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三菱Q系列定位模块在高速高精度定位系统中的应用

发表于:2019-07-03 09:11 作者:新闻小编 来源:新闻小编

一. 概述

  随着现代工业的发展,对于产品制造加工所要求的精度越来越高,特别是在电子工业中,所要求生产加工的精度要求很高,在现代日常生活中,许多日用电子产品的更新换代特别快,所用的研制开发、生产周期特别短,而在此环节中,生产环节就显得尤为重要,所以就对生产设备的要求也就越来越高,生产设备要能够适应多种不同产品的生产,特别是新产品的生产适应能力,还要能够保证产品的精度。在TFT生产中,在基板完成电路印刷等一系列的工作以后有一道工序,就是基板的切割,因为在前道生产根据设备和工艺的要求是一块比较大的基板,在一块大的基板上可能有好多块小的基板组成,这根据制造面板本身的用途来定。如手机面板,目前在生产的一块大的基板上有30到104块不等的小的基板组成,这还要根据手机面板的尺寸来定,如图1所示。经过切割以后,变成一片一片小的基板,如图2所示。从图2可以看出,基板由两层玻璃组合而成,在两层之间有印刷电路,而且在切割的时候上下不是在一条线上,而是成一个阶梯状,在TFT面的A处有印刷电路端子,切断过程中绝对不能碰伤端子。在如图3中所示,A-F中5个尺寸精度要全部达到0.1mm,并且切断后在基板的边缘不能有毛边,这样就要在切断过程中要很好的控制压力、切入量,根据不同玻璃材质就要设定不同的压力和切入量,另外切断的步骤也是比较重要的,一般都采用的步骤是:①CF面 切②TFT面 剖③TFT面 切④C F面 剖。在现在划线设备中都是采用的多把刀(以前都是单刀作业),一般在5-7把刀,此系统中采用了5把刀,在此系统中刀的切入量和左右运动都采用伺服系统来控制,而且都采用了高速运动,这样能够大大提高工作的效率。

二. 系统组成与工作原理

  2.1  系统的硬件组成

  图3是本系统整个控制系统的原理图,本系统采用Q06H CPU为控制单元,QD75D4和QD75D2为伺服系统的定位单元,还采用了两个QJ74C24通讯模块单元,其中一个与人机界面(A970GOT)连接,另外一个和画像处理系统连接,画像系统主要用于Mark点(也就是标记点)的识别,然后产生一个偏差的补正值。另外与QJ74C24相连接的PC1机是系统机械参数、工作参数设定以及切断程序编制的专用机。PC1与PLC之间的通讯使用的是专门的通讯程序软件。本系统的工作方式是采用偏差补正的方式。对于一个新的品种,首先要进行Mark点的识别,登录,MARK点的形状可以随意,但一般采用的是十字为Mark点标记,如图4所示,就是画像处理系统对Mark点的认识过程,认识后产生一个偏差补正量,根据偏差量计算出基准位置。

  2.2  软件设计

  本系统采用的是A970GOT人机界面,在本系统中人机界面起了非常重要的角色,是其他任何器件都代替不了的。人机界面总共有218个画面组成,主要分两大部分:一是正常的操作人员操作的主画面,二是设备维修、调试人员进入的特殊功能画面,此画面只有工程师级身份人员才能进入,它的参数直接影响设备的正常工作,图6为特殊功能画面的结构图,其中主要是参数设定方面,这里主要介绍轴的位置参数设定,在本系统中最主要的部分就是伺服系统,它是保证系统精度的核心,伺服系统的参数、数据设定是非常复杂的,图6为伺服系统参数设定的基本框架结构图,基本参数主要是单位设定、1脉冲的相当移动量、脉冲输出模式、转动方向、速度限制值、加减速时间、马达选择。详细设定除了对上面叙述中一些进行了详细设定以外,还对其他的功能进行了设定,如M代码的取码模式、速度模式、JOG运转、手动脉冲的选择、圆弧误差补正等等。原点复位参数设定主要是复归的方式、方向、原点地址、速度。定位用数据就是我们所要求系统如何去工作、工作的步骤、数据等内容。伺服系统的工作主要是对内部寄存器的地址进行操作,主要分为参数区、监视区、制御数据区、定位数据区、PLC的CPU内存区、块传送区几个部分。在图5系统图中对各个位置的设定(QD75)主要是对基本定位数据的设定,包括定位识别子、M代码、指令速度、定位地址/移动量、突停减速时间、圆弧地址,其中每轴共设定了30点位置,这样可以有效的适应系统切割复杂程度不同的基板。在人机界面的软件设计中,把与伺服系统相关的定位数据参数直接编写在画面中,可以有效的对系统进行调整,改变,在系统中不仅仅上面的这些数据,另外与定位有关的参数设定还有很多,在这里就不一一列举,本系统是一个非常复杂的系统。

  2.3   系统的工作原理

  系统在机械参数设定好后,首先根据基板的划线数据进行编程,确定划线的数据、MARK点的数据、使用刀的数量、每把刀划每条线的压力、划线的次数等, 以上参数有专门的软件进行编辑。编辑完成后再通过PC1输入PLC 的CPU,在完成数据的编辑后,软件回自动生成切割的模拟画面,确定基板划线的每一步由哪几把刀去做,在完成这一系列的工作后,就要放入基板试作划线,根据系统设定,在放入基板后按下启动按钮,基板平台会自动把基板送到影像处理系统的CCD的下面,在监视器上面看到的就如图4所示,在MARK识别中与系统设定会有一个的偏差,根据这个偏差系统进行补正,现介绍一下补正过程,如图7, 以第一把刀为例,刀1原点与CCD原点的X向距离D1在系统中设定为一定值,刀1与刀1原点的距离D2为在编制程序是产生,也为一定值,CCD原点与现在CCD之间的距离D3,在编制程序时有一个MARK的坐标值,D3即为基板的X向MARK坐标,D4为MARK点与刀1划基板第一道线X向距离,在理想状态下为一定值。即可以得出D1+D2=D3+D4,其中D1、D2为固定值,假设D5为CCD识别MARK点的动态坐标,偏差补正为△d,可以得出D5=D3△d,如在理想状态,CCD识别MARK点的X向坐标刚好为D3,即D5=D3,而每块基板在放置的时候位置绝对会不一样,所以都会有一个偏差△d,根据△d每次在CCD识别MARK点后向刀1移动的距离为D4△d,这就是偏差补正的过程,其他的刀原理也是这样,在偏转划线时也是根据CCD第一次MARK识别的坐标了确定的。在划完了TFT面后,在 CF面对TFT面进行剖断,然后在CF面划线,再在TFT面对CF进行剖断,这样就完成了对基板的划线。

三. 技术性能和特点

  1. 系统采用了与人机界面相结合,使得系统的布线简单、简洁。

  2. 采用了QD75系列的伺服系统定位单元,系统的度精能够达到0.01um。

  3. 伺服系统的输出系统具有集电极开路输出和差分输出两种工作方式,在应用时可以根据需要进行选择。

  4. 系统的定位范围比较宽,单位可以用um、英寸、度设定。控制系统也比较多样化,能够实现PTP控制、跟踪控制、速度控制、速度-位置控制、位置-速度控制,根据系统的需要可以选择不同的控制系统,另外,还具有圆弧插补功能。

  5. 系统响应的时间比较短,因而减少了不同步产生的机会。

  6. 系统采用了影像处理系统,这样就提高了系统的精度,对于一些要求不高的场合,系统在工作时影像系统可以选择不使用,但这样可以减少时间,增加工作的效率。

  7. 本系统采用了多刀工作方式 ,这样大大的提高了工作的效率,但同时增加了系统在设计时的复杂性,

  8. 另外,QD75系列的伺服定位单元具有预读起始功能,这样可以减少定位起始的时间,可以保证快速多种应用的定位。对于QD75系列的定位单元还专门设计了设置/监控软件QP(GX-Configurator)这样便于定位参数的设定,定位数据的生成和监控。

四. 结束语

  本系统是一个比较复杂的系统,在定位方面要求比较高,它的主要工作部件就是伺服系统,对于伺服系统与PLC的编程是比较复杂的,而系统完成后,对于操作人员来说操作是非常简单的。

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