《電子技術(shù)應(yīng)用》
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全自動(dòng)六軸玻璃打孔案例解析
摘要: 本文詳細(xì)地介紹了應(yīng)用于太陽能光伏電池覆蓋鋼化玻璃板流水線上作業(yè)的打孔工藝,幫助用戶實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能,。
Abstract:
Key words :

自2005年開始,我國的發(fā)電行業(yè)便面臨煤荒導(dǎo)致的電荒,。如今,煤電帶來的環(huán)境污染,、全球變暖以及我國承擔(dān)的減排任務(wù)都迫使我們必須尋求解決電源困局之道,,調(diào)整能源結(jié)構(gòu),優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電是現(xiàn)今技術(shù)條件下的最佳選擇,。本片案例是為太陽能光伏電池覆蓋鋼化玻璃板流水線作業(yè)打孔,,設(shè)備加工精度,效率要求高,,在不降低性能的前提下,,最大程度的控制了成本。

1  設(shè)備概況

全自動(dòng)玻璃打孔機(jī)包含6顆伺服,、定位軸,、X1及X2送料軸、Y軸,、Z1軸,、Z2軸。具體如圖1所示,。

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圖1 全自動(dòng)打孔機(jī)示意圖

(1)定位軸:選用玻璃精確定位(B2伺服*1),,經(jīng)減速機(jī)后由絲杠傳動(dòng)。計(jì)算打孔點(diǎn)到玻璃邊沿距離,,定位到位置后,,放下?lián)鯄K,實(shí)現(xiàn)玻璃板的精確定位,;

(2)X軸:玻璃傳送(B2伺服*2),,經(jīng)減速機(jī)后直接驅(qū)動(dòng),。高摩擦力傳送帶,,同時(shí)配合壓夾裝置,,保證玻璃板傳送方向,傳送帶的位置和速度由前后兩個(gè)伺服控制,,通過計(jì)算打孔點(diǎn)到玻璃邊緣的位置,,傳送帶定位到對(duì)應(yīng)路徑位置;

(3)Y軸:打孔鉆頭定位(A2伺服*1),,經(jīng)減速機(jī)后由絲杠傳動(dòng),。鉆頭安裝在Y軸上,根據(jù)Y坐標(biāo)點(diǎn),,計(jì)算打孔點(diǎn)到玻璃邊緣的距離,,控制Y軸的位置和速度到達(dá)指定打孔點(diǎn);

(4)Z1,、Z2:鉆頭進(jìn)給定位(A2伺服*2),,經(jīng)由大小輪及絲杠傳動(dòng)。Y軸定位后,,下鉆頭較高速度1接近玻璃表面,,再以速度2進(jìn)行距離1的倒邊,再以速度3進(jìn)行距離2攻進(jìn),,最后以速度4慢速退刀,;下鉆頭退刀后上鉆進(jìn)行與下鉆類似的動(dòng)作完成打孔。

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圖2  X軸擋塊

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圖3 Y軸及Z軸

2  技術(shù)參數(shù)

2.1 設(shè)備指標(biāo)

設(shè)備指標(biāo)如表1所示,。

表1 設(shè)備指標(biāo)

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2.2 硬件清單

硬件清單如表2所示,。

表2 硬件清單

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2.3 軟件清單

軟件清單如表3所示。

表3 軟件清單

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4 輔助工具

輔助工具如表4所示,。

表4 輔助工具

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3 工藝說明

3.1 定位軸

定位軸使用B2伺服驅(qū)動(dòng),,控制上采用絕對(duì)值定位DDRVA。確定基準(zhǔn)后,,采用絕對(duì)值定位可以靈活定位到指定位置,,避免一定量的數(shù)學(xué)計(jì)算;當(dāng)一次定位完成,,開始打孔后,,便進(jìn)行下一個(gè)孔位置的比較,如果X坐標(biāo)相同則不需要再次定位,,X坐標(biāo)不同,,則進(jìn)行下一次定位,定位到位前放下?lián)鯄K,,慢速進(jìn)入預(yù)定位置待命,;最后一個(gè)空定位完成后,,收起擋塊定位至第一孔位置,等待玻璃送出后放下?lián)鯄K,。

3.2 Y軸

Y軸使用A2伺服驅(qū)動(dòng),,控制上采用絕對(duì)值定位DDRVA。因?yàn)閅軸上有玻璃夾持壓盤,,所以Y定位或重新定位前壓盤必須解除,;孔的Y坐標(biāo)與下一個(gè)想同時(shí),只需要壓盤,、壓緊,、定位和送料動(dòng)作后,即可以打孔,。

3.3 X1,、X2

X1、X2使用兩臺(tái)B2伺服分別驅(qū)動(dòng),,控制上采用增量式定位,,分送料后和送料前兩部份。送料過超聲波后,,X2不需要同步送料,,這時(shí)要高速補(bǔ)料到超聲波前光電位置,以提高工作效率,;送料到超聲波后,,以一般速度移動(dòng),當(dāng)接近至一定距離時(shí),,再以慢速接近——最后貼上擋塊,。

3.4 Z1、Z2鉆頭位置定位

Z1,、Z2使用兩臺(tái)A2伺服分別驅(qū)動(dòng),,控制上采用PR觸發(fā)來控制鉆頭位置。位置1(6-03),,高速(5-60)接近位置1,;位置2(6-05),速度1(5-61)攻進(jìn)1,;位置3(6-07),,速度2(5-62)攻進(jìn)2;位置4(6-09),,速度3(5-63)退刀,;因?yàn)椴AШ穸炔煌煌?guī)格的玻璃的鉆頭攻進(jìn)1位置,,攻進(jìn)2的位置需要進(jìn)行調(diào)整,,此時(shí),,對(duì)應(yīng)PR路徑參數(shù)通過通訊修改,以滿足加工需求,。

 

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圖4 PR參數(shù)

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圖5 通過軟件規(guī)劃PR路徑

通過Delta ASDA-Soft 規(guī)劃PR路徑,,使用絕對(duì)值定位,規(guī)劃加速和減速時(shí)間以及目標(biāo)速度索引,;需要修改路徑時(shí),,通過通訊修改對(duì)應(yīng)路徑的參數(shù)(例如06-03對(duì)應(yīng)路徑1的位置命令DATA),。

4 工藝流程圖

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圖6 工藝流程圖

在程序設(shè)計(jì)中,,因?yàn)楣に嚧┎灞容^靈活,所以選擇臺(tái)達(dá)步進(jìn)程序進(jìn)行設(shè)計(jì),,將整套設(shè)備的動(dòng)作進(jìn)行細(xì)分,,在每個(gè)步中設(shè)計(jì)獨(dú)立的控制動(dòng)作,這樣可以很好地提高工作效率,;除以上流程中的功能外,,設(shè)備中還有潤滑功能、修鉆功能,、修訂基準(zhǔn),、慢速前進(jìn)、慢速后退,,這些動(dòng)作因?yàn)榛诓竭M(jìn)的思路設(shè)計(jì),,所以可以靈活的穿插在程序中。

例如,,當(dāng)定位伺服電機(jī)完成最后一次定位,,同時(shí)設(shè)備開始打孔后,定位電機(jī)需要后退一定距離,,再定位到第一個(gè)孔前一定位置,,等待打孔完成,然后將玻璃送出一定距離后,,再把定位擋塊放下,,最后慢速靠近第一個(gè)孔的定位位置。這里因?yàn)椴捎貌竭M(jìn)程序設(shè)計(jì),,這部分程序獨(dú)立流程設(shè)計(jì),,形成一個(gè)專門的流程控制回路,就可以很容易實(shí)現(xiàn),,又不會(huì)影響原有控制的邏輯流程,。

 

5  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

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圖7 結(jié)構(gòu)示意圖

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圖8 系統(tǒng)實(shí)際布置

利用28SV的4路200K高速脈沖分別控制定位軸、Y軸,、X1送料,、X2送料四個(gè)伺服,;同時(shí)利用28SV的COM2通訊口通過485通訊,與Z1,、Z2進(jìn)行通訊,,修改PR位置參數(shù)和速度參數(shù);與3臺(tái)變頻器進(jìn)行通訊,,修改變頻器的頻率參數(shù),。

6  HMI界面

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圖9 HMI

HMI首頁顯示打孔數(shù)量和設(shè)備運(yùn)行狀況。設(shè)置孔數(shù)后(確定孔距參數(shù)通過其他頁面完成),,通過控制柜面板按鈕啟動(dòng)開始打孔,。

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圖10 設(shè)備參數(shù)

在參數(shù)設(shè)置界面,用戶設(shè)置各軸的機(jī)械補(bǔ)償及時(shí)間參數(shù),;玻璃送出距離是當(dāng)玻璃加工完畢后將玻璃送出的距離,,玻璃送出后定位軸才可以再次定位,否則將造成玻璃的擠壓和破損,。

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 圖10 設(shè)備參數(shù)

在參數(shù)設(shè)置界面,,用戶設(shè)置各軸的機(jī)械補(bǔ)償及時(shí)間參數(shù);玻璃送出距離是當(dāng)玻璃加工完畢后將玻璃送出的距離,,玻璃送出后定位軸才可以再次定位,,否則將造成玻璃的擠壓和破損。

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圖11 孔參數(shù)設(shè)置1

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圖12 孔參數(shù)設(shè)置2

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7.2 Y軸位置計(jì)算

 Y軸位置計(jì)算如下:

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圖14 Y軸計(jì)算示意圖

7.3 孔位置循環(huán)比較確定

X坐標(biāo)在400mm~1500mm范圍內(nèi)依次增大設(shè)置,;Y坐標(biāo)0mm~1500mm范圍內(nèi)任意設(shè)置,;鉆孔數(shù)量是36。定位到某個(gè)孔的坐標(biāo)并開始打孔,,此時(shí)比較當(dāng)前孔的X坐標(biāo)與下一個(gè)孔X坐標(biāo)是否相同,。相同時(shí),定位軸保持不動(dòng),,Y軸重新定位后打孔,;不同時(shí),定位移動(dòng)至下一定位位置,;同時(shí)Y打孔結(jié)束后比較當(dāng)前孔的X坐標(biāo)與下一個(gè)孔X坐標(biāo)是否相同,,根據(jù)比較結(jié)果決定是否再次送料與是否繼續(xù)打孔,相同則Y軸定位后打孔,;不同就送料到位,,Y軸定位后打孔,兩個(gè)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行以提高效率,。

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圖15 孔位置循環(huán)設(shè)定

7.4 節(jié)拍控制

因?yàn)榭椎奈恢貌淮_定,,就必須設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)時(shí)計(jì)算坐標(biāo)位置,靈活跳轉(zhuǎn)在多個(gè)動(dòng)作中,;通過對(duì)設(shè)備工藝反復(fù)研究,,確定兩個(gè)重要的控制節(jié)拍:

(1)定位軸定位,,以上下盤壓緊時(shí)機(jī)為基準(zhǔn),計(jì)算打孔定位次數(shù),;

(2)Y軸定位,,以打孔完畢時(shí)機(jī)為基準(zhǔn),計(jì)算Y軸定位次數(shù),。

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E5=(定位次數(shù)-1)*2

通過指針的循環(huán)計(jì)算,,靈活的對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)與下一筆數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。作為比較結(jié)果,,在同一步進(jìn)程序中,,可以跳轉(zhuǎn)到多個(gè)對(duì)應(yīng)的控制步中;以指針的方式,,可以在規(guī)劃一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)域后,,完成一批動(dòng)作設(shè)計(jì),。

8 結(jié)束語

本款全自動(dòng)數(shù)控打孔機(jī),,具有三大特點(diǎn)。第一,,重復(fù)的加工精度要求高(小于0.5mm),;第二,浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算量大,;第三,,加工動(dòng)作靈活,需要柔性的編程,,需要適時(shí)靈活的滿足客戶的擴(kuò)充需求,。

來源于臺(tái)達(dá)伺服驅(qū)動(dòng)器的高精度和SV控制器強(qiáng)大的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算能力,很好地實(shí)現(xiàn)了玻璃打孔加工中孔距,、孔數(shù)計(jì)算,;利用E指針偏移,可以實(shí)現(xiàn)靈活擴(kuò)充孔數(shù),,相鄰兩孔間依次比較等功能,,可以達(dá)到靈活擴(kuò)充打孔數(shù)量的柔性程序設(shè)計(jì)要求。借助臺(tái)達(dá)控制器靈活的步進(jìn)程序設(shè)計(jì),,可以處理控制動(dòng)作的交叉流程,,提高了程序設(shè)計(jì)效率。綜上所述,,該設(shè)備的控制精度和工藝要求在行業(yè)內(nèi)屬于較高的水平,。

此外,對(duì)于客戶工藝的熟悉程度,,決定了整個(gè)控制流程的質(zhì)量,;設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu),,也直接影響設(shè)備的控制精度。當(dāng)然,,相比其他成熟的自動(dòng)打孔設(shè)備,,該設(shè)備也有不足之處,主要表現(xiàn)在:校準(zhǔn)孔的位置采用485通訊讀取伺服位置方式速率及穩(wěn)定性低,,PLC的控制速度較數(shù)控低,;但是相比數(shù)控系統(tǒng),使用臺(tái)達(dá)PLC可以保證電氣控制成本投入得到有效的控制,。同時(shí),,臺(tái)達(dá)小型PLC靈活的控制程序設(shè)計(jì),大容量程序存儲(chǔ),,可以滿足用戶大量,、復(fù)雜的程序設(shè)計(jì),給用戶帶來靈活的設(shè)計(jì)體驗(yàn),,體現(xiàn)了臺(tái)達(dá)小型控制器強(qiáng)大的控制和運(yùn)算處理能力,,突顯了臺(tái)達(dá)HMI產(chǎn)品、伺服產(chǎn)品,、變頻器產(chǎn)品的易用性和實(shí)用性,。
 

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