高速高精度填盤機智能控制系統研究

段業寬　(江蘇省常州技師學院,江蘇　常州　213032)

高速高精度填盤機智能控制系統研究

段業寬
(江蘇省常州技師學院,江蘇常州213032)

傳統的填盤組裝作業需要大量的人工，且填盤效率不高。本文基于可編程控制技術，開發了填盤機人機界面（HMI）、影像定位系統，并對其整體系統與結構進行研發，實現數據實時采集，快速準確定位，達到精確填盤作業，并在企業中得到良好的應用。

填盤機；人機界面；影像定位系統

0　引言

在機械行業電子器械零部件的精密組裝作業中，往往需要將許多雜亂無序的微小零件，如微型芯片，有序地排列放置到治具中，以便后續工序快捷順利地銜接。傳統的填盤過程自動化程度不高，生產流水線需要較多的人工參與，效率與精度低。本文基于可編程（PLC）控制技術，研發由PLC、人機界面、影像定位系統構成的智能化填盤設備，并采用軟件編程實現定位、檢測、填盤作業的智能化，保證了填盤組裝的速度。

1　系統整體方案設計

高速填盤機主要由影像定位機構、真空吸附機構、滑臺驅動機構組成。載料托盤、吸附機構、影像定位機構和治具分別固定于四架滑臺上，由四臺伺服直線電機分別驅動來實現位置移動。根據填盤工藝過程，在系統整體復位以后，首先是滑臺中的直線馬達啟動，控制定位影像系統對拾料盤上的芯片進行信息采集，坐標定位，并將采集的信息發送給PLC，PLC根據反饋信息控制滑臺中的直線馬達動作，由吸嘴對定位到的芯片進行吸附。

2　系統的硬件結構與功能

2.1系統硬件結構

系統采用下位機，上位機控制系統。直線電機為動力裝置，單動力旋轉吸嘴為控制輸出裝置，輔以傳感器、繼電器、交流接觸器、空氣開關以及其他輔助元件構成了整個系統的電控部分。硬件系統由信號采集模塊、信號轉換與通訊功能模塊，上位組態功能模塊等構成。在整個定位、吸附、檢測過程中，PLC除與馬達驅動控制馬達實現位置移動，同時PLC還需要與上位機進行數據通信，實現影像系統定位的坐標值與PLC程序之間的轉換。檢測芯片坐標值的位置傳感器采用的是光電傳感器，直接與PLC的輸入相連。

2.2系統的硬件功能

系統選用三菱Q64ADPLC，具有4096點的最大輸入輸出點數，252K的最大程序存儲器容量，可以滿足系統的操作控制要求。在PLC系統中采用的是Q 61P電源模塊，可以實現輸入電壓從AC100V 到AC120V的變化，不僅可以用于PLC各模塊的集成電路供電，同時還可以為輸入電路提供24V的工作電源。觸摸屏采用三菱GT1155-QTBD，可以實現顯示、運算、通訊全方位的高速化。且整個人機界面操作簡單，管理功能強大，可以實現信息的及時有效反饋。

影像系統的數據分析是填盤機的核心部分。該系統中有兩類影像系統：定位影像系統和檢測影像系統。主要完成數據的采集，坐標的處理以及吸嘴中心點吸附位置的校正。其主要功能如下：

（1）數據采集：定位影像系統檢測拾料盤上的最優產品數是否為6。滿足要求時將當前影像攝取范圍內的芯片的坐標（X、Y）和角度（θ）等坐標信息反饋給PLC，并顯示在顯示器上。達到坐標檢測精度低于0.01mm，角度檢測精度低于0.05度。

（2）坐標處理：影像系統通過內部設定的芯片中心點的坐標值與采集到的信息進行比對，得出數據誤差，為后續坐標調整做好數據準備。

（3）位置校正：位置校正其實并不是對吸嘴吸附芯片中心點位置的校正，當檢測影像系統檢測出吸嘴吸附位置與設定值存在偏差時，PLC反饋信息，控制系統兩個直線馬達運動，從而通過吸嘴以及治具盤的坐標補償，完成精確填盤。實現坐標檢測精度低于0.01mm，角度檢測精度低于0.02度。

3　系統軟件設計

3.1PLC控制程序設計

系統軟件主要包括PLC控制軟件和HMI人機界面軟件。對于PLC的輸入點信號主要有傳感器的信號以及遠方控制信號，系統部分開關的狀態信號。數字量輸出信號主要是電磁閥的信號，以及電機驅動信號以及線圈的控制輸出線圈信號。在PLC控制軟件的編寫中，主回路的的整體結構具有很強的邏輯性，交流接觸器和繼電器與主回路之間存在互鎖關系，依此為依據我們可以用許多小的子程序分別描述系統不同功能的主要電控元件，對各個子程序的掃描執行順序進行編排整合以后加入整個主程序之中，實現系統電氣主控回路的要求。

在系統的控制程序中，初始化的子程序主要完成對時間和計數寄存器、輸入輸出點、中間變量等的復位功能。輔助開關的子程序主要完成操作控制的邏輯判斷和操作保存。報警信號掃描子程序主要完成對各個環節電氣控制元件發生故障時的報警功能。

3.2控制系統人機界面設計

控制系統的人機界面采用了三菱公司GT115-QTBD觸摸屏，為了實現人機界面觸摸屏與PLC的通信，首先要確定一個物理層通信介質。觸摸屏與PLC的通信連接線，選用三菱Q系列的PLC8針圓形母座插頭專用通信電纜，以建立觸摸屏和PLC之間通信介質的硬連接。

4　結語

針對當前機械式填盤組裝設備存在的不足，研發了具有智能控制系統的高速高精度填盤機，使得操作系統方便、準確、快捷，在系統運行過程中的數據檢測和記錄更加準確和全面，為坐標位置定位以及吸嘴吸附數據的采集和分析提供了可靠的依據，極大地提高了填盤精度，實現了填盤過程的自動化和精確化，且設備在實際應用中取得良好的效果。

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