李 君

(東莞理工學(xué)院 計算機(jī)學(xué)院,廣東 東莞 523808)

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全自動高速分離及沖模系統(tǒng)設(shè)計

李 君

(東莞理工學(xué)院 計算機(jī)學(xué)院,廣東 東莞 523808)

設(shè)計了一種全自動高速分離及沖模系統(tǒng)，系統(tǒng)集成型、分離、自動放料和排管設(shè)計于一體。分析了多個模塊設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)基于DSP控制，設(shè)計了基于DSP控制CCD圖像采集及多個模塊，介紹了CMOS傳感器與DSP接口、觸摸屏、PC與DSP通信的實現(xiàn)以及基于可編程控制器控制模塊的設(shè)計等。結(jié)果表明,本系統(tǒng)具有速度高、可靠性高、無故障時間長、誤差小、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

分離及沖模； 觸摸屏； DSP； PLC

0 引 言

目前,國內(nèi)芯片封裝企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備主要是采用國外上世紀(jì)末的產(chǎn)品，而生產(chǎn)設(shè)備的性能指標(biāo)決定了IC的生產(chǎn)速度及產(chǎn)品質(zhì)量等指標(biāo)。國內(nèi)芯片封裝企業(yè)采用的這些設(shè)備主要是液動沖壓機(jī)，其成型與分離速度慢，工作噪聲大，生產(chǎn)精度也不高。筆者研制了一套全自動高速分離及沖模系統(tǒng)，該系統(tǒng)是集成電路生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)集成型、分離、自動放料和成品自動排管設(shè)計于一體，具有很高的自動化水平和生產(chǎn)效率，并且具有友好的人機(jī)界面、操作方便、人性化設(shè)計等特點(diǎn)。系統(tǒng)采用PLC控制伺服電機(jī)驅(qū)動凸輪帶動沖頭與傳送料片機(jī)構(gòu)同步?jīng)_壓機(jī)臺的方法，保證了進(jìn)料、收料、料匣、模具及抓手協(xié)調(diào)運(yùn)行，替代傳統(tǒng)的液壓驅(qū)動。使機(jī)臺成型與分離速度達(dá)到140次/min，平均無故障時間大于336 h，誤差小0.007 mm。通過相關(guān)傳感器及軟件控制可以判斷進(jìn)料料盤、進(jìn)料料架、收料料盤、收料架、抓手、模具的位置與狀態(tài)，實現(xiàn)全自動放料和收料設(shè)計，使生產(chǎn)自動化水平和產(chǎn)品生產(chǎn)效率大大提高。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全自動高速分離及沖模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由主工作臺、光學(xué)對準(zhǔn)系統(tǒng)工作臺、CCD、DSP、觸摸屏、PC、可編程控制器及伺服系統(tǒng)組成。CCD是一種半導(dǎo)體成像器件，通過CCD攝像機(jī)，IC圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上，把光信號轉(zhuǎn)換成電荷信號。根據(jù)光線的強(qiáng)弱，CCD積累相應(yīng)比例的電荷，經(jīng)外部采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號[1-4]。通過DSP TMS320DM642將所轉(zhuǎn)換的數(shù)字圖像與預(yù)先輸入的模板圖像進(jìn)行相應(yīng)匹配，并將匹配結(jié)果傳送到主控計算機(jī)。PLC根據(jù)計算機(jī)的處理結(jié)果控制伺服電機(jī)驅(qū)動凸輪帶動沖頭與傳送料片機(jī)構(gòu)同步?jīng)_壓機(jī)臺，可實現(xiàn)對IC的分離及沖模。通過由CCD、DSP、計算機(jī)組成的裝置辨識IC的方向性、引腳數(shù)、外型特征，并且提供多種模具可供選擇，提高了產(chǎn)品的合格和優(yōu)秀率。

圖1 全自動高速分離及沖模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

進(jìn)料與收料有上下前后運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)功能，模具(包括成型模具、切隔模具和分離模具)具有上下功能，可以根據(jù)料片產(chǎn)品編號更換不同的模具。通過相關(guān)傳感器及軟件控制可以判斷進(jìn)料料盤、進(jìn)料料架、收料料盤、收料料架、抓手、模具的位置與狀態(tài)(以進(jìn)料為例：進(jìn)料抓手上升位傳感器、進(jìn)料抓手前位傳感器、進(jìn)料抓手后位傳感器、進(jìn)料抓手打開傳感器、進(jìn)料料片上升最高位傳感器、進(jìn)料料片有無檢測位傳感器等等)。

2 模塊設(shè)計

2.1 CMOS傳感器與DSP接口的實現(xiàn)

CMOS選用的是MT9T001，它是一種具有QXGA格式的圖像器件，能捕獲連續(xù)視頻信號或單幀運(yùn)行的信號，利用I2C接口對信號進(jìn)行可編程處理[5-7]。DSP選用的是TMS320DM642，它是一種視頻和圖像處理的專用數(shù)字信號處理器。它具有3路視頻口，能夠配置各種視頻標(biāo)準(zhǔn)和捕獲模式。CMOS傳感器與DSP接口如圖2所示。

2.2 觸摸屏的實現(xiàn)

作為最便捷、廣泛使用的一種人機(jī)交互方式，觸摸屏可實現(xiàn)用戶和DSP嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)交互。系統(tǒng)選用四線制電阻式觸摸屏的A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7843，它經(jīng)過內(nèi)部多路選擇開關(guān)之后，通過A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)通過SPI接口輸出。AD7843和DSP芯片TMS320LF2407通過SPI協(xié)議連接。AD7843與DSP接口電路如圖3所示。觸摸屏工作流程圖如圖4所示。

圖2 CMOS傳感器與DSP接口電路圖

圖3 AD7843與DSP接口電路圖

圖4 觸摸屏工作流程圖

讀寫AD7843子程序:

Void mcbsp_write()//寫數(shù)據(jù)到AD7843

{

*(DXR11)=DATA0;

}

Void mcbsp_read() // 從AD7843讀取數(shù)據(jù)

{

*(DXR11)=0x0;

DATA0=*(DRR11);

}

獲取X、Y坐標(biāo)的子函數(shù)

Uint as7843_x(void)

{

Mcbsp_write(0x90); //將S標(biāo)志位置1，表示使能傳輸

Return touch_read();

}

Uint as7843_y(void)

{

Mcbsp_write(0xD0); //將S標(biāo)志位置1，表示使能傳輸

Return touch_read();

}

2.3 PC與DSP通信的實現(xiàn)

通過CAN控制器實現(xiàn)PC與DSP之間的通信，CAN控制器是用于各種設(shè)備監(jiān)測及控制的一種網(wǎng)絡(luò)[8-10]。PCA82C250T是驅(qū)動CAN控制器與物理總線間的接口，供電電壓為5 V，而TMS320LF2407選用3.3 V供電，因此加入電平轉(zhuǎn)換電路。TMS320LF2407與PC接口結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 TMS320LF2407與PC接口結(jié)構(gòu)圖

TMS320LF2407與CAN卡之間通信的系統(tǒng)初始化子程序如下:

Void system_init()

{

asm(“setc sxm”); //抑制符號位擴(kuò)展

asm(“clrc ovm”);

……

asm(“setc intm”); //禁止所有中斷

SCSR1=0X81FE;

……

IFR=0x0FFFF; //清除全部中斷標(biāo)志

}

2.4 基于可編程控制器控制模塊的設(shè)計

為了實現(xiàn)精確的速度和位置控制，系統(tǒng)選用伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動器,機(jī)械手的抓取與投放、芯片成型的壓力控制都通過伺服控制完成。可編程控制器選擇西門子公司的S7-200系列PLC，它具有緊湊的設(shè)計、良好的擴(kuò)展性、低廉的價格[11-15]。伺服驅(qū)動器選擇西門子公司的Sinamics S120，它集V/F、矢量控制于一體的驅(qū)動控制系統(tǒng)，其強(qiáng)大的定位功能將實現(xiàn)給定軸的絕對、相對定位。電機(jī)選用西門子伺服電機(jī)1FK，它是西門子永磁同步電機(jī)，具有高動態(tài)響應(yīng)、調(diào)速范圍寬、精確定位的特點(diǎn)，能滿足系統(tǒng)的要求?；赟7-200 PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖6所示。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計及實物圖

系統(tǒng)程序設(shè)計如圖7所示。CCD圖像采集實物圖如圖8所示。IC分離和自動排管實物圖見圖9。

圖6 基于S7-200 PLC閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖7 系統(tǒng)整體流程圖

圖8 CCD圖像采集實物圖 圖9 IC分離和自動排管實物圖

4 結(jié) 語

系統(tǒng)具有速度高、自動化、精度高、噪音低、可靠性高等特點(diǎn)，同時具有芯片/封裝/系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化、針對多系統(tǒng)目標(biāo)的容錯設(shè)計、自動檢測問題與排錯顯示、可測性優(yōu)化設(shè)計、嵌入式軟件設(shè)計、基于平臺的可預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計方法學(xué)、可重用、支持結(jié)構(gòu)化設(shè)計、模擬和數(shù)?；旌闲盘枴⒈阌诎惭b與維護(hù)等特點(diǎn)。以國際領(lǐng)先技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)選用最先進(jìn)的材料和元器件完成系統(tǒng)設(shè)計，大量傳感與檢測模塊實時檢測機(jī)臺運(yùn)行情況，并通過液晶顯示。友好人機(jī)界面觸摸控制與液晶顯示，可顯示機(jī)臺狀態(tài)。采用成型與分離機(jī)臺協(xié)調(diào)控制設(shè)計、先進(jìn)的閉環(huán)隨動驅(qū)動和定位技術(shù)、全封閉設(shè)計、高精度刀具，提高了精度，減少噪音影響(噪音<60 dB)，使成型分離誤差小0.007 mm。

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Design of Fully Automatic Separation and Punching Die System

LIJun

(College of Computer, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China)

A design of fully automatic separation and punching die system was given. The system can place and separate the molding, and automatically feed and exhaust pipe. Key techniques was multiple modules design method which was analyzed. This system was based on DSP control. Image acquisition of CCD based on DSP and many modules were devised. This paper mainly introduced the implementation of the CMOS sensor and DSP interface, the realization of the touch screen, the realization of PC and DSP communication, the design of control module based on PLC and so on. Experiments showed that this system had advantages of high rate, high reliability, long trouble-free, little error and easy operation.

separation and punching die; touch screen； DSP； PLC

2015-01-08

國家自然科學(xué)基金項目(10890095)；東莞市科技計劃項目(201010814001)

李 君(1974-)，女，湖南湘潭人，本科，工程師，研究方向為嵌入式系統(tǒng)、自動控制等。

Tel.:13423036612；E-mail：hushenghusheng20@163.com

TP 274.2；TH 715.1

A

1006-7167(2015)10-0055-04