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总结语13
主要参考文献14
附录:
程序15
点胶机机械手的控制
1工艺分析
SMD石英产品的制造共分为六道主要工序,分为镀膜—点胶—固化—退火-封焊—检测,本次主要介绍点胶机。
1.1设计的项目及意义
本次设计为PLC控制机械手,点胶工序是用导电胶将镀膜后的合格晶片与基座连接起来,适用于SMD型石英产品的点胶工序产品加工。
点胶后的产品要及时进行外观检验,检验后要及时固化与退火,加工钟振产品时必须佩戴防静电手腕。
胶点过大,晶片位置不正确,晶片及基座其余部分有导电胶会造成晶片电阻大;
点胶时使用的基座不合格,基座扭曲变形,产生应力,也造成晶片电阻大;
倒边晶片点胶时胶点位置应在包角的位置,否则也会使晶片电阻增大。
1.2工艺要求
点胶工序分为部分:
(1)将基座,晶片,成品盘放入点胶机中,确定放置是否正确,因为基座与晶片是有电极的,将电极朝外。
(2)进行换胶工作,先进行搅拌,每次30秒;
然后脱泡,每次120秒,是将导电胶中的气体驱除干净,以保证胶点的一致性和稳定性;
最后甩胶,要将导电胶灌入针筒中,使得导电胶均匀没有沉淀。
(3)换胶后要对点胶机进行点胶位置和高度测量操作,调节胶点是本工序的重中之重,也是制造SMD石英产品工序中最重要的。
首先,调节针筒的高度,高度测量数值不得超出正负50,太低会使胶点拉胶,太高时胶点点不到固定位置;
然后,气压的调节,气压会改变胶点的大小,同时也会增大电阻;
最后,启动设备调节胶点的位置,胶点一部分在晶片上,一部分在电极上,通过自己的设置和设备的精确度,使得胶点位置精确,保证测量胶点浑圆饱满。
(4)设备启动后,上位机得到信号,光电开关检测到有基座,步进电机驱动一次机械手,先伸出下降夹取基座,将基座放到传送带上,传送带开始运行,到达点胶处,针筒先下降靠气压出胶,然后上升,继续运行,到达晶片处,二次机械手同一次机械手一样动作,最后有三次机械手夹取成品。
2设备的结构组成与控制方案
2.1设备的结构组成
本设备由五部份组成,分别为一次机械手,传送带,一次点胶,二次机械手,三次机械手。
如图1所示.
图1点胶系统平面示意图
2.2控制方案
机械手为气动的,首先由PLC给电磁阀信号,电磁阀将阀门打开,使得气缸进气机械手进行夹取,伸出,松开,缩回一系列动作,三个机械手是同样的动作,每个机械手需要两个电磁阀,一次点胶的机械手的动作比较简单,只需电磁阀控制升降,因此只需一个电磁阀。
传送带部分需要步进电机驱动,先由PLC给驱动器一个信号,再由驱动器驱动步进电机,最后由电机驱动传送带。
驱动器
电磁阀
图2设计过程
2.3PLC与继电器控制的主要区别
(1)组成器件不同
继电器控制线路是由许多真正的硬件继电器组成的。
而PLC是由许多“软继电器”组成的,这些“继电器”实际上是存储器中的触发器,可以置“0”或置“1”。
(2)触点的数量不同
硬继电器的触点数有限,一般只有4至8对;
而“软继电器”可供编程的触点数有无限对,因为触发器状态可取用任意次。
(3)控制方法不同
继电器控制是通过元件之间的硬接线来实现的,因此其控制功能就固定在线路中了,因此功能专一,不灵活;
而PLC控制是通过软件编程来解决的,只要程序改变,功能可跟着改变,控制很灵活。
又因PLC是通过循环扫描工作的,不存在继电器控制线路中的联锁与互锁电路,控制设计大大简化了。
(4)工作方式不同
在继电器控制线路中,当电源接通时,线路中各继电器都处于受制约状态,该合的合,该断的断。
而在PLC的梯形图中,各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中,从客观上看,每个“软继电器”受条件制约,接通时间是短暂的。
也就是说继电器在控制的工作方式是并行的,而PLC的工作方式是串行的。
储区
图3可编程序控制器
3控制系统主要部件介绍
3.1PLC的选型
3.1.1PLC介绍
本设计以PLC为核心,PLC是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
3.1.2PLC的选型
根据系统的设计要求,选用FPX-C40,它的CPU单元又是一个独立单元,能处理广泛的机械控制应用问题,所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品。
完整的通信功能保证了与个人计算机、可编程终端的通信。
3.2机械手的系统结构与运动方式
机械手手臂的左右运动(水平方向)由电磁阀控制,上下运动(垂直方向)由电磁阀控制,机械手的夹紧装置采用关节结构,其夹紧与松开用气压驱动,并由电磁阀控制。
机械手可以根据设定程序的动作将工件从一处搬运到另一处。
干簧管作为限位开关,其作用是保护运行时不会因为过限而造成机械上的损坏。
驱动全部采用电磁阀控制,夹爪采用气动方式控制。
电磁阀控制电磁线圈通电时,静铁芯对动铁芯产生电磁吸引力,利用电磁力使阀芯切换,以改变气流方向的阀,气压传动是一种动力传动形式,也是一种能量转换装置,它利用气体的压力来传递能量。
图4机械手结构示意图
3.3步进电机
3.3.1步进电机的介绍
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲:
当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度及步进角)。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
选择了Kinco三项相步进电机3S57Q-04056
3.3.2步进电机驱动器介绍
步进电机的运行要有一电子装置进行驱动,这种装置就是步进电机驱动器,它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移,或者说:
控制系统每发一个脉冲信号,通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。
所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。
所以,控制步进脉冲信号的频率,可以对电机精确调速;
控制步进脉冲的个数,可以对电机精确定位目的;
PLC控制驱动器如图3所示
图5PLC控制驱动器
3.3.3步进电机驱动器的直流供电电源的确定
(1)电压的确定
混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围(比如IM483
的供电电压为12~48VDC),电源电压通常根据电机的工作转速和响应要
求来选择。
如果电机工作转速较高或响应要求较快,那么电压取值也高,但
注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压,否则可能损坏驱动器。
(2)电流的确定
供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。
如果采用线性电源,
电源电流一般可取I的1.1~1.3倍;
如果采用开关电源,电源电流一般可
取I的1.5~2.0倍。
3.3.4步进电机驱动器的选择
本驱动器的输入信号共有3路,分别是:
步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE。
它们在驱动器内部分别通过270Ω的限流电阻接入负输入端,且电路形式完全相同。
OPTO端为3路信号的公共正端(3路光耦的正端输入),3路输入信号在驱动器内部接成共阳方式,所以OPTO端须接外部系统的VCC,如果VCC是+5V则可以直接接入;
如果VCC不是+5V则需外部另加限流电阻R,保证给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流。
(1)脉冲信号CP
步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度,也就是说,驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角,改变CP脉冲的频率,能改变步进电机的转速,控制CP脉冲的个数,则可以使步进电机精确定位。
这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的,本驱动器的CP信号为低电平有效,要求CP信号的驱动电流为8-15mA,对CP的脉冲宽度也有一定的要求,一般不小于5μS.
(2)方向信号DIR
方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向。
此信号为高电平时,电机正转;
为低电平时,电机反转。
电机要转向,必须在电机停止以后进行.
(3)脱机信号FREE
当驱动器上电以后,步进电机处于锁定状态(未施加CP脉冲时)或运行状态(施加CP脉冲时),可以用FREE信号,手动调整电机而不关闭驱动器。
当脱机信号FREE为低电平时,驱动器输出到电机的电流被切断,电机转子处于自由状态(脱机状态)。
在有些自动化设备中,如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴(手动方式),就可以将FREE信号置低,使电机脱机,进行手动操作或调节。
手动完成后,再将FREE信号置高,以继续自动控制。
3.4光电开关
3.4.1光电开光简介
光电开关是传感器大家族中的成员,它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。
由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的(即电缘绝),所以它可以在许多场合得到应用。
3.4.2光电开光的工作原理
光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。
物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。
在这里选择了漫反射光电开关。
漫反射式光电开关:
它是一种集发射器和接收器于一体的传感器,当有被检测物体经过时,物体将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器,于是光电开关就产生了开关信号。
当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时,漫反射式的光电开关是首选的检测模式。
3.5电磁阀
电磁阀里有密闭的腔,在不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的管道,腔中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的的孔,而进孔是常开的,气体就会进入不同的管道,然后通过气体的压力来推动气缸的活塞,活塞又带动活塞杆,活塞杆带动机械装置动。
这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。
在这里选择了两位五通双电控电磁阀。
两位五通双电控电磁阀它五个口都会有标示P是进气R和S是排气A和B是两个出气口,一般R和S都会接上消声器。
工作的时候,未通电A出气B不出气通电时A出气B不出气而其中汽缸里残余的气体通过R和S排除。
一般用于控制气缸上下动作。
两位五通电磁阀具有1个进气孔(接进气气源)、1个正动作出气孔和1个反动作出气孔(分别提供给目标设备的一正一反动作的气源)、1个正动作排气孔和1个反动作排气孔(安装消声器)。
如图4所示
两位五通双电控电磁阀动作原理:
给正动作线圈通电,则正动作气路接通(正动作出气孔有气),即使给正动作线圈断电后正动作气路仍然是接通的,将会一直维持到给反动作线圈通电为止。
给反动作线圈通电,则反动作气路接通(反动作出气孔有气),即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的,将会一直维持到给正动作线圈通电为止。
这相当于“自锁”。
图6电磁阀
3.6气压传动
3.6.1气压传动介绍
以压缩气体为工作介质,靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。
传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件,把压缩气体的压力能转换为机械能而作功;
传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能,亦称气动控制系统。
气压传动的特点是:
工作压力低,一般为0.3~0.8兆帕,气体粘度小,管道阻力损失小,便于集中供气和中距离输送,使用安全,无爆炸和电击危险,有过载保护能力;
但气压传动速度低,需要气源。
3.6.2气压传动组成
气压传动由气源、气动执行元件、气动控制阀和气动辅件组成。
气源一般由压缩机提供。
气动执行元件把压缩气体的压力能转换为机械能,用来驱动工作部件,为气缸。
气动控制阀用来调节气流的方向、压力和流量,相应地分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。
气动辅件包括:
净化空气用的分水滤气器,改善空气润滑性能的油雾器,消除噪声的消声器,管子联接件等。
3.7干簧管
3.7.1干簧管介绍
干簧管是一种磁敏的特殊开关。
它通常由两个或三个既导磁又导电材料做成的簧片触点,被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里,玻璃管内管内平行封装的簧片端部重叠,并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭接点。
3.7.2干簧管的工作原理
当永久磁铁靠近干簧管时,或者由绕在干簧管上面的线圈通电后形成磁场使簧片磁化时,簧片的接点就会感应出极性相反的磁极。
由于磁极极性相反而相互吸引,当吸引的磁力超过簧片的抗力时,分开的接点便会吸合;
当磁力减小到一定值时,在簧片抗力的作用下接点又恢复到初始状态。
这样便完成了一个开关的作用。
因此可以作为传感器用用于限位.
3.8主要部件型号表
表1主要部件型号表
硬件
型号
步进电机驱动器
Kinco3M458三相步进电机驱动器
光电开关
HU6-G12DNK
步进电机
Kinco三项相步进电机3S57Q-04056
可编程序控制器
FPX-C40R
3k25D2-B4
干簧管
GUNTHE2322
机械手
Ss2015
气缸
CP95SW
4PLC程序的设计
4.1控制工艺流程分析
一次、二次机械手:
光电开关检测有基座,PLC给电磁阀一个信号,阀门打开,气缸进气使机械手夹紧料,干簧管检测夹紧到位后,阀门关闭,然后PLC给电磁阀信号,气缸进气使机械手伸出,干簧管检测伸出到位后,阀门关闭,机械手松开缩回。
传送带:
传送带上有基座后,PLC给驱动器一个脉冲,驱动器驱动步进电机,电机驱动传送带运行。
一次点胶:
基座到达点胶处,PLC给电磁阀一个信号,阀门打开,气缸进气使机械手下降点胶,干簧管检测下降到位后,阀门关闭,机械手上升。
4.2工艺流程图
图7工艺流程图
4.3PLC输入输出点分配表
表2PLC输入输出点分配表
名称
输入
系统接口
输出
启动
X0
脉冲信号
Y0
脉冲输出
检测有基座
X1
方向信号
Y1
脉冲方向输出
一次机械手夹紧到位
X2
气缸1动作
一次机械手夹紧
Y2
夹紧松开电磁阀YV1
一次机械手伸出到位
X3
气缸2动作
一次机械手伸出
Y3
伸出缩回电磁阀YV2
一次机械手松开
X4
一次点胶针筒下降
Y4
下降上升电磁阀YV3
一次机械手缩回
X5
二机械手夹紧
Y5
夹紧松开电磁阀YV4
一次点胶针筒下降到位
X6
气缸3动作
二次机械手伸出
Y6
伸出缩回电磁阀YV5
一次点胶针筒上升
X7
三次机械手夹紧
Y7
夹紧松开电磁阀YV6
二次机械手夹紧到位
X8
气缸4动作
三次机械手伸出
Y8
伸出缩回电磁阀YV7
二次机械手伸出到位
X9
气缸5动作
二次机械手松开
XA
二次机械手缩回
XB
三次机械手夹紧到位
XC
气缸6动作
三次机械手伸出到位
XD
气缸7动作
三次机械手松开
XE
三次机械手缩回
XF
4.4PLC外部接线图
图8PLC外部接线图
4.5梯形图程序见附录.
总结语
通过此次设计对PLC和步进电机有了更进一步的了解,实践证明,利用十分成熟的PLC技术和步进电机技术以及先进的机械传动技术改造设备,既保证了系统运行的可靠性,又减少了维修量,提高了工效,社会经济效益得到明显提高。
通过这次的毕业计,我真真正正的意识到,在以后的学习中,要理论联系实际,把我们所学的理论知识用到实际当中,才能提高生产力,提高效益。
主要参考文献
〔1〕常斗南《PLC可编程逻辑控制器》北京机械工业出版社2008年143
(2)廖常初《PLC编程及应用》机械工业出版社2008年1月
(3)周云水《跟我学PLC编程》中国电力出版社2009年8月
(4)朱文杰《PLC原理与编程实例分析》机械工业出版社2010年1月
(5)廖常初《PLC基础及应用》机械工业出版社2010年2月
程序
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