MITSUBISHIQ系列定位模塊在高速高精度定位系統(tǒng)中的應用———伺服系統(tǒng)的定位模塊與影

[摘要] 本文主要講述了伺服系統(tǒng)的定位模塊與影像處理系統(tǒng)相結合在高精度、高速度運動定位系統(tǒng)中的應用， 還詳細的介紹了系統(tǒng)的組成和工作原理。
[Abstract] The article mainly discusses the application of servo system are combined images system in the accuracy fixed position and detailed introduces the system of component and work principle.

關鍵詞:伺服系統(tǒng)/LC/人機界面/定位模塊/TFT/CCD

一．概述
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對于產(chǎn)品制造加工所要求的精度越來越高，特別是在電子工業(yè)中，所要求生產(chǎn)加工的精度要求很高，在現(xiàn)代日常生活中，許多日用電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代特別快，所用的研制開發(fā)、生產(chǎn)周期特別短，而在此環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)環(huán)節(jié)就顯得尤為重要，所以就對生產(chǎn)設備的要求也就越來越高，生產(chǎn)設備要能夠適應多種不同產(chǎn)品的生產(chǎn)，特別是新產(chǎn)品的生產(chǎn)適應能力，還要能夠保證產(chǎn)品的精度。在TFT生產(chǎn)中，在基板完成電路印刷等一系列的工作以后有一道工序，就是基板的切割，因為在前道生產(chǎn)根據(jù)設備和工藝的要求是一塊比較大的基板，在一塊大的基板上可能有好多塊小的基板組成，這根據(jù)制造面板本身的用途來定。如手機面板，目前在生產(chǎn)的一塊大的基板上有30到104塊不等的小的基板組成，這還要根據(jù)手機面板的尺寸來定，如圖1所示:

經(jīng)過切割以后，變成一片一片小的基板，如圖2所示:


從圖2可以看出，基板由兩層玻璃組合而成，在兩層之間有印刷電路，而且在切割的時候上下不是在一條線上，而是成一個階梯狀，在TFT面的A處有印刷電路端子，切斷過程中絕對不能碰傷端子。
在如圖3中所示:


A-F中5個尺寸精度要全部達到±0.1mm，并且切斷后在基板的邊緣不能有毛邊，這樣就要在切斷過程中要很好的控制壓力、切入量，根據(jù)不同玻璃材質(zhì)就要設定不同的壓力和切入量，另外切斷的步驟也是比較重要的，一般都采用的步驟是：①CF面 切②TFT面 剖③TFT面 切④C F面 剖。在現(xiàn)在劃線設備中都是采用的多把刀（以前都是單刀作業(yè)），一般在5-7把刀，此系統(tǒng)中采用了5把刀，在此系統(tǒng)中刀的切入量和左右運動都采用伺服系統(tǒng)來控制，而且都采用了高速運動，這樣能夠大大提高工作的效率。

二．系統(tǒng)組成與工作原理
2.1 系統(tǒng)的硬件組成


圖3是本系統(tǒng)整個控制系統(tǒng)的原理圖，本系統(tǒng)采用Q06H CPU為控制單元，QD75D4和QD75D2為伺服系統(tǒng)的定位單元，還采用了兩個QJ74C24通訊模塊單元，其中一個與人機界面（A970GOT）連接，另外一個和畫像處理系統(tǒng)連接，畫像系統(tǒng)主要用于Mark點（也就是標記點）的識別，然后產(chǎn)生一個偏差的補正值。另外與QJ74C24相連接的PC1機是系統(tǒng)機械參數(shù)、工作參數(shù)設定以及切斷程序編制的專用機。PC1與PLC之間的通訊使用的是專門的通訊程序軟件。本系統(tǒng)的工作方式是采用偏差補正的方式。對于一個新的品種，首先要進行Mark點的識別，登錄，MARK點的形狀可以隨意，但一般采用的是’十’字為Mark點標記，如圖4所示，就是畫像處理系統(tǒng)對Mark點的認識過程，認識后產(chǎn)生一個偏差補正量，根據(jù)偏差量計算出基準位置。


2.2 軟件設計
本系統(tǒng)采用的是A970GOT人機界面，在本系統(tǒng)中人機界面起了非常重要的角色，是其他任何器件都代替不了的。人機界面總共有218個畫面組成，主要分兩大部分：一是正常的操作人員操作的主畫面，二是設備維修、調(diào)試人員進入的特殊功能畫面，此畫面只有工程師級身份人員才能進入，它的參數(shù)直接影響設備的正常工作，圖6為特殊功能畫面的結構圖，其中主要是參數(shù)設定方面，這里主要介紹軸的位置參數(shù)設定，在本系統(tǒng)中最主要的部分就是伺服系統(tǒng)，它是保證系統(tǒng)精度的核心，伺服系統(tǒng)的參數(shù)、設定是非常復雜的.圖6為伺服系統(tǒng)參數(shù)設定的基本框架結構圖:


基本參數(shù)主要是單位設定、1脈沖的相當移動量、脈沖輸出模式、轉(zhuǎn)動方向、速度限制值、加減速時間、馬達選擇。詳細設定除了對上面敘述中一些進行了詳細設定以外，還對其他的功能進行了設定，如M代碼的取碼模式、速度模式、JOG運轉(zhuǎn)、手動脈沖的選擇、圓弧誤差補正等等。原點復位參數(shù)設定主要是復歸的方式、方向、原點地址、速度。定位用數(shù)據(jù)就是我們所要求系統(tǒng)如何去工作、工作的步驟、數(shù)據(jù)等內(nèi)容。伺服系統(tǒng)的工作主要是對內(nèi)部寄存器的地址進行操作，主要分為參數(shù)區(qū)、監(jiān)視區(qū)、制御數(shù)據(jù)區(qū)、定位數(shù)據(jù)區(qū)、PLC的CPU內(nèi)存區(qū)、塊傳送區(qū)幾個部分。在圖5系統(tǒng)圖中對各個位置的設定（QD75）主要是對基本定位數(shù)據(jù)的設定，包括定位識別子、M代碼、指令速度、定位地址/移動量、突停減速時間、圓弧地址，其中每軸共設定了30點位置，這樣可以有效的適應系統(tǒng)切割復雜程度不同的基板。在人機界面的軟件設計中，把與伺服系統(tǒng)相關的定位數(shù)據(jù)參數(shù)直接編寫在畫面中，可以有效的對系統(tǒng)進行調(diào)整，改變，在系統(tǒng)中不僅僅上面的這些數(shù)據(jù)，另外與定位有關的參數(shù)設定還有很多，在這里就不一一列舉，本系統(tǒng)是一個非常復雜的系統(tǒng)。


2．3 系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)在機械參數(shù)設定好后，首先根據(jù)基板的劃線數(shù)據(jù)進行編程，確定劃線的數(shù)據(jù)、MARK點的數(shù)據(jù)、使用刀的數(shù)量、每把刀劃每條線的壓力、劃線的次數(shù)等， 以上參數(shù)有專門的軟件進行編輯。編輯完成后再通過PC1輸入PLC 的CPU，在完成數(shù)據(jù)的編輯后，軟件回自動生成切割的模擬畫面，確定基板劃線的每一步由哪幾把刀去做，在完成這一系列的工作后，就要放入基板試作劃線，根據(jù)系統(tǒng)設定，在放入基板后按下啟動按鈕，基板平臺會自動把基板送到影像處理系統(tǒng)的CCD的下面，在監(jiān)視器上面看到的就如圖4所示，在MARK識別中與系統(tǒng)設定會有一個的偏差，根據(jù)這個偏差系統(tǒng)進行補正，現(xiàn)介紹一下補正過程，如圖7:


第一把刀為例，刀1原點與CCD原點的X向距離D1在系統(tǒng)中設定為一定值，刀1與刀1原點的距離D2為在編制程序是產(chǎn)生，也為一定值，CCD原點與現(xiàn)在CCD之間的距離D3，在編制程序時有一個MARK的坐標值，D3即為基板的X向MARK坐標，D4為MARK點與刀1劃基板第一道線X向距離，在理想狀態(tài)下為一定值。即可以得出D1+D2=D3+D4，其中D1、D2為固定值，假設D5為CCD識別MARK點的動態(tài)坐標，偏差補正為△d，可以得出D5=D3±△d，如在理想狀態(tài)，CCD識別MARK點的X向坐標剛好為D3，即D5=D3，而每塊基板在放置的時候位置絕對會不一樣，所以都會有一個偏差△d，根據(jù)△d每次在CCD識別MARK點后向刀1移動的距離為D4±△d，這就是偏差補正的過程，其他的刀原理也是這樣，在偏轉(zhuǎn)劃線時也是根據(jù)CCD第一次MARK識別的坐標了確定的。在劃完了TFT面后，在 CF面對TFT面進行剖斷，然后在CF面劃線，再在TFT面對CF進行剖斷，這樣就完成了對基板的劃線。
三．技術性能和特點
1.系統(tǒng)采用了與人機界面相結合，使得系統(tǒng)的布線簡單、簡潔。
2.采用了QD75系列的伺服系統(tǒng)定位單元，系統(tǒng)的度精能夠達到0.01um。
3.伺服系統(tǒng)的輸出系統(tǒng)具有集電極開路輸出和差分輸出兩種工作方式，在應用時可以根據(jù)需要進行選擇。
4.系統(tǒng)的定位范圍比較寬，單位可以用um、英寸、度設定?？刂葡到y(tǒng)也比較多樣化，能夠?qū)崿F(xiàn)PTP控制、跟蹤控制、速度控制、速度-位置控制、位置-速度控制，根據(jù)系統(tǒng)的需要可以選擇不同的控制系統(tǒng)，另外，還具有圓弧插補功能。
5.系統(tǒng)響應的時間比較短，因而減少了不同步產(chǎn)生的機會。
6.系統(tǒng)采用了影像處理系統(tǒng)，這樣就提高了系統(tǒng)的精度，對于一些要求不高的場合，系統(tǒng)在工作時影像系統(tǒng)可以選擇不使用，但這樣可以減少時間，增加工作的效率。
7.本系統(tǒng)采用了多刀工作方式 ，這樣大大的提高了工作的效率，但同時增加了系統(tǒng)在設計時的復雜性，
8.另外，QD75系列的伺服定位單元具有預讀起始功能，這樣可以減少定位起始的時間，可以保證快速多種應用的定位。對于QD75系列的定位單元還專門設計了設置/監(jiān)控軟件——QP（GX-Configurator）這樣便于定位參數(shù)的設定，定位數(shù)據(jù)的生成和監(jiān)控。

四．結束語
本系統(tǒng)是一個比較復雜的系統(tǒng)，在定位方面要求比較高，它的主要工作部件就是伺服系統(tǒng)，對于伺服系統(tǒng)與PLC的編程是比較復雜的，而系統(tǒng)完成后，對于操作人員來說操作是非常簡單的。


參考文獻:
1．MITSUBISHI伺服定位模塊單元 三菱電機株式會社
2．劃線機的設計說明書 三星ダイヤモンド工業(yè)株式會社
3．高速畫像處理裝置 CSC工業(yè)株式會社