PLC和伺服控制技术下的自动点胶机设计和应用研究

PLC和伺服控制技术下的自动点胶机设计和应用研究

谢宝琳

深圳华海达科技有限公司

摘要

在当前工业生产加工过程中，点胶机作为一种要求多轴协同控制与精确控制点胶的部位和流量的系统。在目前科学技术中，点胶机就是借助机器视觉技术的方式来明确点胶的部位，然而这类方式无法准确控制点胶的流量与位置偏差的情况。所以，基于PLC与伺服控制技术的自动点胶机设计有着十分关键的作用，论文以PLC控制器作为中央控制设备，三轴独立配备了伺服驱动电路模块，进而能够对于点胶流量与部位进行准确控制，在点胶机的加工生产工艺中有着非常关键的意义。

关键词：点胶机、全自动控制技术、PLC控制器、伺服

前言

目前，点胶技术在集成电路的封装和表面贴装行业获得了大规模使用，并且还是微电子封装领域的一种核心技术。在液体流量精确控制行业中，点胶机属于一类精密仪器，其在汽车电子、芯片封装、电磁兼容性、防水密封、音响设备、电子元件的粘贴等行业获得了广泛使用。最近这几年以来，电子芯片与封装尺寸从大到小，使得点胶技术获得了迅猛发展。如今，自动点胶机使用三轴机器人和外部点胶控制器，其运作机理见下：三轴机器人根据事先设置的点胶方法，在设备运动完成之后，点胶控制器的信号和电磁阀打开，从而做出点胶操作，三轴机器人和外部点胶控制器要求通信与协调，三轴机器人拥有主运动控制系统、执行系统、伺服电机、指令程序、丝杠与导轨相协调。这种方案面临下面几种情况：首先，就是生产投入过多，没有良好的互换性，如若系统板受损，必定将提高维修难度，造成维修时间不断延长；其次，就是胶管中含胶量不多，使用结束后无法自动灌胶，要求人为控制点胶路线，整套流程较为复杂，需投入一定的人力，并且操作效率不高。所以，基于PLC与伺服控制技术的自动点胶机设计与应用研究有着较为广阔的发展空间。

一、自动点胶机的发展前景

在国家经济不断增长的背景下，自动点胶机领域也面对着良好的发展机会，目前自动点胶机在各大行业都获得了大规模使用。按照相关部门的调研，在下面领域获得了广泛使用，也就是: 空中设备、轻工、石油、化工、环保、电力等。它通过压缩空气将胶水注入进料管内，和活塞进行连接。当活塞向上运动时，其中全部是胶水。当活塞向下推时，胶水完全被推出点胶头，设备开始点胶，其自动化水平远超半自动点胶机，从点胶成效角度进行分析，其品质更佳，自动化水平较高，使用领域也在逐步增多，生产工艺也在持续优化。但是，自动点胶机仍有更加广阔的发展空间，这类市场即将被覆盖，也就是自动点胶产品。例如: 煤矸石综合利用、新型干法熟料技术改造工程、烟气脱硫、垃圾焚烧热电联产、高炉喷煤、温室配煤机改造等行业。

二、自动点胶机的设计理念

自动点胶机控制系统主要是由图像处理机构、图像采集机构、测量系统标定模块、PLC控制器、Y轴伺服电机、X轴伺服放大器、X轴伺服电机、Y轴伺服放大器、Z伺服放大器与Z轴伺服电机共同构成。

图像采集单元主要就是由光源控制器、工业摄像机、照明光源和光学镜头，图像处理单元和光源控制器电性相连，光源控制器和照明光源电性相连，主要用来对于光源进行操作，照明光源的功能就是为光学镜头进行照明，图像处理模块利用输出接口和工业摄像头相连，光学镜头设置于工业摄像机，测量机构的标定模块和PLC控制器电连接，PLC控制器利用X轴伺服放大器和X轴伺服电机电连接，PLC控制器利用Y 轴伺服放大器和Y轴伺服电机电连接，PLC控制器利用Z轴伺服驱动器和Z轴伺服电机电连接。

图像采集模块就是对于图像数据进行采集处理，对于获取的图像做出去燥、对比度增强与图像形态学操作，实现图像的早期处理，为后期处理提供优质图像数据，之后借助科学的光源设置，提高目标范围的对比度。

图像处理单元就是对于获取的图像做出迅速处理，主要包含图像显著性目标检测处理，还有平滑、形态学操作，获取分布位置的中心坐标。校正模组就是用来明确摄像机的解析度、像素所代表的距离，还有摄像机图像坐标系和移动平台坐标系之间的关系。模组校正结束之后，不得将校正模组拿走，能够马上对于待测物做出检测处理，尽量减少再次设置和移除校正模组投入的时间。

工业摄像机选择USB工业级相机，1394相机，GigE相机。GigE 相机的输出接口为GigE Vision接口，也是选择GigE以太网协议开发推出的标准接口。GigE视觉接口在制造阶段中，尤其是在机器视觉的使用过程中，借助标准电缆能够达到人们对于图像的长距离迅速传输要求，其能够借助各大厂商的硬件与软件设施实现互操作。GigE Vision标准接口的特征就是数据传输速度较快，并且难度不高，最多能够实现每秒1,000兆位，传输距离能够实现100米。

附：自动点胶控制系统示意图

自动点胶机设备就是包含点胶机箱1，其顶端和固定板2相连，固定板2底端的两边都和支撑杆10相连，支撑杆10的底端和机箱1的顶端相连，固定板2顶端的两边都是和X轴移动单元3相连，X轴移动单元3的输出端和机械手4相连。

机箱1顶端的两边都和固定单元5相连，其内侧和点胶单元6相连，并且点胶单元6的底端和机箱1的顶端相连，机箱1顶端的中部和振动盘8相连，振动盘8的输入端和输送单元7相连，振动盘8的输出端和料台9相连。

利用输送单元7把探针传输到振动盘8中，振动盘8利用振动把探针自动有序定向排列平整、及时运输至料台9中，X轴移动单元3能够让机械手4左右运动，机械手4对于探针做出抓取操作，使探针运动到点胶单元，点胶单元6把胶水注入探针，固定单元5能够对于电路板做出固定处理，之后机械手4把探针插进电路板中做出固定处理，能够做到自动上料、自动点胶与固定，自动化水平较高，确保了产品的良品率和高品质。

附：自动点胶机硬件结构示意图

三、自动点胶机的创新点和性能指标

（一）创新点

1、利用系统使得各项数据能够输进PLC控制器内，PLC控制器把其形成的控制信号输进三个伺服放大器内，同样地，该控制器能够将运作状态显示出来。这种控制系统只要一种PLC就能实现自动定位与分配，自动分配器的控制系统的电路并不复杂，投入成本不高，生产与维护时间没有那么长。

2、控制单元选择主控板、工控机h和 PLC控制器进行设计，其结构较为科学，能够减少其中的生产投入，并且使用分级架构进行设计，为设备维修给予了便捷，并且设备运作较为有效。

3、利用输送单元把探针传输到振动盘中，振动盘利用振动把探针自动有序定向排列平整、及时运输至料台中，X轴移动单元能够让机械手左右运动，机械手对于探针做出抓取操作，使探针运动到点胶单元，点胶单元把胶水注入探针，固定单元能够对于电路板做出固定处理，之后机械手把探针插进电路板中做出固定处理，能够做到自动上料、自动点胶与固定，自动化水平较高，确保了产品的良品率和高品质。

4、该自动点胶机，利用X轴移动单元的配备，伺服电机运作，借助减速设备推动驱动组件减速运作，能够让滑块在导轨上来回运动，利用安装块让机械手来回运动，这是为了更好地对于探针部位进行移动与抓取。

（二）性能指标

外观：以铝型材料作为主体结构，拥有较强的抗腐蚀性、电导率、非铁磁性与热量率，机身有着较强的抗变形性。

自动对针校准模块：精确度达到0.01mm，5S自动实现对针校正。

激光测高：利用（单点、两点与三点测高）对于点胶高度进行测量，实现点胶偏差补偿，确保设备的点胶良率。

XYZ三轴行程范围：475*475*75；

点胶区域：350*475；

定位精度：±0.02mm（X,Y），±0.02mm（Z）；

参考文献：

[1]肖守柏.基于机器视觉的三轴点胶机定位控制系统的设计与实现.数字技术与应用.2014-08-15

[2]潘杰.基于自动点胶机控制系统的设计与实现.装备制造技术.2011-05-15

[3]程方; 张曦; 张金松.基于机器视觉的点胶机定位系统.机械设计与制造.2013-03-08

[4]李敏.多工位晶体装配机的设计与分析.机械电子工程.2012