Quad QSP-2型贴片机运动控制系统的改造设计与实现

论文摘要

SMT贴片机是电子制造业常用装备,贴片机的核心技术是计算机控制技术,运动控制系统是计算机控制系统中的一个主要部分。由于多种原因,国内贴片机研发及生产几乎是空白,贴片机全靠进口。国外公司通过核心技术和生产装备的垄断,赚取了高额的利润。本文通过对Quad QSP-2型贴片机的深入了解,在详细分析贴片机运动控制系统控制原理与系统组成的基础上,本着因地制宜、多快好省的原则,确定了控制系统研制的自主研发方案。方案要点:（1）利用Quad QSP-2型贴片机的机械结构平台。（2）更换原贴片机落后的控制系统硬件。（3）在新的控制系统硬件基础上自主开发贴片机运动控制系统的底层驱动程序。具体工作:1、设计实现了贴片机运动控制硬件系统,包括驱动、控制、定位与保护这四大部分。2、通过实验确定了贴片机主轴伺服电机工作参数,设计了X/Y轴驱动电路以及Z轴伺服驱动器。3、开发了工控机与运动控制器的主从控制系统,实现了三轴的运动控制功能。4、采用开放式光栅尺作为位置检测装置实现了贴片机的全闭环定位功能。5、开发了贴片机运动控制系统的底层驱动程序,实现了贴片头在闭环模式下的三轴运动功能。6、设计了带有速度前馈和加速度前馈的数字PID控制器,通过实验数据的采集、分析和研究,验证了此贴片机三轴运动控制系统能达到较高的运动精度和速度要求。本文比较详细地纪录了方案的实施过程,讨论了方案实施过程中所遇到的困难、问题和解决的方法,总结了在本次科研实践中成功与失败经验教训,为下一步的研发工作奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 贴片机概述及研究意义
• 1.2.1 表面贴装技术概述
• 1.2.2 贴片机概述
• 1.2.3 研究意义
• 1.3 国内外研究状况
• 1.3.1 贴片机国内外研究现状
• 1.3.2 贴片机运动控制系统国内外研究现状
• 1.3.3 对Quad QSP-2 型贴片机的研究
• 1.4 论文的内容安排
• 第二章 贴片机运动控制系统的总体改造设计方案
• 2.1 论文的研究重点
• 2.2 贴片机运动控制系统分析
• 2.2.1 贴片机各轴运动分析
• 2.2.2 贴片机运动控制系统分析
• 2.2.3 贴片机运动控制系统的组成
• 2.3 贴片机运动控制系统的设计要求及指标
• 2.3.1 设计要求
• 2.3.2 技术指标
• 第三章 贴片机运动控制系统的硬件设计与实现
• 3.1 贴片机运动控制系统机械结构的再利用
• 3.2 贴片机主轴伺服电机的选型与研究
• 3.2.1 主轴伺服电机运行要求分析
• 3.2.2 贴片机主轴伺服电机选型
• 3.2.3 无刷直流电机的结构
• 3.2.4 Quad QSP-2 型贴片机无刷直流电机引线及工作参数的确定
• 3.3 贴片机电机伺服驱动器的选型与设计
• 3.3.1 驱动原理
• 3.3.2 贴片机电机伺服驱动器的选型
• 3.3.3 基于AMC B30A8 伺服驱动器的X/Y 轴驱动电路的设计与实现
• 3.3.4 基于ML4428 芯片的贴片机Z 轴驱动器的设计与实现
• 3.4 贴片机运动控制器的选型与实现
• 3.4.1 运动控制器的选型与论证
• 3.4.2 固高GT-400-SV-PCI-G 运动控制器的研究与控制方法
• 3.4.3 贴片机控制电路的设计与实现
• 3.5 贴片机贴片头定位系统的研究与设计
• 3.5.1 技术指标及位置检测装置的选择
• 3.5.2 光栅测量原理
• 3.5.3 光栅信号分析器的设计及RSF MS44 光栅尺工作参数的确定
• 3.5.4 贴片机定位系统的设计与实现
• 3.6 贴片机限位装置的设计与安装
• 3.7 贴片机电源系统的改装与设计
• 第四章 贴片机控制系统底层驱动程序的设计与调试
• 4.1 操作系统平台以及编程语言的选择
• 4.2 贴片机单轴闭环控制系统底层驱动的设计和程序分析
• 4.2.1 贴片机控制系统的初始化
• 4.2.2 梯形曲线闭环模式下的运动功能实现
• 4.3 贴片机双轴插补运动系统底层驱动的设计和程序分析
• 4.3.1 贴片机双轴坐标映射
• 4.3.2 贴片机插补运动合成速度、合成加速度及单段轨迹运动设置
• 4.4 贴片机三轴贴片运动系统底层驱动的设计和程序分析
• 4.5 系统可靠性设计
• 第五章 贴片机运动控制策略初探与系统精度分析
• 5.1 贴片机运动控制系统PID 算法研究
• 5.2 带有速度前馈和加速度前馈的数字PID 控制器的设计
• 5.3 贴片机运动控制系统PID 参数的调节
• 5.4 试验结果与运动精度分析
• 5.4.1 运动精度的评定指标
• 5.4.2 贴片机精度测量与分析
• 第六章 总结与展望
• 附录 I 科技查新报告
• 附录 II 贴片机运动控制系统电路设计图
• 附录 III 速度采样数据（部分）
• 附录 IV 运动精度测量数据
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢
• 详细摘要