CN111974638B - 一种音圈电机控制点胶阀的控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音圈电机控制点胶阀的控制系统及其控制方法，要解决的是现有国产点胶阀应用时的问题。本发明包括FPGA(现场可编程门阵列)元件，FPGA元件分别与音圈电机和国产点胶阀电连接。本发明可兼容国产点胶阀，解决国产点胶阀不能在Camalot设备上正常点胶的问题，降低了设备成本，保证点胶正常；本发明利用具有可移植性强的FPGA元件，可以多次烧写，大大提高了设计者门满足客户的需要，本发明的点胶效果可以和国际领先的进口点胶阀系统相媲美，应用前景广阔。

Description

一种音圈电机控制点胶阀的控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及音圈电机领域，具体是一种音圈电机控制点胶阀的控制系统。

背景技术

近年来，随着对高速高精度定位系统性能要求的提高和音圈电机技术的迅速发展，音圈电机不仅被广泛用在磁盘、激光唱片定位等精密定位系统中，在许多不同形式的高加速、高频激励上也得到广泛应用。

音圈电机(Voice Coil Motor)是一种特殊形式的直接驱动电机。具有结构简单体积小、高速、高加速响应快等特性。其工作原理是，通电线圈(导体)放在磁场内就会产生力，力的大小与施加在线圈上的电流成比例，基于此原理制造的音圈电机运动形式可以为直线或者圆弧。

现有进口的音圈电机来控制的点胶阀，例如Camalot FX-D，这种点胶阀属于损耗型部件，但是成本高，所以客户需要换上国产点胶阀，但是进口点胶阀系统与国内企业生产的点胶阀，由于控制原理和方法的不同，所以是不兼容的，人们也在进行相关方面的研究。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种音圈电机控制点胶阀的控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种音圈电机控制点胶阀的控制系统，包括FPGA(现场可编程门阵列)元件，FPGA元件分别与音圈电机和国产点胶阀电连接，音圈电机产生的PWM信号的电压是48V，利用光耦进行降压到5V，因为FPGA元件驱动电压为3.3V，且能承受5V电压，即可兼容国产点胶阀，降低了设备成本，利用FPGA元件并行处理的优势，并且可移植性强。

作为本发明实施例进一步的方案：FPGA元件采用芯片为Cyclone IV E的EP4CE6F17C8N，技术成熟，市场易购得，使用效果好。

作为本发明实施例进一步的方案：FPGA元件包括占空比分析模块(Duty cycleanalysis module)，占空比分析模块可以得到一个PWM周期内的高电平和低电平的分别占据多少个FPGA时钟周期，高电平所占FPGA时钟周期比低电平大或者小进行处理为正交信号，满足人们的使用需求。

作为本发明实施例进一步的方案：FPGA元件包括正交信号计数模块(Orthogonalsignal counter module)，当正交信号A超前正交信号B，则根据正交信号A相上升沿计数；反之，则根据正交信号B相计数，正交信号计数模块优选计数器。

作为本发明实施例进一步的方案：FPGA元件包括点胶阀开关模块(Dispensingvalve switch module)，得到国产点胶阀的开关信号pwm_high_level_ab，正交信号计数器encoder_count变大，pwm_high_level_ab为高电平；反之，pwm_high_level_ab为低电平。

所述音圈电机控制点胶阀的控制系统的控制方法，具体步骤如下：

步骤一，FPGA元件采集音圈电机的输出脉宽调制(PWM)信号，将PWM信号处理为正交信号A和正交信号B；

步骤二，根据正交信号A和正交信号B进行计数，正交信号A超前于正交信号B则计数器累加，反之，正交信号A滞后于正交信号B则计数器累减；

步骤三，FPGA元件对计数器的阈值进行控制，进而控制国产点胶阀的开启和闭合。

作为本发明实施例进一步的方案：正交信号A的相脉宽和正交信号B的相脉宽均为pulse_width，pulse_width＝m-count5，其中m为一个PWM周期内含有FPGA时钟周期的数量，count5为高电平所占用FPGA的时间周期count1和低电平所占用的时间周期count2的差值。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果是：

本发明可兼容国产点胶阀，解决国产点胶阀不能在Camalot设备上正常点胶的问题，降低了设备成本，保证点胶正常；

本发明利用具有可移植性强的FPGA元件，可以多次烧写，大大提高了设计者门满足客户的需要，本发明的点胶效果可以和国际领先的进口点胶阀系统相媲美，应用前景广阔。

附图说明

图1为音圈电机控制点胶阀的控制系统的结构示意图。

图2为音圈电机控制点胶阀的控制系统的控制方法中信号处理的流程图。

图3为音圈电机控制点胶阀的控制系统中实施例2的仿真结果图。

图4为音圈电机控制点胶阀的控制系统中实施例2在Camalot机台上点胶测试的结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种音圈电机控制点胶阀的控制系统，包括FPGA(现场可编程门阵列)元件，FPGA元件分别与音圈电机和国产点胶阀电连接，音圈电机产生的PWM信号的电压是48V，利用光耦进行降压到5V，因为FPGA元件驱动电压为3.3V，且能承受5V电压，即可兼容国产点胶阀，降低了设备成本，利用FPGA元件并行处理的优势，并且可移植性强。现有Camalot FX-D点胶阀控制系统的喷射阀是由音圈电机来控制的，喷射阀系统的分为四个部分，分别为：音圈电机，编码器，Camalot FX-D的点胶阀和ASIC(专用集成芯片)。现有Camalot FX-D点胶阀控制系统的内部信号转化是音圈电机输出一个PWM波，经过编码器则输出正交信号A和B，再经过ASIC输出高低电平来控制点胶阀的开和关。其中，PWM的周期为14us，当占空比小于50％时则在编码器处输出A滞后B的正交信号，反之则编码器输出A超前于B的正交信号。当占空比为50％是则无信号产生，PWM占空比越接近0％或100％时则编码器输出的正交信号频率越大，即正交信号A和B的脉宽越短。正交信号经过ASIC计数，计数值增大时则打开点胶阀，反之则关闭。

所述音圈电机控制点胶阀的控制系统的控制方法，具体步骤如下：

步骤一，FPGA元件采集音圈电机的输出脉宽调制(PWM)信号，将PWM信号处理为正交信号A和正交信号B；

步骤二，根据正交信号A和正交信号B进行计数，正交信号A超前于正交信号B则计数器累加，反之，正交信号A滞后于正交信号B则计数器累减；

步骤三，FPGA元件对计数器的阈值进行控制，进而控制国产点胶阀的开启和闭合。

实施例2

一种音圈电机控制点胶阀的控制系统，包括FPGA(现场可编程门阵列)元件，FPGA元件分别与音圈电机和国产点胶阀电连接，音圈电机产生的PWM信号的电压是48V，利用光耦进行降压到5V，因为FPGA元件驱动电压为3.3V，且能承受5V电压，即可兼容国产点胶阀，降低了设备成本，利用FPGA元件并行处理的优势，并且可移植性强。

所述音圈电机控制点胶阀的控制系统的控制方法，具体步骤如下：

假设FPGA元件的时钟周期为clk，音圈电机产生的PWM(脉宽调制)信号周期为pwm_period，利用示波器检测为14us，得到一个PWM信号周期内含有m个FPGA时钟周期，公式为

假设PWM信号的高电平大于低电平，高电平所占用FPGA元件的时间周期count1和低电平所占用的时间周期count2的差值为count5，其正交信号A相的脉宽pulse_width为

pulse_width＝m-count5 (1-2)

而正交信号B相的脉宽也为pulse_width，脉宽的一半则为正交信号A和B相差90度，得到正交信号A相和B相的电平分别依次为1和0,1和1,0和1,0和0，这样就能形成正交信号A超前于正交信号B的正交信号；反之，PWM信号的高电平所占的FPGA元件的时钟周期小于低电平，则正交信号A相和正交信号B相的电平分别依次为0和1,1和1,1和0,0和0，即形成正交信号A滞后于正交信号B的正交信号。

当正交信号A超前于正交信号B时，计数器encoder_count累加，根据正交信号A的上升沿触发，每次加1；而正交信号A滞后于正交信号B时，计数器encoder_count累减，根据正交信号B的上升沿触发，每次减1。

决定国产点胶阀是否打开，判断依据是计数器在增大还是在减小，当计数器encoder_count累加，则国产点胶阀打开，当计数器减小时，则关闭。

信号处理时

本发明实施例的工作原理时：在设计FPGA元件内部逻辑电路时，PWM信号的输入端口为pwm_in，FPGA元件的内部时钟周期为clk(FPGA元件的晶振一般选用为50MHz)，复位信号为rst_n，输出信号三个：正交信号A相为a_phase_out，正交信号B相为b_phase_out，国产点胶阀的开关信号为pwm_high_level_ab。

采用实施例2的方法进行仿真，FPGA元件的设计工具为Quratus II 13.0(美国Altera公司电路设计的软件)，仿真工具为Modelsiom 10.4(美国设计的电路逻辑仿真软件),选用美国Altera公司的芯片为Cyclone IV E的EP4CE6F17C8N，仿真结果见图3。图3中从左往右6个新号的波形，信号依次为pwm_high_level_ab，b_phase_out，a_phase_out，rst_n，pwm_in，clk，从图3中可以看出：clk时钟周期为50Mhz，rst_n复位键为低电平有效，pwm_in分为两部分，一部分为高电平小于低电平时间，第二部分为高电平大于低电平时间，结果先是b_phase_out超前于a_phase_out，然后a_phase_out超前于b_phase_out。国产点胶阀开关是先关闭，后打开，理论与仿真结果一致。虽然在复位键无效时，a_phase_out会出现一个单独的脉冲，不能和b_phase_out形成一个正交信号，作为非正交信号能够舍去。产生的原因是因为在rst_n无效时pwm_in先从低电平计数，此时高电平为0，就会产生极小的干扰，但是并不影响国产点胶阀的开和关。

采用实施例2的方法在Camalot机台上，用国产点胶阀替换掉进口点胶阀系统，上位机软件还是设备自带的benchmark软件，测试结果见图4。从图4中可以看出，本发明可以完全替代进口点胶阀系统，可以去除国产点胶阀在此机台设备上的大小头和点胶不均匀现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种音圈电机控制点胶阀的控制系统，其特征在于，包括FPGA元件，FPGA元件分别与音圈电机和国产点胶阀电连接，所述音圈电机控制点胶阀的控制系统的控制方法，具体步骤如下：

步骤一，FPGA元件采集音圈电机的PWM信号，将PWM信号处理为正交信号A和正交信号B，正交信号A的相脉宽和正交信号B的相脉宽均为pulse_width，pulse_width＝m-count5，其中m为一个PWM周期内含有FPGA时钟周期的数量，count5为高电平所占用FPGA的时间周期count1和低电平所占用的时间周期count2的差值；

步骤二，根据正交信号A和正交信号B进行计数，正交信号A超前于正交信号B则计数器累加，反之，正交信号A滞后于正交信号B则计数器累减；

步骤三，FPGA元件对计数器的阈值进行控制，进而控制国产点胶阀的开启和闭合。

2.根据权利要求1所述的音圈电机控制点胶阀的控制系统，其特征在于，所述FPGA元件采用芯片为Cyclone IV E的EP4CE6F17C8N。

3.根据权利要求1所述的音圈电机控制点胶阀的控制系统，其特征在于，所述FPGA元件包括占空比分析模块。

4.根据权利要求3所述的音圈电机控制点胶阀的控制系统，其特征在于，所述FPGA元件包括正交信号计数模块。

5.根据权利要求3或4所述的音圈电机控制点胶阀的控制系统，其特征在于，所述FPGA元件包括点胶阀开关模块。

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