一．系統概述
插片工序是晶振等電子元器件封裝過程中的一個重要工序，用旋轉吸嘴拾取散裝的石英晶片,通過視覺處理系統,進行位置和角度自動補正后，將石英晶片按照指定的方向整齊放置到統一的鍍膜盤中供下一道工序使用。傳統的插片機使用旋轉式電機做驅動主軸及單個吸取的方式，限制了插片速度，最高只能做到0.67個/秒。而步進科技推出的新型設計方案中通過對主軸及吸取方式進行的創造性改造，使用直線伺服電機作為主軸，采取獨特的4頭循環吸取方式，大大提高了速度及精度，設計速度達到1.25個/秒，取放料精度達到0.01mm。同時系統采用基于CANopen總線的多軸控制，實現了單臺PLC對10個軸的控制，高效的通訊速度不僅實現了電機的同步，同時降低了系統的安裝及維護復雜性。
二．工作原理
插片機主要工序：
1）識別散料：移動攝像頭及散裝料盤，通過視覺系統查找料盤上散料位置，根據識別位置移動吸嘴；
2）取料：四吸頭順序吸取散料，沿主軸方向運動到放料位置；
3）調整位置及方向：主軸傳動過程中再次進行單個散料位置識別；
4）料盤進給：鍍膜盤延軸移動到物料吸放位置；
5）放置到料盤：根據單個位置的的識別，進行角度調節到統一方向后放入鍍膜盤。
三.方案框架圖
如圖所示，在十軸的插片機伺服控制系統中，主控制器采用的是Beckhoff PLC BX 9000, BX9000以太網口連接高速數字圖像檢測儀（Keyence CV2100）、CANopen通訊口連接10臺不同型號的Kinco智能型伺服驅動器，完成閉環控制。Kinco ECOVARIO高性能伺服驅動器用來控制主軸的直線伺服電機，以實現快速、高加速度、高定位精度的運動要求，一臺Kinco ED200 伺服驅動器和八臺Kinco ED100伺服驅動器則分別控制散料盤移動電機、鍍膜盤移動電機、相機移動電機、四路吸頭旋轉電機、進/出鍍膜盤升降電機，完成散裝料盤的進給、攝像頭移動、吸頭旋轉定位及鍍膜料盤的進給升降動作。系統還配有eView 5.7” 彩色TFT觸摸屏(MT5300T)，通過以太網口與BX9000進行通訊，實現對設備控制的操作和運行數據的監控。系統通過CANopen現場總線以1Mbps速率進行通訊，很好滿足了實時性的要求。
四．配置表
控制特點
控制器：Beckhoff PLC完成邏輯控制、位置閉環、以太網及CANopen通訊，系統穩定可靠，編程簡單。
BX9000系列PLC是Beckhoff公司推出的具有多通訊方式和強大處理能力的中型PLC。通過其CANopen端口連接ECOVARIO 及ED系列驅動器組成的CANopen現場總線網絡，實現了多軸、高速通訊系統。BX9000以太網口連接Keyence CV2100高速數字圖像檢測儀和MT5300大大提高了系統位置控制環的通訊和顯示速度。
主軸移動電機：由Kinco SLM-025-244-000直線電機實現，直線電機不同于傳統旋轉伺服電機，由于直線電機和負載之間無需傳動結構，省略了傳動部分帶來的機械慣量，電機具有速度快（在規定的行程內，可產生大的加減速）、效率高、適合頻繁啟停的特點。本系統主軸設定速度為1.5m/s時，加速度可達到107m/s2，加/減速過程中電機不抖動，定位精度達到5um。
現場總線通訊：通訊速率高達1M的CANopen總線，基于CAN BUS的應用層協議，具備抗干擾性強、高速、實時的優點。通過PDO、SDO、NMT等通訊對象，非常方便總線的管理和應用。Kinco的ECOVARIO 及ED系列驅動器提供了支持CANopen通訊的型號。CANopen最大支持127個從站節點，完全可以滿足本系統10個電機的控制要求。本系統獨創的4個吸頭的設計構想也基于CANopen總線支持多節點的特點。
傳統設計中對各個電機控制采取脈沖控制的模式，普通PLC支持2路到4路脈沖輸出，4路以上多軸系統只能采取增加脈沖模塊或通過RS232/485串連多個PLC進行控制。采用多個PLC控制的方法增加了系統設計的復雜性，PLC之間通訊速度也影響了系統的響應速度。另一方面脈沖控制易受干擾，在設備周圍存在大的干擾源如大功率變頻器時系統通訊會受影響容易產生丟脈沖等現象。
五．結束語
高性能直線伺服電機，省去了機械傳動部分，電機運行加減速有了較大的提高。采用CANopen總線系統進行多軸控制，不僅提高了設備生產能力，同時增加系統配置靈活性。系統達到了高性能、維護方便、成本經濟的特點。隨著新型插片機性能的不斷提高，直線電機結合CANopen現場總線的設計方案在電子元件封裝行業中應用將更加廣泛和深入。
