高速高精度填盘机智能控制系统研究

段业宽　(江苏省常州技师学院,江苏　常州　213032)

高速高精度填盘机智能控制系统研究

段业宽
(江苏省常州技师学院,江苏常州213032)

传统的填盘组装作业需要大量的人工，且填盘效率不高。本文基于可编程控制技术，开发了填盘机人机界面（HMI）、影像定位系统，并对其整体系统与结构进行研发，实现数据实时采集，快速准确定位，达到精确填盘作业，并在企业中得到良好的应用。

填盘机；人机界面；影像定位系统

0　引言

在机械行业电子器械零部件的精密组装作业中，往往需要将许多杂乱无序的微小零件，如微型芯片，有序地排列放置到治具中，以便后续工序快捷顺利地衔接。传统的填盘过程自动化程度不高，生产流水线需要较多的人工参与，效率与精度低。本文基于可编程（PLC）控制技术，研发由PLC、人机界面、影像定位系统构成的智能化填盘设备，并采用软件编程实现定位、检测、填盘作业的智能化，保证了填盘组装的速度。

1　系统整体方案设计

高速填盘机主要由影像定位机构、真空吸附机构、滑台驱动机构组成。载料托盘、吸附机构、影像定位机构和治具分别固定于四架滑台上，由四台伺服直线电机分别驱动来实现位置移动。根据填盘工艺过程，在系统整体复位以后，首先是滑台中的直线马达启动，控制定位影像系统对拾料盘上的芯片进行信息采集，坐标定位，并将采集的信息发送给PLC，PLC根据反馈信息控制滑台中的直线马达动作，由吸嘴对定位到的芯片进行吸附。

2　系统的硬件结构与功能

2.1系统硬件结构

系统采用下位机，上位机控制系统。直线电机为动力装置，单动力旋转吸嘴为控制输出装置，辅以传感器、继电器、交流接触器、空气开关以及其他辅助元件构成了整个系统的电控部分。硬件系统由信号采集模块、信号转换与通讯功能模块，上位组态功能模块等构成。在整个定位、吸附、检测过程中，PLC除与马达驱动控制马达实现位置移动，同时PLC还需要与上位机进行数据通信，实现影像系统定位的坐标值与PLC程序之间的转换。检测芯片坐标值的位置传感器采用的是光电传感器，直接与PLC的输入相连。

2.2系统的硬件功能

系统选用三菱Q64ADPLC，具有4096点的最大输入输出点数，252K的最大程序存储器容量，可以满足系统的操作控制要求。在PLC系统中采用的是Q 61P电源模块，可以实现输入电压从AC100V 到AC120V的变化，不仅可以用于PLC各模块的集成电路供电，同时还可以为输入电路提供24V的工作电源。触摸屏采用三菱GT1155-QTBD，可以实现显示、运算、通讯全方位的高速化。且整个人机界面操作简单，管理功能强大，可以实现信息的及时有效反馈。

影像系统的数据分析是填盘机的核心部分。该系统中有两类影像系统：定位影像系统和检测影像系统。主要完成数据的采集，坐标的处理以及吸嘴中心点吸附位置的校正。其主要功能如下：

（1）数据采集：定位影像系统检测拾料盘上的最优产品数是否为6。满足要求时将当前影像摄取范围内的芯片的坐标（X、Y）和角度（θ）等坐标信息反馈给PLC，并显示在显示器上。达到坐标检测精度低于0.01mm，角度检测精度低于0.05度。

（2）坐标处理：影像系统通过内部设定的芯片中心点的坐标值与采集到的信息进行比对，得出数据误差，为后续坐标调整做好数据准备。

（3）位置校正：位置校正其实并不是对吸嘴吸附芯片中心点位置的校正，当检测影像系统检测出吸嘴吸附位置与设定值存在偏差时，PLC反馈信息，控制系统两个直线马达运动，从而通过吸嘴以及治具盘的坐标补偿，完成精确填盘。实现坐标检测精度低于0.01mm，角度检测精度低于0.02度。

3　系统软件设计

3.1PLC控制程序设计

系统软件主要包括PLC控制软件和HMI人机界面软件。对于PLC的输入点信号主要有传感器的信号以及远方控制信号，系统部分开关的状态信号。数字量输出信号主要是电磁阀的信号，以及电机驱动信号以及线圈的控制输出线圈信号。在PLC控制软件的编写中，主回路的的整体结构具有很强的逻辑性，交流接触器和继电器与主回路之间存在互锁关系，依此为依据我们可以用许多小的子程序分别描述系统不同功能的主要电控元件，对各个子程序的扫描执行顺序进行编排整合以后加入整个主程序之中，实现系统电气主控回路的要求。

在系统的控制程序中，初始化的子程序主要完成对时间和计数寄存器、输入输出点、中间变量等的复位功能。辅助开关的子程序主要完成操作控制的逻辑判断和操作保存。报警信号扫描子程序主要完成对各个环节电气控制元件发生故障时的报警功能。

3.2控制系统人机界面设计

控制系统的人机界面采用了三菱公司GT115-QTBD触摸屏，为了实现人机界面触摸屏与PLC的通信，首先要确定一个物理层通信介质。触摸屏与PLC的通信连接线，选用三菱Q系列的PLC8针圆形母座插头专用通信电缆，以建立触摸屏和PLC之间通信介质的硬连接。

4　结语

针对当前机械式填盘组装设备存在的不足，研发了具有智能控制系统的高速高精度填盘机，使得操作系统方便、准确、快捷，在系统运行过程中的数据检测和记录更加准确和全面，为坐标位置定位以及吸嘴吸附数据的采集和分析提供了可靠的依据，极大地提高了填盘精度，实现了填盘过程的自动化和精确化，且设备在实际应用中取得良好的效果。

[1]王青青，杨利峰，张青，张明.可编程控制器在GIS开关设备只能控制系统中的应用[J].江苏电器，2008(08):014.

[2]赵勇强，倪俊芳.基于可编程控制器自动贴标机的研制[J].江苏电器，2008(02):58-60.

[3]张还，李胜多.三菱系列PLC控制系统设计与应用实例[M].北京：中国电力出版社，2011.