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文/中達電通股份有限公司 余強

 

【摘要】涂膠機不同與點膠，對軌跡與涂膠速度有較高的要求，用普通的運動指令實現過程中，雖然可實現軌跡的精確，但是運動指令與指令之間會出現速度的停頓，導致涂膠不均勻，厚度不一。利用臺達DVP-20PM00D運動控制器電子凸輪（CAM）功能，實現流暢精確的涂膠。

【關鍵字】運動控制器；電子凸輪；CAM Table

【Keywords】motion control;CAM Table

 

點膠機是專門對液體體進行控制，將液體點滴、涂覆、灌封于產品表面或產品內部的自動化機器。點膠機主要用于產品工藝中的膠水、油以及其他液體的粘接、灌注、涂層、密封、填充、點滴、線形/弧形/圓形涂膠等。自動點膠機在工業制造中越來越得到廣泛的應用，小到手機、鏡頭、IC封裝、LCD、LED、筆記本電腦、數碼相機、SCP、BGA、二極管、三極管、精密機械等；大到飛機、汽車、機械制造等，都需要精密的點膠設備支持。

 

    該設備主要控制5個軸，X、Y軸用于水平平面的軌跡控制；Z軸位于X與Y軸水平平面之上，控制軸的上下運動；U軸可控制涂槍正反方向旋轉。此外，一個控制送紙部分為單動，整個控制流程動作為所有軸歸原點，所有軸到達工作位，XZW軸配合，畫出X方向的直線。然后Y方向行走，最后再重復第一步XZW配合畫出X方向的直線。整體動作的邏輯非常簡單，但控制難點在于：

（1）畫出X方向的直線，需要XZW配合。在X軸往前行走的過程中需要Z軸往上提升，同時W軸旋轉，保證涂膠筆與紙面垂直。而且必須連續。

（2）從X切向Y方向行走必須速度連續，不能有滯后。

（3）機構本身有四軸參與連續插補，用臺達現有三軸20PM00M，難以實現。現有20PM00M具有點膠機模式最多只能控制三軸。采用10PM六軸插補模式，測試，從一個指令到另一個運動指令之間會有微小的速度變化，導致涂膠會有厚度變化。

 

 

基于控制的連續性與對速度的嚴格性，以下方案無疑能滿足要求。采用2臺20PM作為控制核心，一臺作為主機，一臺作為從機，主機的第二個軸輸出，作為虛擬主軸，其它四軸輸出作為電子凸輪軸。臺達控制電氣建構和系統配置如圖2、表1所示。

 

 

 

多軸凸輪模式沒有像單凸輪模式有區分周期和非周期模式，僅以連續周期的方式運作。在使用多凸輪功能時，凸輪軸只能固定使用一組CAM表，即PMsoft之CAM Chart 0、 1 、2 分別對應x、y、z三軸，如圖3所示。

 

多凸輪啟動與單凸輪相同，由X軸運動命令D1846寄存器來啟動。然而，不同的是要設定各凸輪軸的運動模式并開啟C200計數器以計算主軸脈沖數，以下先針對這三項做說明:

（1）D1846，D1846=H’2000啟動多凸輪運動，與啟動單凸輪周期模式相同。

（2）工作模式設定(X-D1847 Y-D1927Z-D2007)。在多凸輪時，須先將X軸之D1847之Bit12..11設定為01，而D1927與D2007則視Y、Z凸輪軸是否啟動來設定寄存器之Bit11。

（3）C200/C204計數器，設定并啟動C200/C204，多軸中斷插入電子凸輪會使C200/C20做為主軸的輸入信號，計數模式設定需配合主軸信號之脈沖形式。C200/C204計數模式設定如表2所示。

 

裝置	C200計數模式	裝置	C204計數模式
M1200=0, M1201=0	U/D*	M1204=0, M1205=0	U/D
M1200=1, M1201=0	P/D*	M1204=1, M1205=0	P/D
M1200=0, M1201=1	A/B*(1倍頻)	M1204=0, M1205=1	A/B(1倍頻)
M1200=1, M1201=1	4A/B(4倍頻)	M1204=1, M1205=1	4A/B(4倍頻)

 

第二臺20PM與第一臺的之間采用虛擬主軸方式連接，如圖4所示。

 

 圖4  虛軸處理示意圖

 

通過以上可以知道實現方式用一個虛擬主軸，(第一個20PM的Y軸），實現四個從軸無速度延遲同步。第一個20PM，兩個從軸，第二個20PM兩個從軸。第二個20PM一軸單獨動作。這樣可完全達到客戶四軸之間聯動，速度無延遲的絕佳效果。下面通過程序介紹具體實現方法及難點解決方案。

 

由上可知，通過一個虛擬主軸，多個從軸的方式這樣可完全達到客戶四軸之間聯動，速度無延遲的功能。但是曲線如何實現，下面通過程序介紹具體實現方法及難點解決方案。

軌跡如何示教。由于采用的虛擬主軸模式，而客戶常用的習慣是對實軸模式，即X、Y、Z、R到達每一位置后，采樣一點。而現在的模式是所有從軸模式必須跟蹤虛擬主軸來運行，  

虛擬主軸確定。采用方法為這四軸運動是必須與X或Y同步，在程序里，示教時把X或Y的坐標輸入到主軸作為虛擬主軸位置。其中，P1是示教子程序，P2為寫入凸輪表子程序。以下結合圖片具體講解如何保證程序的實現。圖5為P1、P2示意圖。

 

（1）記錄子程序里每軸點動，如圖6所示。

 

（2）把示教得到的值寫到放在D500-D900里，如圖7所示

          

 圖7 D500-D900示教值

（3）把示教得到的值寫到凸輪表里調用子程序2，如圖8所示。

 

（4）如此完成四個凸輪數據，剩下只需按凸輪表執行。圖9為示教及運行人機界面

 

3.1  設備整體外觀如圖11所示

 

 

3.2  設備側面如圖11所示

       

3.3  電氣控制如圖13所示

 

 

  目前，應用速度連續定位的系統越來越多，遍布各行業，20PM均有了大量成功案例，過去對于三軸有專門點膠機模式，通過這個案例可擴展到對多軸需要速度連續與位置準確的場合。

 

余強，出生于1969 年 12 月，畢業于安徽機電學院電氣工程系工業自動化專業，曾就職于信息產業部第八研究所和科大創新股份有限公司自動化分公司工程部，現就職于中達電通股份有限股份有限公司PLC產品開發處，主要專注于PLC在自動化的高端運用，包括各類機械設備的精密運動控制及工程項目的過程控制的研究與市場開發。