主控核心模块，
所述极限位信号监测接口线路连接于外部的光电传感器，通过光电传感器将贴片轴的极限位置信号反馈给ARM主控核心模块，所述零点输入信号接口线路连接于外部的零点传感器，检测贴片轴的零点出入状态，
所述电机报警信号控制接口线路连接于外部的伺服电机驱动器上，通过电机报警信号控制接口线路将伺服电机的报警信号反馈给ARM主控核心模块，所述电源接口线路连接于外部的电源，通过电源为PCB板提供工作电源。
进一步的，所述ARM主控核心模块设置4个主控ARM处理器，每个主控ARM处理器设置两片主控ARM处理器芯片，每片主控ARM处理器芯片通过CAN通讯接口线路外接一个CAN收发器，每片主控ARM处理器芯片线路连接于一个伺服电机信号控制接口，因而每片主控ARM处理器芯片控制一根贴片轴。
进一步的，所述主控ARM处理器芯片采用Cortex M系列高频多资源处理器。
进一步的，所述ARM主控核心模块通过脉冲加方向电路处理的方式控制控制伺服电机的加减速工作，提高可传输脉冲频率和传输距离，并且稳定性更好、抗干扰能力更强。
进一步的，所述输入信号监测模块包括32路输入信号监测接口、32路传感器信号光电耦合器、以及1个设置于32路传感器信号光电耦合器区域内的监测ARM处理器，所述监测ARM处理器设置一个监测ARM处理器芯片，所述监测ARM处理器芯片通过CAN通讯接口线路外接一个CAN收发器，利用光电耦合器对传感器的信号输入部分与ARM处理器电平检测引脚之间进行隔离，所述输入信号接口线路连接于外部设备安全报警器及按钮，用以检测设备外部安全状态，以及按钮输入状态。
进一步的，所述监测ARM处理器芯片采用Cortex M系列普通处理器。
进一步的，所述主控ARM处理器芯片及监测ARM处理器芯片线路连接的CAN收发器对CAN通讯接口接收的指令进行过滤、校验、提取，所述指令的类型分为电机运动控制指令、电机状态监测指令、相机与光源触发信号设置指令、输入信号检查指令、速度等级设置指令、编码器位置获取（监测）指令。
进一步的，所述CAN通讯接口接收的指令中的输入信号检查指令在ARM主控核心模块会被过滤掉，只有输入信号监测模块才能接收这种类型的指令。
进一步的，所述相机触发信号控制模块包括相机触发信号控制接口、光电耦合器及达林顿驱动管，所述相机触发信号控制接口线路连接于外部的工业相机，通过工业相机将贴片轴的位置及状态图像信号反馈给ARM主控核心模块。
进一步的，所述光源触发信号控制模块包括光源触发信号控制接口、光电耦合器及达林顿驱动管，光源触发信号控制接口线路连接于外部的光源控制器，通过光源控制器控制外接光源，为工业相机提供光线，配合工业相机拍照。
本发明提供一种贴片机8轴运动控制系统，具有如下有益效果：
（1）简化了通用型控制板卡的电路，避免了在多轴贴片机制造领域的功能浪费，节省了成本，同时使得多轴贴片机控制电路变得简洁易于维护。
（2）采用脉冲加方向电路处理方式控制伺服电机加减速运动，提高可传输脉冲频率和传输距离，并且稳定性更好、抗干扰能力更强，同时通过极限位信号监测接口及电机报警信号控制接口对伺服电机进行实时监测，避免出现安全隐患。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明贴片机8轴运动控制系统模块图；
图2为本发明贴片机8轴运动控制系统PCB板布局图。
图中：101-ARM主控核心模块，102-伺服电机信号控制接口，103-光源触发信号控制模块，104-相机触发信号控制模块，105-电源接口，106-电源保护电路，107- CAN通讯接口，108-32路输入信号监测接口，109-32路传感器信号光电耦合器及监测ARM处理器，110-极限位信号监测接口，111-电机报警信号控制接口，112-零点输入信号接口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1及图2，本发明一较佳实施例所述的一种贴片机8轴运动控制系统，包括一块PCB板、以及集成在所述PCB板上的ARM主控核心模块101、CAN通讯接口107、零点输入信号接口112、输入信号监测模块、极限位信号监测接口110、伺服电机信号控制接口102、电机报警信号控制接口111、光源触发信号控制模块103、相机触发信号控制模块104、电源模块；
所述ARM主控核心模块101包括设置在PCB板上的上的主控核心板接口、以及插接在主控核心板接口上的主控ARM处理器，所述电源模块包括电源保护电路106和电源接口105；
所述ARM主控核心模块101分别与CAN通讯接口107、零点输入信号接口112、极限位信号监测接口110、伺服电机信号控制接口102、电机报警信号控制接口111、光源触发信号控制模块103、相机触发信号控制模块104及电源模块相线路连接，
所述输入信号监测模块作为ARM主控核心模块101的扩展模块，所述输入信号监测模块线路连接于CAN通讯接口107及电源模块相连接，
所述CAN通讯接口107通过CAN通讯总线连接于工业电脑，所述伺服电机信号控制接口102线路连接于外部的伺服电机驱动器及伺服电机编码器，所述伺服电机驱动器及伺服电机编码器均设置在伺服电机上，所述伺服电机驱动器控制伺服电机运行，每个伺服电机控制每根贴片轴工作，所述伺服电机编码器的信号通过伺服电机信号控制接口102线路将贴片轴的伺服电机位置信号反馈给ARM主控核心模块101，
所述极限位信号监测接口110线路连接于外部的光电传感器，通过光电传感器将贴片轴的极限位置信号反馈给ARM主控核心模块101，
所述电机报警信号控制接口111线路连接于外部的伺服电机驱动器上，通过电机报警信号控制接口111线路将伺服电机的报警信号反馈给ARM主控核心模块101，所述电源接口105线路连接于外部的电源，通过电源为PCB板提供工作电源。
在本实施例中，所述ARM主控核心模块101设置4个主控ARM处理器，每个主控ARM处理器设置两片主控ARM处理器芯片，每片主控ARM处理器芯片通过CAN通讯接口107线路外接一个CAN收发器，每片主控ARM处理器芯片线路连接于一个伺服电机信号控制接口102，因而每片主控ARM处理器芯片控制一根贴片轴。
在本实施例中，所述主控ARM处理器芯片采用Cortex M系列高频多资源处理器。
在本实施例中，所述ARM主控核心模块101通过脉冲加方向电路处理的方式控制控制伺服电机的加减速工作，提高可传输脉冲频率和传输距离，并且稳定性更好、抗干扰能力更强。
在本实施例中，所述输入信号监测模块包括32路输入信号监测接口108、32路传感器信号光电耦合器及监测ARM处理器109，所述监测ARM处理器设置于32路传感器信号光电耦合器区域内，所述监测ARM处理器设置一个监测ARM处理器芯片，所述监测ARM处理器芯片通过CAN通讯接口107线路外接一个CAN收发器，所述输入信号接口线路连接于外部设备安全报警器及按钮，用以检测设备外部安全状态，以及按钮输入状态。
在本实施例中，所述监测ARM处理器芯片采用Cortex M系列普通处理器。
在本实施例中，所述主控ARM处理器芯片及监测ARM处理器芯片线路连接的CAN收发器对CAN通讯接口107接收的指令进行过滤、校验、提取，所述指令的类型分为电机运动控制指令、电机状态监测指令、相机与光源触发信号设置指令、输入信号检查指令、速度等级设置指令、编码器位置获取（监测）指令。
在本实施例中，所述CAN通讯接口107接收的指令中的输入信号检查指令在ARM主控核心模块101会被过滤掉，只有输入信号监测模块才能接收这种类型的指令。
在本实施例中，所述相机触发信号控制模块104包括相机触发信号控制接口、光电耦合器及达林顿驱动管，所述相机触发信号控制接口线路连接于外部的工业相机，通过工业相机将贴片轴的位置及状态图像信号反馈给ARM主控核心模块101。
在本实施例中，所述光源触发信号控制模块103包括光源触发信号控制接口、光电耦合器及达林顿驱动管，光源触发信号控制接口线路连接于外部的光源控制器，通过光源控制器控制外接光源，为工业相机提供光线，配合工业相机拍照。
在本实施例中，所述编码器输入差分信号解码模块采用德州仪器的AM26C32C四路差分信号接收器，接收伺服电机的编码器信号，实现板卡对伺服系统的位置与速度闭环控制保证精度与响应时间。
在本实施例中，为了保证系统的实时性能所述ARM处理器芯片采用ST公司STM32F415处理器，用以分别处理每个轴的运动曲线控制。
在本实施例中，本PCB板与上位通信方式采用CAN通讯总线通信方式，在STM32F415的收发端采用恩智浦TJA1051T完成CAN总线与STM32F415之间的电平转换；CAN通讯接口107采用致远电子PCI-98XX系列通用CAN卡，兼容PCI 2.2规范的，带有1~4路CAN通讯接口107的高性能CAN接口卡。
上位机下发的指令通过CAN通讯接口107传输至本贴片机8轴运动控制系统中4个ARM主控核心模块101和1个输入信号监测模块，其中4个ARM主控核心模块101有8个主控ARM处理器芯片，每一个主控ARM处理器芯片对应8个轴的每一个轴，这5个模块经过主控ARM处理器芯片连接的CAN收发器对指令进行过滤、校验、提取，最后完成相关贴片操作。
当相应轴的主控ARM处理器芯片接受到伺服电机运动控制指令时，主控ARM处理器芯片将会通过接收到的数据（电机运动距离、速度等级等数据）控制伺服电机电路接口，来完成伺服电机的加减速运动控制。
当相应贴片轴接收到电机状态监测指令时，主控ARM处理器芯片会通过接收到的数据（需要监测电机索引号）来控制伺服电机电路接口返回相应索引轴的电机运行状态。
当接收到相机与光源触发信号设置指令时，主控ARM处理器芯片会通过接收到的数据（光源与相机触发信号发生的位置，光源触发信号持续时间，相机触发信号持续时间等数据）控制光源与相机触发输出信号控制模块，完成光源与相机的触发信号输出。
当输入信号监测模块接收到输入信号检查指令时，监测ARM处理器会通过接收到的数据（需要检查的输入信号索引）直接返回相应索引输入信号的状态。
当相应轴的主控ARM处理器芯片接收到编码器位置获取（监测）指令时，主控ARM处理器芯片将会通过接收到的数据（需要获取的编码器电机索引），控制伺服电机编码器接口模块返回相应索引的编码器位置信息。
所述伺服电机信号控制接口线路连接于外部的伺服电机编码器包括编码器输入差分信号解码模块、ARM主控核心模块101编码器接口部分。在编码器输入差分信号解码模块采用德州仪器公司的AM26C32差分信号转换芯片，将伺服电机编码器的A+/A-、B+/B-、C+/C-三路差分信号进行转换为A,B,C三路信号，这三路信号的电平范围可以ARM主控核心模块101处理器处理。ARM主控核心模块101通过其编码器接口部分对A,B,C三路转换后的信号进行检测与计数。提供给伺服电机控制模块进行位置闭环控制。

Claims (9)

1.一种贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：包括一块PCB板、以及集成在所述PCB板上的ARM主控核心模块、CAN通讯接口、零点输入信号接口、输入信号监测模块、极限位信号监测接口、伺服电机信号控制接口、电机报警信号控制接口、光源触发信号控制模块、相机触发信号控制模块、电源模块；
所述ARM主控核心模块包括设置在PCB板上的主控核心板接口、以及插接在主控核心板接口上的主控ARM处理器，所述电源模块包括电源保护电路和电源接口，
所述ARM主控核心模块分别与CAN通讯接口、零点输入信号接口、极限位信号监测接口、伺服电机信号控制接口、电机报警信号控制接口、光源触发信号控制模块、相机触发信号控制模块及电源模块相线路连接，
所述输入信号监测模块作为ARM主控核心模块的扩展模块，所述输入信号监测模块线路与CAN通讯接口及电源模块相连接，
所述CAN通讯接口通过CAN通讯总线连接于工业电脑，所述伺服电机信号控制接口线路连接于外部的伺服电机驱动器及伺服电机编码器，所述伺服电机驱动器及伺服电机编码器均设置在伺服电机上，所述伺服电机驱动器控制伺服电机运行，每个伺服电机控制每根贴片轴工作，所述伺服电机编码器的信号通过伺服电机信号控制接口线路将贴片轴的伺服电机位置信号反馈给ARM主控核心模块，
所述极限位信号监测接口线路连接于外部的光电传感器，通过光电传感器将贴片轴的极限位置信号反馈给ARM主控核心模块，所述零点输入信号接口线路连接于外部的零点传感器，
所述电机报警信号控制接口线路连接于外部的伺服电机驱动器上，通过电机报警信号控制接口线路将伺服电机的报警信号反馈给ARM主控核心模块，所述电源接口线路连接于外部的电源，通过电源为PCB板提供工作电源；
所述ARM主控核心模块通过脉冲加方向电路处理的方式控制控制伺服电机的加减速工作。
2.根据权利要求1所述的贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：所述ARM主控核心模块设置4个主控ARM处理器，每个主控ARM处理器设置两片主控ARM处理器芯片，每片主控ARM处理器芯片通过CAN通讯接口线路外接一个CAN收发器，每片主控ARM处理器芯片线路连接于一个伺服电机信号控制接口。
3.根据权利要求2所述的贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：所述主控ARM处理器芯片采用Cortex M系列高频多资源处理器。
4.根据权利要求1所述的贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：所述输入信号监测模块包括32路输入信号监测接口、32路传感器信号光电耦合器、以及1个设置于32路传感器信号光电耦合器区域内的监测ARM处理器，所述监测ARM处理器设置一个监测ARM处理器芯片，所述监测ARM处理器芯片通过CAN通讯接口线路外接一个CAN收发器，所述输入信号接口线路连接于外部设备安全报警器及按钮。
5.根据权利要求1所述的贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：所述监测ARM处理器芯片采用Cortex M系列普通处理器。
6.根据权利要求1所述的贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：所述主控ARM处理器芯片及监测ARM处理器芯片线路连接的CAN收发器对CAN通讯接口接收的指令进行过滤、校验、提取，所述指令的类型分为电机运动控制指令、电机状态监测指令、相机与光源触发信号设置指令、输入信号检查指令、速度等级设置指令、编码器位置获取监测指令。
7.根据权利要求1所述的贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：所述CAN通讯接口接收的指令中的输入信号检查指令在ARM主控核心模块会被过滤掉，只有输入信号监测模块才能接收这种类型的指令。
8.根据权利要求1所述的贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：所述相机触发信号控制模块包括相机触发信号控制接口、光电耦合器及达林顿驱动管，所述相机触发信号控制接口线路连接于外部的工业相机，通过工业相机将贴片轴的位置及状态图像信号反馈给ARM主控核心模块。
9.根据权利要求1所述的贴片机8轴运动控制系统，其特征在于：所述光源触发信号控制模块包括光源触发信号控制接口、光电耦合器及达林顿驱动管，光源触发信号控制接口线路连接于外部的光源控制器。
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