【文章內(nèi)容簡介】 電路產(chǎn)業(yè)是信息社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石 ，而集成電路相關(guān)制造裝備是信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動力和重要組成部分。 當(dāng)前，無論是個人 電腦 ，信息產(chǎn)業(yè)還是汽車電子以及消費(fèi)類電子產(chǎn)業(yè)，還有軍事、航空、航天領(lǐng)域都 對 電子產(chǎn)品 的電路封裝具有 越來越高的要求 ，這就使得點膠機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛 [1]。 我國是電子產(chǎn)品的出口大國，電子制造 業(yè)已成為我國東南沿海地區(qū)支柱產(chǎn)業(yè)之一 ，電子工業(yè)的輝煌成就，令國人振 奮，使業(yè)界自豪。 但是，在 電子 工業(yè)的發(fā)展過程中也存在著極不平衡的一面 [6]。一方面， 電子工 業(yè)的發(fā)展如火如荼，在輕工業(yè)中占的比重越來越大，另一方面， 電子工 業(yè)中自動化程度很低，生產(chǎn)效率低下，工作條件惡劣。因此，雖然我國是 電子制造 業(yè)大國，生產(chǎn)規(guī)模龐大，但與發(fā)達(dá)國家相比， 電子產(chǎn)品 的質(zhì)量水平和生產(chǎn)效率都很低，制 造 裝備的落后是一個最主要的原因。目前我國很多 制造 工序 還是由工人手工完成的，工人勞動強(qiáng)度極大，并且環(huán)境污染也日益突出，嚴(yán)重影響了我國電子產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量 [2]。 在所有的 制造 工序中，涂膠工序不僅占用的工人最多、花費(fèi) 的工時最長，工人的工作條件也是最惡劣的。同時它也是影響 電子產(chǎn)品 質(zhì)量的重要因素之一?，F(xiàn)階段， 大部分涂膠工作都是由工人手工完成的，無法保證涂膠的質(zhì)量，不合格的涂膠不僅破壞 電子產(chǎn)品 的品質(zhì)、美觀，還會造成脫膠 ，引起事故。 為了提高 電子產(chǎn)品 涂膠的均勻性、一致性、快速性，以及在提高工藝水平的同時進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，應(yīng)該大力研究和推廣提高涂膠工序的自動化程度， 于是自動點膠機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生并在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用 [3]。 點膠機(jī)（ 又稱涂膠機(jī) ） 是專門對流體進(jìn)行控制，并將液體點滴、涂覆、灌封于產(chǎn)品表面或產(chǎn)品內(nèi)部的自動化機(jī)器。點膠 機(jī) 主要 用于產(chǎn)品工藝中的膠水、油漆以及其他液體精確點、灌、注、涂、點滴到每個產(chǎn)品精確位置，可以用來實現(xiàn)打點、畫線、圓型或弧型。 點膠機(jī) 是隨著汽車工業(yè)中密封工藝的改進(jìn)而產(chǎn)生和發(fā)展的。最初變速箱、發(fā)動機(jī)殼體等密封采用紙墊，隨著對密封性能要求的提高，密封工藝的改進(jìn)，在密封結(jié)合面上直接涂膠代替紙墊。 在工業(yè)生產(chǎn)中，很多地方 也 都需要用到點膠，比如集成電路、印刷電東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1章緒論 2 路板、彩色液晶屏、電子元器件 (如繼電器、揚(yáng)聲器 )等等。傳統(tǒng)的點膠是靠工人手工操作的。隨著自動化技術(shù)的迅猛發(fā)展，手工點膠已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)上的要求 [68]。 自動點膠 機(jī)是一種專為 滿足各種密封要求 而研制的 自動 涂膠設(shè)備 ， 適用于點，直線，圓弧以及任意不規(guī)則產(chǎn)品的點膠，涂膠，運(yùn)動參數(shù)下載方便，可直接輸入運(yùn)行 參數(shù) 進(jìn)行編程。 自動點膠機(jī)的工作效率和工作精度取決于自身的運(yùn)動控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送脈沖，接受檢測結(jié)構(gòu)回饋的信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，控制機(jī)械部分做出合適的動作，是點膠機(jī)的核心部件。 自動 點膠機(jī)的發(fā)展源于美國和歐洲，隨著日本電子行業(yè)對點膠機(jī)的大規(guī)模需求，于是出現(xiàn)代工美國點膠機(jī)的日本點膠機(jī)廠家。中國工業(yè)的發(fā)展，吸引大批日本企業(yè)、臺灣企業(yè)的進(jìn)駐，專業(yè)的點膠機(jī)廠家也涌入中國。 目 前中國點膠機(jī)產(chǎn)品尚未成熟，自動化水平不高，還要大量依賴人力，企業(yè)要從國外進(jìn)口點膠機(jī)，為復(fù)雜軌跡的工件點膠。 其原因在于國內(nèi) 運(yùn)動控制 技術(shù)落后于國外， 尤其 是對 精密儀器或是高端產(chǎn)品 的精確點膠加工，其 運(yùn)動控制技術(shù) 的好壞關(guān)系到 儀器 是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 國外點膠機(jī)產(chǎn)品性能優(yōu)越，能夠?qū)崿F(xiàn)各種空間軌跡的點膠，定位精確點膠質(zhì)量高，但價格過于昂貴，動輒數(shù)十萬上百萬 [913]。 在國外，對精確點膠的 自動點膠設(shè)備 在技術(shù)，硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能等方面均處于領(lǐng)先地位 。 隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用 ，點膠機(jī)器人開始 普及應(yīng)用 。機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具用控制方便，執(zhí)行動作靈活，可以實現(xiàn)復(fù)雜的空間軌跡控制 ， 特別適用于多品種，變批量的柔性化生產(chǎn) ，因此各國先后研制出了點膠機(jī)器人 。 國外的機(jī)器人生產(chǎn)廠商各自推出了涂膠機(jī)器人，如日本莫托曼機(jī)器人、安川機(jī)器人、美國 ABB機(jī)器人等。 在國內(nèi)，一開始沒有精確點膠的設(shè)備，其點膠位置的確定和出膠量多少都是通過人工手動操作，導(dǎo)致勞動強(qiáng)度大，點膠精度和質(zhì)量都很低。然后發(fā)展到利用通用點膠設(shè)備對 產(chǎn)品 進(jìn)行點膠，雖然擠出的膠量比手動均勻一致，但其點膠位置確定 仍舊由 人工手動控制 ，點膠的質(zhì)量 依然 難以保證。 我國自 動點膠機(jī)發(fā)展較晚， 20202020 年，中國民營的點膠機(jī)廠家開始興起。最初是代理 +自主研發(fā)，或者是自動化行業(yè)廠家涉足點膠機(jī)行業(yè)，逐漸發(fā)展為專門的點膠機(jī)廠家。 如今通過引進(jìn)國外技術(shù)，也推出了一些自主品牌的自動點膠機(jī)，如世椿、奧松等， 國內(nèi)點膠機(jī)相對便宜， 在國內(nèi)市場上占有一席之地 [3]。 我國電子廠家眾多，多數(shù)為中小型企業(yè)，經(jīng)濟(jì)實力有限，市場上昂貴的點膠機(jī)產(chǎn)品不能滿足企業(yè)的需求。本課題在人工點膠機(jī)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用運(yùn)動控制技術(shù)，研制出一種價格低廉，能實現(xiàn)直線、圓、橢圓等軌跡密封的點膠機(jī)。既能滿足企業(yè)點膠要求，又不東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1章緒論 3 增加企 業(yè)負(fù)擔(dān)，能夠極大地提高我國電子產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，具有深遠(yuǎn)的意義。 控制系統(tǒng)的內(nèi)容 工 業(yè)控制自動化技術(shù)作為 20世紀(jì)現(xiàn)代 制造 領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題 ， 雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。 機(jī)械設(shè)備的自動化大幅度帶動了電子信息技術(shù)的發(fā)展，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提高了我國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 運(yùn)動控制 (Motion Control)通常是指在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動，實現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動精確的位置控制、速度控制、加速度 控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制。 運(yùn)動控制的實質(zhì)是根據(jù)預(yù)定的方案，將上位控制系統(tǒng)做出的決策命令，變成某種期望的機(jī)械運(yùn)動，以得到確定的位置、速度、加速度或特定的運(yùn)動形式。 運(yùn)動控制系統(tǒng)多種多樣，但從基本結(jié)構(gòu)上看， 一個完整的運(yùn)動控制系統(tǒng)常由上位控制器、執(zhí)行電機(jī)、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)和位置檢測元件等組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖 1． 1所示。上位控制器通常是運(yùn)動控制卡、具有運(yùn)動控制功能的 PLC、數(shù)控系統(tǒng) (CNC)或單片機(jī)系統(tǒng)等。 圖 1． 1 運(yùn)動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 Fig. The chart of motion control system 其中的 上位 控制器是指以中央邏輯控制單元為核心，以傳感器為信號敏感元件，以電機(jī)或動力裝置和執(zhí)行單元為控制對象的一種控制裝置。它的主要任務(wù)是根據(jù)運(yùn)動控制的要求和傳感器件的信號進(jìn)行必要的邏輯、數(shù)學(xué)運(yùn)算，為電機(jī)或其它動力和執(zhí)行裝置提供正確的控制信號。 電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)帶動機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動，便可以得到預(yù)期的運(yùn)動參數(shù)和運(yùn)動形式 [1419]。 位置檢測 上位控制 驅(qū)動器 執(zhí)行 電機(jī) 機(jī)械 結(jié)構(gòu) 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1章緒論 4 控制系統(tǒng)的分類 按位置控制原理分類 運(yùn)動控制系統(tǒng)根據(jù)位置控制原理，即有無檢測反饋傳感器及其檢測部件，可分為開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)三種基本的控制方案。 (1)開環(huán)控制系統(tǒng) 無位置檢測反饋裝置，其執(zhí)行電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)。此類系統(tǒng)最大的特點是控制方便，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜?？刂葡到y(tǒng)發(fā)出的位移指令信號流是單向的，所以不存在穩(wěn)定性的問題。且由于機(jī)械傳動誤差不經(jīng)過反饋校正，位置精度一般不高。如圖 1． 2所示。 圖 1． 2開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 The chart of open loop control system (2)半閉環(huán)控制系統(tǒng) 位置反饋采用轉(zhuǎn)角檢測 元件，直接安裝在伺服電機(jī)或絲杠端部。由于具有位置反饋比較控制，可以獲得較大的定位精度，大部分機(jī)械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內(nèi)，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。絲杠等機(jī)械傳動誤差不能通過反饋校正，但可采用軟件定值補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉m當(dāng)提高其精度。如圖 1． 3所示。 驅(qū)動器 執(zhí)行元件 工作臺 指令 脈沖 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1章緒論 5 圖 The chart of semiclose loop control system (3)全閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用光柵 等檢測元件對被控單元進(jìn)行位置檢測，可以消除從電機(jī)到被控單元之間整個機(jī)械傳動鏈中的傳動誤差，得到很高的靜態(tài)定位精度。但由于在整個控制環(huán)內(nèi)，許多機(jī)械傳動環(huán)節(jié)的摩擦特性、剛性和間隙均為非線性，動態(tài)響應(yīng)時間又非常大，使得整個閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性校正很困難，系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)整也相當(dāng)復(fù)雜。如圖 1． 4所示。 圖 1． 4閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 Fig． 1． 4 The chart of close loop control system 位置 控制單元 速度 控制單元 執(zhí)行元件 工作臺 速度 檢測單元 位置 檢測單元 脈沖 指令 位置 控制單元 速度 控制單元 執(zhí)行元件 工作臺 速度 檢測單元 位置 檢測單元 脈沖 指令 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1章緒論 6 按被控量的性質(zhì)和運(yùn)動控制分 類 (1)位置控制 它是指轉(zhuǎn)角位置或直線移動位置的控制。位置控制按數(shù)控原理分為點位控制 (PTP)和連續(xù)軌跡控制 (CP)。點位控制是點到點的定位控制，它既不控制點與點之間的運(yùn)動軌跡，也不在此過程中進(jìn)行加工或測量。如數(shù)控鉆床、沖床、鏜床、測量機(jī)和點焊工業(yè)機(jī)器人等。連續(xù)軌跡控制又分為直線控制和輪廓控制。直線控制是指被控對象以一定速度沿某個方向的直線運(yùn)動 (單軸或多軸聯(lián)動 )，在此過程中要進(jìn)行加工或測量，如數(shù)控鏜銑床、大多數(shù)加工中心和弧焊工業(yè)機(jī)器人等。輪廓控制是控制兩個或兩個以上坐標(biāo)軸移動的瞬時位置與速度，通過聯(lián)動形成 一個平面或空間的輪廓曲線或曲面。如數(shù)控銑床、車床、凸輪磨床、激光切割機(jī)和二坐標(biāo)測量機(jī)等。 (2)速度控制和加速度控制 速度控制既可單獨(dú)使用，如輸送機(jī)、工作臺、主軸和卷繞機(jī)等這樣的機(jī)械速度控制；也可以與位置控制聯(lián)合成為雙回路控制，但主回路是位置控制，速度控制作為反饋校正，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，如各種數(shù)控機(jī)械的雙回路伺服系統(tǒng)。 (3)同步控制 同步控制是兩軸或兩軸以上的速度或位置的同步運(yùn)動控制。如平行物料傳送帶、整列繞線機(jī)、大型印刷機(jī)的多軸平行傳動等，有的除了同步啟動、還要求位置同步，其同步精度要求較高。 (4)力和力矩控制 塑料薄膜、鋼帶、布和紙張等卷取機(jī)是恒張力控制，自動組裝機(jī)的擰緊螺母以及自動鉆孔等場合，應(yīng)采用力矩與位置同步控制 [15]。 按驅(qū)動方式不同分類 運(yùn)動控制系統(tǒng)按驅(qū)動方式不同可分為電氣控制、液壓控制和氣動控制，它們各有特點和應(yīng)用范圍。由于計算機(jī)控制、電力電子器件、伺服電動機(jī)和位置檢測傳感器的迅速發(fā)展，電氣伺服從機(jī)械主傳動的電力拖動擴(kuò)展到機(jī)械的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，就是由伺服電動機(jī)驅(qū)動機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)電伺服系統(tǒng)，它廣泛應(yīng)用于各種運(yùn)動控制設(shè)備。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1章緒論 7 課題來源及研究目的 課題來源 本課題來源于企 業(yè)協(xié)作項目，研究采用 運(yùn)動控制 技術(shù)實現(xiàn) 電子工 業(yè)中自動涂膠作業(yè)，解決涂膠工藝中均勻性、一致性和快速性的問題，可以極大的提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，增加企業(yè)利潤。同時可以降低工人工作強(qiáng)度，改善工人工作條件，降低勞動力成本。 目前公司 使用手動點膠機(jī)在電子產(chǎn)品上點膠，該工藝方法簡單，成本低廉， 但是 浪費(fèi)勞動力 ，速度慢， 而且 精度差 。市場上出售的自動點膠機(jī)通過控制系統(tǒng)來控制 膠 槍運(yùn)動的軌跡，以達(dá)到對不同噴涂對象的噴涂， 這減少了因工人技能熟練程度不同造成的精度參差不齊，提高了生產(chǎn)率 ，但是其價格昂貴且不適合本企業(yè)的生產(chǎn)實際。本課題 針 對企業(yè)生產(chǎn)需要，開發(fā)一套自動點膠機(jī)控制系統(tǒng)，通過運(yùn)動控制器和高精度的運(yùn)動平臺實現(xiàn)點膠系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位，使用多組傳感器對點膠過程運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行測量和采樣。實現(xiàn)對點膠系統(tǒng)各運(yùn)動部件的控制， 兼顧經(jīng)濟(jì)實用的原則，使 點膠機(jī) 適用于點，直線，圓，橢圓以及方形等規(guī)則產(chǎn)品的點膠。 論文的主要研究內(nèi)容 本論文深入探討了運(yùn)動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，介紹了運(yùn)動控制領(lǐng)域的一些新技術(shù)、新產(chǎn)品 ，辯證的選擇適合企業(yè)需求的運(yùn)動控制產(chǎn)品 。開發(fā)了一種基于松下 FPX一 L60 PLC的平面運(yùn)動控制系統(tǒng)，提出了研制一種主要實現(xiàn)點位運(yùn)動控制功能的 控制方案，而且在這套運(yùn)動控制系統(tǒng)中利用 PLC程序