CN110444495B - 一种基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统 - Google Patents

一种基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统 Download PDF

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Abstract

一种基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统，包括工控机主机，工控机主机包括运动控制系统，所述运动控制系统包括运动控制卡、网口扩展卡、RS232扩展卡、USB接口和VGA接口；所诉运控控制卡连接Ethercat控制网络，所述网口扩展卡连接视觉系统，所述RS232扩展卡与光源自动调节系统和镜头自动调节系统连接，USB接口与力值反馈系统和自动测高系统连接，所述VGA接口与电脑显示器连接。通过采用工控机搭配EtherCAT运动控制卡的方式，运动控制卡作为主站控制作为从站的伺服电机系统以及步进电机系统，为实现运动轴闭环反馈控制，运动轴安装光栅尺和读数头构成编码器系统，与运动轴对应驱动器的编码器输入端相连。

Description

一种基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统
技术领域
本发明涉及半导体制造控制系统技术领域，尤其是一种基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统。
背景技术
目前，运动控制系统主要使用脉冲型运动控制卡以及PLC控制模块，此种控制系统接线复杂，给生产以及后期维护均造成了极大不便。随着半导体封装设备功能的增多，结构越来越复杂，直接导致电机在设备上的使用数量越来越多，脉冲控制卡等控制系统能够控制的电机数已不能满足工艺发展的需求。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统，从而采用EtherCAT型运动控制卡控制电机组成运动控制系统的方案，旨在使整个运动控制系统具有高度的集成性，稳定性及抗干扰更加有优越；使系统接线更加便捷，生产设备的效率得到提高；具有比脉冲控制卡更好的扩展性。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统，包括工控机主机，工控机主机包括运动控制系统，所述运动控制系统包括运动控制卡、网口扩展卡、RS232扩展卡、USB接口和VGA接口；所诉运控控制卡连接Ethercat控制网络，所述网口扩展卡连接视觉系统，所述RS232扩展卡与光源自动调节系统和镜头自动调节系统连接，USB接口与力值反馈系统和自动测高系统连接，所述VGA接口与电脑显示器连接。
其进一步技术方案在于：
所述工控机主机的PCI插槽数大于等于三路，其中一路安装运动控制卡作为运动控制系统的主站。
运动控制卡作为主站，驱动器作为从站组成系统，共有26个轴，每个轴由电机、驱动器以及所属部件组成，分别是焊头X左轴，焊头X右轴，焊头Y左轴，焊头Y右轴，焊头Z左轴，焊头Z右轴，顶针Z轴，顶针Y轴，顶针X轴，wafer旋转轴，吸嘴Z左轴，吸嘴θ左轴，吸嘴Z右轴，吸嘴θ右轴，蘸胶盘左轴，蘸胶盘右轴，上料X轴，下料X轴，上料Z轴，传送轨道中轴，传送轨道右轴，传送轨道左轴，下料Z轴，三个IO扩展模块。
所述视觉系统的结构为：包括四网口的网口扩展卡，网口扩展卡分别设置有第一网口、第二网口和第三网口，所述第一网口连接焊头左相机、第二网口连接焊头右相机、第三网口连接底部识别相机。
所述镜头自动调节系统采用自动变倍镜头，通过通讯线连接至RS232扩展卡，所述RS232扩展卡包括RS232连接口1和RS232连接口2，所述RS232连接口1连接焊头左镜头，RS232连接口2连接焊头右镜头，软件发送命令，使镜头进行自动变倍。
光源自动调节系统的结构为：将光源控制器通过RS232通讯方式连接至RS232扩展卡，即光源控制器与RS232扩展卡的RS232连接口3连接，通过控制光源控制器来调节焊头左光源、焊头右光源以及底部识别光源的亮度。
力值反馈系统的结构为：包括依次串联的工控机主机的USB口、RS485转USB模块、压力变送模块和压力传感器；使用压力传感器与带有通讯功能的压力变送模块相连接，压力变送模块通过RS485转USB模块与工控机相连接，压力传感器检测值传输至压力变送模块的同时压力变送模块会将压力值传输至软件。
自动测高系统的结构为：包括依次串联的工控机主机的USB口、RS485转USB模块和测高传感器；采用红外测距传感器进行高度测量，传感器通过RS485转USB模块与工控机进行连接，所测量到的数值会直接传输给软件，使高度值在软件内显示。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过采用工控机搭配EtherCAT运动控制卡的方式，运动控制卡作为主站控制作为从站的伺服电机系统以及步进电机系统，为实现运动轴闭环反馈控制，运动轴安装光栅尺和读数头构成编码器系统，与运动轴对应驱动器的编码器输入端相连。
本发明所述的运动控制系统中，所有运动轴由网线相互串联起来组成，减小了在生产接线过程中可能出现的失误，提高生产效率，同时也为后期维修及排查故障提供了方便。控制系统下，一个运动控制卡最多可以带32个轴，在轴数不能满足要求的情况下可增加运动控制卡，因此，完全满足，运动控制系统的可扩展性。此控制系统响应度高，可缩短运动周期，提高设备的工作效率，更好的满足客户的使用需求，使得设备具有优良的市场竞争率。
本发明所述的视觉系统采用工业相机以及自动变倍镜头，以达到兼容多种芯片的目的。
本发明所述的光源控制系统采用具有232通讯功能的光源控制器进行亮度调节，使得光源亮度可通过软件进行自动调节。
本发明所述的力值反馈系统采用压力传感器及具有通讯功能的压力变送器，可将压力值显示在软件界面内。
本发明所述的自动测高系统采用红外测距传感器，通过RS485通讯方式将高度值实时传输至软件。
本发明可以适用于高精度、多芯片、多功能需求的芯片贴装设备中。
附图说明
图1为本发明运动控制系统整体方案图。
图2为本发明运动控制系统主站的串联网络图。
图3为本发明视觉系统的连接图。
图4为本发明镜头自动调节系统的连接图。
图5为本发明光源自动调节系统连接图。
图6为本发明力值反馈系统连接图。
图7为本发明自动测高系统连接图。
图8为本发明运动控制系统构架图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统，包括工控机主机，工控机主机包括运动控制系统，运动控制系统包括运动控制卡、网口扩展卡、RS232扩展卡、USB接口和VGA接口；所诉运控控制卡连接Ethercat控制网络，网口扩展卡连接视觉系统，RS232扩展卡与光源自动调节系统和镜头自动调节系统连接，USB接口与力值反馈系统和自动测高系统连接，VGA接口与电脑显示器连接。
工控机主机的PCI插槽数大于等于三路，其中一路安装运动控制卡作为运动控制系统的主站。
如图2所示，运动控制卡作为主站，驱动器作为从站组成系统，共有26个轴，每个轴由电机、驱动器以及所属部件组成，分别是焊头X左轴，焊头X右轴，焊头Y左轴，焊头Y右轴，焊头Z左轴，焊头Z右轴，顶针Z轴，顶针Y轴，顶针X轴，wafer旋转轴，吸嘴Z左轴，吸嘴θ左轴，吸嘴Z右轴，吸嘴θ右轴，蘸胶盘左轴，蘸胶盘右轴，上料X轴，下料X轴，上料Z轴，传送轨道中轴，传送轨道右轴，传送轨道左轴，下料Z轴，三个IO扩展模块。
32轴运动控制卡通过连接线路依次串联连接有十个伺服驱动器、四个音圈驱动器、九个步进驱动器和三个IO扩展模块；十个伺服驱动器每个驱动器从左往右依次分别连接有焊头X左轴直线电机、焊头X右轴直线电机、焊头Y左轴直线电机、焊头Y右轴直线电机、焊头Z轴左轴伺服电机、焊头Z轴右轴伺服电机、顶针Z轴伺服电机、顶针Y轴伺服电机、顶针X轴伺服电机WAFER旋转轴伺服电机、吸嘴Z左轴音圈电机、吸嘴θ左轴音圈电机、吸嘴Z右轴音圈电机、吸嘴θ右轴音圈电机、蘸胶盘左轴步进电机、蘸胶盘右轴步进电机、上料X轴步进电机、下料X轴步进电机、上料Z轴步进电机、传输轨道中轴步进电机、传输轨道右轴步进电机、传输轨道左轴步进电机、下料Z轴步进电机。
如一伺服驱动器和焊头X左轴直线电机构成焊头X左轴，其余以此类推。
上述所有驱动器和扩展模块构成Ethercat从站。
视觉系统的结构为：包括四网口的网口扩展卡，网口扩展卡分别设置有第一网口、第二网口和第三网口，第一网口连接焊头左相机、第二网口连接焊头右相机、第三网口连接底部识别相机。
镜头自动调节系统采用自动变倍镜头，通过通讯线连接至RS232扩展卡，RS232扩展卡包括RS232连接口1和RS232连接口2，RS232连接口1连接焊头左镜头，RS232连接口2连接焊头右镜头，软件发送命令，使镜头进行自动变倍。
光源自动调节系统的结构为：将光源控制器通过RS232通讯方式连接至RS232扩展卡，即光源控制器与RS232扩展卡的RS232连接口3连接，通过控制光源控制器来调节焊头左光源、焊头右光源以及底部识别光源的亮度。
力值反馈系统的结构为：包括依次串联的工控机主机的USB口、RS485转USB模块、压力变送模块和压力传感器；使用压力传感器与带有通讯功能的压力变送模块相连接，压力变送模块通过RS485转USB模块与工控机相连接，压力传感器检测值传输至压力变送模块的同时压力变送模块会将压力值传输至软件。
自动测高系统的结构为：包括依次串联的工控机主机的USB口、RS485转USB模块和测高传感器；采用红外测距传感器进行高度测量，传感器通过RS485转USB模块与工控机进行连接，所测量到的数值会直接传输给软件，使高度值在软件内显示。
还包括如图8所示的运动控制系统架构图，
具体系统架构为：包括PC机，PC机包括用户自行开发部分和运动控制器供应商提供部分，用户自动开发部分主要包括设备应用软件和设备操作界面；运动控制器供应商提供部分主要包括互相连接的运动控制函数库、运动控制卡驱动程序和运控控制卡(硬件)，其中运动控制函数库与设备应用软件连接，运控控制卡(硬件)还连接有编码器、驱动器及电机和I/O元件，编码器、驱动器及电机和I/O元件同时都与运动平台连接。
设备操作者通过操作界面(包括显示屏和键盘)，将指令信息传递给设备应用软件；设备应用软件将指令信息以及应用软件中已有的运动流程、运动轨迹等数据转化为运动参数，并根据运动参数调用运动控制卡库中运动函数；运动函数通过运动控制卡驱动程序向运动控制卡发出控制指令；运动控制卡根据控制指令发出相应的指令脉冲进行操作。镜头自动调节系统、光源自动调节系统，力值反馈系统，自动测高系统均采用串口通讯方式，通过软件发送串口命令，来读取以及控制响相应的设备。
开始工作时，所有轴进行复位运动，在原点位置停止，复位运动完成后，进行位置校正，移动焊头X左轴，焊头Y左轴，焊头X右轴，焊头Y右轴，进行相机校正，使焊头左镜头、焊头右镜头分别与底部识别相机同心。
相机位置校正完成后，进行高度校正，使用自动测高系统测量高度，确定当前高度是否为工作位高度，若不是工作位高度，移动焊头Z轴进行高度调节。
高度校正完成后，使吸嘴Z左轴，吸嘴Z右轴运动，校正吸嘴Z的高度，同时将吸嘴Z移动到力值传感器位置，进行测力，确定当前力值是否满足工作要求，若不满足，对吸嘴值进行调节。吸嘴力调节完成后将吸嘴移至底部相机位置，对吸嘴位置进行校正。所有校正完成后，开始工作。
将载有料片的料盒放在上料位置，上料Z电机向上动作，使料盒上升，料盒上升至一定高度后停止，此时上料X轴电机动作，将料盒中的第一块料片推送至轨道，轨道左电机动作到达指定为之后停止，焊头左相机识别料片高度并记录位置，然后焊头部分电机及吸嘴部分电机动作从TRAY盒中吸取芯片并将芯片贴到料片上，贴片完成后，轨道左电机继续动作到一定位置轨道中电机动作，同时上料X轴电机动作将第二片料片推送至轨道，第一片料片到达一定位置时，轨道中电机停止，焊头右相机识别wafer盘上芯片的高度以及位置，顶针Z顶起使芯片与膜脱离，焊头部分电机及吸嘴部分电机动作，将芯片取至预置平台上，相机识别预置平台上芯片确定取片高度及角度，然后右焊头部分电机动作到预置平台位置，吸嘴Z右电机吸取芯片，芯片吸起之后又吸嘴θ右电机进行角度校正。右焊头部分移动到第一料片位置，吸嘴Z右电机动作，进行贴芯片动作，第一料片工序完成后，轨道中电机继续动作，将料片搬运到轨道右，此时轨道右电机动作，轨道右电机动作至一定位置后下料X电机动作将料片推出轨道，待料片完全推出到料盒中内，下料Z电机向下动作一定位置，此时第一料片完成。通过上述过程即可方便的完成料片贴装的工作，工作可靠性好，工作效率高，整个控制系统稳定。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (1)

1.一种基于Ethercat通讯下的贴装设备控制系统，其特征在于：包括工控机主机，工控机主机包括运动控制系统，所述运动控制系统包括运动控制卡、网口扩展卡、RS232扩展卡、USB接口和VGA接口；所述运动控制卡连接Ethercat控制网络，所述网口扩展卡连接视觉系统，所述RS232扩展卡与光源自动调节系统和镜头自动调节系统连接，USB接口与力值反馈系统和自动测高系统连接，所述VGA接口与电脑显示器连接；
运动控制卡作为主站，驱动器作为从站组成系统，共有26个轴，每个轴由电机、驱动器以及所属部件组成，分别是焊头X左轴，焊头X右轴，焊头Y左轴，焊头Y右轴，焊头Z左轴，焊头Z右轴，顶针Z轴，顶针Y轴，顶针X轴，wafer旋转轴，吸嘴Z左轴，吸嘴θ左轴，吸嘴Z右轴，吸嘴θ右轴，蘸胶盘左轴，蘸胶盘右轴，上料X轴，下料X轴，上料Z轴，传送轨道中轴，传送轨道右轴，传送轨道左轴，下料Z轴，三个IO扩展模块；
所述视觉系统的结构为：包括四网口的网口扩展卡，网口扩展卡分别设置有第一网口、第二网口和第三网口，所述第一网口连接焊头左相机、第二网口连接焊头右相机、第三网口连接底部识别相机；
光源自动调节系统的结构为：将光源控制器通过RS232通讯方式连接至RS232扩展卡，即光源控制器与RS232扩展卡的RS232连接口3连接，通过控制光源控制器来调节焊头左光源、焊头右光源以及底部识别光源的亮度；
力值反馈系统的结构为：包括依次串联的工控机主机的USB口、RS485转USB模块、压力变送模块和压力传感器；使用压力传感器与带有通讯功能的压力变送模块相连接，压力变送模块通过RS485转USB模块与工控机相连接，压力传感器检测值传输至压力变送模块的同时压力变送模块会将压力值传输至软件；
自动测高系统的结构为：包括依次串联的工控机主机的USB口、RS485转USB模块和测高传感器；采用红外测距传感器进行高度测量，传感器通过RS485转USB模块与工控机进行连接，所测量到的数值会直接传输给软件，使高度值在软件内显示；
所述工控机主机的PCI插槽数大于等于三路，其中一路安装运动控制卡作为运动控制系统的主站；
所述镜头自动调节系统采用自动变倍镜头，通过通讯线连接至RS232扩展卡，所述RS232扩展卡包括RS232连接口1和RS232连接口2，所述RS232连接口1连接焊头左镜头，RS232连接口2连接焊头右镜头，软件发送命令，使镜头进行自动变倍；
开始工作时，所有轴进行复位运动，在原点位置停止，复位运动完成后，进行位置校正，移动焊头X左轴，焊头Y左轴，焊头X右轴，焊头Y右轴，进行相机校正，使焊头左镜头、焊头右镜头分别与底部识别相机同心；
相机位置校正完成后，进行高度校正，使用自动测高系统测量高度，确定当前高度是否为工作位高度，若不是工作位高度，移动焊头Z轴进行高度调节；
高度校正完成后，使吸嘴Z左轴，吸嘴Z右轴运动，校正吸嘴Z的高度，同时将吸嘴Z移动到力值传感器位置，进行测力，确定当前力值是否满足工作要求，若不满足，对吸嘴值进行调节；
吸嘴力调节完成后将吸嘴移至底部相机位置，对吸嘴位置进行校正；所有校正完成后，开始工作；
将载有料片的料盒放在上料位置，上料Z电机向上动作，使料盒上升，料盒上升至一定高度后停止，此时上料X轴电机动作，将料盒中的第一块料片推送至轨道，轨道左电机动作到达指定为之后停止，焊头左相机识别料片高度并记录位置，然后焊头部分电机及吸嘴部分电机动作从TRAY盒中吸取芯片并将芯片贴到料片上，贴片完成后，轨道左电机继续动作到一定位置轨道中电机动作，同时上料X轴电机动作将第二片料片推送至轨道，第一片料片到达一定位置时，轨道中电机停止，焊头右相机识别wafer盘上芯片的高度以及位置，顶针Z顶起使芯片与膜脱离，焊头部分电机及吸嘴部分电机动作，将芯片取至预置平台上，相机识别预置平台上芯片确定取片高度及角度，然后右焊头部分电机动作到预置平台位置，吸嘴Z右电机吸取芯片，芯片吸起之后又吸嘴θ右电机进行角度校正；
右焊头部分移动到第一料片位置，吸嘴Z右电机动作，进行贴芯片动作，第一料片工序完成后，轨道中电机继续动作，将料片搬运到轨道右，此时轨道右电机动作，轨道右电机动作至一定位置后下料X电机动作将料片推出轨道，待料片完全推出到料盒中内，下料Z电机向下动作一定位置，此时第一料片完成。
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