專利名稱：一種led貼片機的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于運動控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種LED貼片機實現(xiàn)LED燈管貼裝等功能的運動控制系統(tǒng)的設計方法，具體地說是一種LED貼片機的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
LED(Light-Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的半導體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。
LED作為一種非常有效的新型光源，目前已大量應用于景觀燈、路燈、室內(nèi)照明、背景屏等場合。隨著貼片式LED的大量應用，各生產(chǎn)企業(yè)都在開發(fā)貼片式LED日光燈，因此用于LED燈管貼裝的貼片機大量涌現(xiàn)。貼片機是一種用來實現(xiàn)高速、高精度地貼放元器件的設備，能夠通過移動貼裝頭把表面貼裝元件準確地放置在PCB焊盤上。運動控制系統(tǒng)作為研發(fā)貼片機的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的控制點多，控制內(nèi)容復雜。而我國的LED貼片機的貼裝速度和控制精度仍有待提高，主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)的軟件和硬件方面。軟件方面，貼片機對貼裝的實時性有較高的要求，而我們對系統(tǒng)集成度的設計不高，會導致干擾的增加，從而影響貼裝速度和控制精度；硬件方面，我國在貼片機生產(chǎn)的工藝上，水平還比較落后，對其運動控制不能達到貼片系統(tǒng)的要求，導致貼裝精度的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對系統(tǒng)集成度設計不高、貼裝速度和精度較差的問題，提出一種基于模塊化設計方法的LED貼片機的控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種LED貼片機的控制系統(tǒng)，運用模塊化設計方法，它包括傳感器模塊、主控制器模塊、DSP運動控制模塊、伺服電機控制模塊，所述的傳感器模塊作為控制系統(tǒng)的信號采集端與貼片機伺服電機的輸出軸相連，傳感器模塊的信號輸出端通過DSP運動控制模塊與主控制器的狀態(tài)信號輸入端相連，主控制器的控制信號輸出端通過DSP運動控制模塊與伺服電機控制模塊的控制信號輸入端相連，通過伺服電機控制模塊驅(qū)動貼片機伺服電機的運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的控制系統(tǒng)還包括與主控制器相連的步進電機控制模塊、氣動單元驅(qū)動模塊、人機交互模塊、USB/SD卡接口和外擴存儲器。本發(fā)明的傳感器模塊的信號輸出端與DSP運動控制模塊之間串接光電I禹合隔離電路和RC濾波器。本發(fā)明的控制系統(tǒng)還包括光電開關(guān)，所述的光電開關(guān)的輸出端分別與主控制器模塊和DSP運動控制模塊的對應控制信號輸入端相連。本發(fā)明的主控制器模塊和DSP運動控制模塊之間通過中斷控制模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。
本發(fā)明的步進電機控制模塊包括從控制器、數(shù)字變壓器和步進電機驅(qū)動芯片，所述的從控制器與主控制器雙向連接，從控制器的控制信號輸出通過數(shù)字變壓器和步進電機驅(qū)動芯片后驅(qū)動貼片機步進電機的運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的伺服電機控制模塊的期望軌跡信號使用示教方式獲得，示教方式的設置使用二級陣列設置方法。本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明的設計方法降低了系統(tǒng)存在的干擾，提高了系統(tǒng)的運行效率，從而增強貼片機運動控制系統(tǒng)的控制精度和貼裝速度。



圖I是LED貼片機運動控制系統(tǒng)的原理框圖。圖2是示教流程二級陣列設置示意圖。圖3是步進電機控制模塊原理框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 如圖I所示，給出了 LED貼片機運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，包括STM32主控制器I、基于DSP內(nèi)核的運動控制模塊2、伺服電機控制模塊3、步進電機控制模塊4、氣動單元驅(qū)動模塊5、人機交互模塊6、USB/SD卡接口 7、外擴存儲器11等。氣動單元驅(qū)動模塊5由兩路氣動回路組成，通過電磁閥控制真空泵切換以選擇不同的料架。USB/SD卡接口 7用于系統(tǒng)擴展升級功能，在不改變系統(tǒng)硬件僅更新系統(tǒng)軟件的情況下，使用外部編程軟件將新型的貼裝板及貼裝信息自動轉(zhuǎn)換成標準貼裝文件格式。永磁交流同步伺服電機的位置信號和速度信號由增量式編碼器8獲得，增量編碼器輸出三組方波脈沖A、B和Z相，A、B兩組脈沖相位差90° ,根據(jù)這兩相信號可以方便的判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為電機每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖，用于基準點定位。編碼器的三相輸出經(jīng)過光電耦合與外部信號隔離以避免干擾。由編碼器得到的伺服電機位置和速度信號送入基于DSP內(nèi)核的運動控制模塊2中，經(jīng)過運動控制算法處理后驅(qū)動電機以實現(xiàn)高速高精度運動。中斷控制9根據(jù)事先設定的事件優(yōu)先級順序來管理并實時處理多任務控制系統(tǒng)，多任務事件包括基于DSP內(nèi)核的運動控制模塊的中斷請求、按鍵響應、液晶屏顯示、各個光電開關(guān)信號、急停按鈕等。光電開關(guān)10設置了兩種開關(guān)控制方式即原點控制和限位控制，原點控制是結(jié)合增量式編碼器8的Z相與光電開關(guān)共同判斷并設定伺服電機的初始位置，限位控制是給各軸伺服驅(qū)動一個極限位置保護，防止電機碰撞，避免電機損壞。主控制器STM32和從控制器DSP、Θ軸控制器之間的信號進行隔離以避免相互擾動。外擴存儲器模塊使用128*8 bit的NAND Flash存儲器K9F1G08U0B，人機交互模塊由液晶顯示和行列鍵盤構(gòu)成，液晶顯示和主控制器之間通過I2C總線通訊進行通信，鍵盤掃描模塊使用鍵盤掃描管理芯片ZLG7290B。圖2給出了示教參數(shù)二級陣列設置方法。假設LED燈板內(nèi)的貼裝件分布如圖2所示，令LED燈板為二級陣列23，根據(jù)貼裝頭的可達工作區(qū)域及LED燈板貼裝件的排列來設置一級陣列(即15-19)。在貼裝前保存整板所需貼裝的總元件數(shù)，并測量出兩貼裝件間的距離，以一級陣列15的首板初始標志點20作為原點。貼裝過程以計數(shù)方式進行，以應對當一級陣列的劃分不能取整的情況(如圖3所示，在劃分一級陣列后燈板在一級陣列19的標志點22后面仍剩余兩列需要貼裝元件，這兩列不能單獨構(gòu)造一個一級陣列)。當料架和吸嘴號設置完成并保存后，坐標切換至貼片機的P軸進板并定位于一級陣列15的首板初始標志點20,定位完成后坐標再切換至貼裝頭XY軸坐標進行貼裝,當貼裝到標志點21時,表示一級陣列15貼裝件已經(jīng)貼完，記錄貼裝元件數(shù)并切換至P軸進板進入一級陣列16，依次類推。當圖3所示的5個一級陣列貼裝完成以后，剩余的貼裝元件數(shù)根據(jù)一級陣列相同的坐標間隔以計數(shù)方式進行貼裝直至計數(shù)器計數(shù)為零，完成貼裝。圖3給出了單個貼裝頭的旋轉(zhuǎn)軸Θ軸的步進電機控制模式結(jié)構(gòu)圖。貼片機的貼裝頭Θ軸使用步進電機控制模式4，步進電機的控制驅(qū)動使用從控制器與步進電機驅(qū)動芯片DRV882126組成，鑒于步進電機的驅(qū)動使用24V高電壓，為了消除步進電機驅(qū)動芯片DRV882126與從控制器之間的干擾，使用數(shù)字變壓器ADUM141025進行電氣隔離。從控制器 STM32F103RE24使用全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模式與主控制器STM32F103ZE進行連接。DRV8821有兩個獨立的步進電機驅(qū)動芯片，每個驅(qū)動電路有兩路電流型PWM控制的H橋，通過對DRV8821的引腳簡單配置可使步進電機工作于全步方式、半步方式、1/4步方式、1/8步方式、緩慢衰減工作模式或混合衰減工作模式。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種LED貼片機的控制系統(tǒng)，其特征是運用模塊化設計方法，它包括傳感器模塊、主控制器模塊(I)、DSP運動控制模塊(2)、伺服電機控制模塊(3)，所述的傳感器模塊作為控制系統(tǒng)的信號采集端與貼片機伺服電機的輸出軸相連，傳感器模塊的輸出信號通過DSP運動控制模塊(2)運算處理后與主控制器模塊(I)相連，主控制器模塊(I)的控制信號通過DSP運動控制模塊(2 )與伺服電機控制模塊(3 )的驅(qū)動電路相連，從而控制貼片機伺服電機的運轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機的控制系統(tǒng)，其特征是所述的傳感器模塊為增量式編碼器(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機的控制系統(tǒng)，其特征是控制系統(tǒng)還包括與主控制器模塊(I)相連的步進電機控制模塊(4)、氣動單元驅(qū)動模塊(5)、人機交互模塊(6)、USB/SD卡接口模塊(7 )和外擴存儲器模塊(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機的控制系統(tǒng)，其特征是所述的傳感器模塊的信號輸出端與DSP運動控制模塊(2)之間串接光電耦合隔離電路和RC濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機的控制系統(tǒng)，其特征是所述的控制系統(tǒng)還包括光電開關(guān)(10)，所述的光電開關(guān)(10)的輸出端分別與主控制器模塊(I)和DSP運動控制模塊(2)的對應控制信號輸入端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機的控制系統(tǒng)，其特征是所述的主控制器模塊(I)和DSP運動控制模塊(2)之間通過中斷控制模塊(9)實現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED貼片機的控制系統(tǒng)，其特征是所述的步進電機控制模塊(4)包括從控制器(24)、數(shù)字變壓器(25)和步進電機驅(qū)動芯片(26)，所述的從控制器(24)與主控制器(I)雙向連接，從控制器(24)的控制信號輸出通過數(shù)字變壓器(25 )和步進電機驅(qū)動芯片(26)后驅(qū)動貼片機步進電機的運轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED貼片機的控制系統(tǒng)，其特征是伺服電機控制模塊(3)的期望軌跡信號使用示教方式獲得，示教方式的設置使用二級陣列設置方法。
全文摘要
一種LED貼片機的控制系統(tǒng)，運用模塊化設計方法，它包括傳感器模塊、主控制器模塊、DSP運動控制模塊、伺服電機控制模塊，所述的傳感器模塊作為控制系統(tǒng)的信號采集端與貼片機伺服電機的輸出軸相連，傳感器模塊的信號輸出端通過DSP運動控制模塊與主控制器的狀態(tài)信號輸入端相連，主控制器的控制信號輸出端通過DSP運動控制模塊與伺服電機控制模塊的控制信號輸入端相連，通過伺服電機控制模塊驅(qū)動貼片機伺服電機的運轉(zhuǎn)。本發(fā)明的設計方法降低了系統(tǒng)存在的干擾，提高了系統(tǒng)的運行效率，從而增強貼片機運動控制系統(tǒng)的控制精度和貼裝速度。
文檔編號H05K3/30GK102869202SQ20121035979
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者胡毓曉, 錢榮榮, 葉曉東, 駱敏舟, 項瑩瑩, 白耀偉, 李志強, 趙漢賓 申請人:江蘇南極星科技有限公司, 常州先進制造技術(shù)研究所