一种易损件多轴转移设备控制装置及其方法与流程

1.本发明涉及多轴转移设备设备领域，具体的说是一种易损件多轴转移设备控制装置及其方法。


背景技术：

2.对于液晶面板和芯片等体积较小且容易损坏的电子配件来说，生产加工过程中通常会采用多轴运动设备来实现易损件的转移，多轴运动设备包括控制装置和多个执行器，执行器的动作方向均不同，且其中最末端的一个执行器通常通过吸盘来抓取易损件。目前，控制装置主要有三类：1、基于pc的运动控制；2、基于plc的运动控制；3、基于嵌入式的运动控制。其中由于基于嵌入式的运动控制具有使用灵活、可靠性高、可移植性强等优点，成为了主流设计。现有技术中，基于嵌入式的运动控制主要采用stm32 dsp作为主控制器、fpga作为从处理器，有效实现多路电机的同步控制，但是由于采用串行处理的方式导致其异步控制精度较低。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种易损件多轴转移设备控制装置及其方法，能够提升动作设备运行的平稳性和可靠性。
4.为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：一种易损件多轴转移设备控制装置，包括：主控处理器，用于接收上位控制指令，并且对上位控制指令进行处理解析出动作参数；从控处理器，用于接收动作参数、对动作参数进行处理转换出控制信号以及将控制信号输出至动作设备。
5.作为上述易损件多轴转移设备控制装置的进一步优化：主控处理器通过以太网模块从上位机获取上位控制指令。
6.作为上述易损件多轴转移设备控制装置的进一步优化：从控处理器通过接口驱动模块将控制信号输出至动作设备。
7.作为上述易损件多轴转移设备控制装置的进一步优化：接口驱动模块包括：差分驱动电路，用于将控制信号输出至动作设备；差分接收电路，用于从动作设备获取反馈信号；光耦隔离电路，用于完成控制信号和反馈信号的相互转换。
8.一种易损件多轴转移设备控制方法，基于上述的一种易损件多轴转移设备控制装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：s1、初始化装置并且进入准备状态；s2、当主控处理器接收到上位控制指令时，对上位控制指令进行处理解析出对应于动作设备的动作目标数据，动作目标数据包括动作设备编号、速度和位移；
s3、主控处理器基于动作目标数据进行动作规划得到动作参数；s4、主控处理器将动作参数发送给从控处理器，从控处理器对动作参数进行处理转换出控制信号；s5、从控处理器将控制信号输出到动作设备中以驱动动作设备动作；s6、动作设备动作过程中从控处理器获取动作设备的动作状态数据；s7、从控处理器基于动作状态数据判断动作设备是否运行正常，若运行正常则继续动作，否则报警并且结束动作；s8、从控处理器判断动作是否结束，若未结束则从控处理器向主控处理器继续请求动作参数。
9.作为上述易损件多轴转移设备控制方法的进一步优化：s3中，主控处理器进行动作规划过程中基于动作目标数据将动作设备的动作过程依次划分为加加速阶段、匀加速阶段、减加速阶段、匀速阶段、加减速阶段、匀减速阶段和减减速阶段。
10.作为上述易损件多轴转移设备控制方法的进一步优化：s3中，各阶段加速度的计算方法为：其中a
max
为最大加速度，nt为加加速阶段、减加速阶段、加减速阶段和减减速阶段的持续时间，n为修正系数，t0为匀加速阶段和匀减速阶段的持续时间，t1为匀速阶段的持续时间，t为动作设备整个动作过程的持续时间。
11.作为上述易损件多轴转移设备控制方法的进一步优化：s3中，各阶段速度的计算方法为：
12.作为上述易损件多轴转移设备控制方法的进一步优化：s3中，各阶段位移的计算方法为：
13.作为上述易损件多轴转移设备控制方法的进一步优化：t＝4nt 2t0 t1。
14.有益效果：本发明采用主控处理器搭配从控处理器的双处理器架构，在主控处理器中完成以太网数据通信、上位控制指令处理、状态监控和速度规划等功能，在从控处理器中完成控制信号输出、状态反馈和采样处理等工作，主控处理器和从控处理器并行处理，实现对动作设备的实时、平稳、可靠控制，并且，设置了高效稳定的速度规划算法，进一步保证了动作设备运行的平稳性。
附图说明
15.图1是本发明控制装置的整体结构框图；图2是本发明控制装置的硬件框图；图3是以太网模块的原理图；图4是主控处理器和从控处理器的连接方式示意图；图5是本发明控制方法的流程图；图6是易损件的移动轨迹示意图；图7是仿真试验中matlab软件的输出结果图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.请参阅图1至4，一种易损件多轴转移设备控制装置，包括主控处理器和从控处理器。
18.主控处理器，用于接收上位控制指令，并且对上位控制指令进行处理解析出动作参数。
19.从控处理器，用于接收动作参数、对动作参数进行处理转换出控制信号以及将控制信号输出至动作设备。
20.本发明适用于现有的四轴易损件检测系统。在使用时，主控处理器接收来自于上位机的上位控制指令，并且对上位控制指令进行处理解析出动作参数，从控处理器接收来自于动作参数，并且将动作参数转换成控制信号，之后将控制信号输出到动作设备中以控
制动作设备动作，同时，主控处理器还获取从控处理器的运行状态数据，实现对动作设备的监控，并且在上位机的控制下将运行状态数据反馈给上位机，以实现对动作设备的远程监控。
21.在本发明中，主控处理器采用arm处理器，例如stm32h750芯片，从控处理器采用fpga芯片，例如altera公司的飓风四代ep4ce10f17c8n芯片。主控处理器与从控处理器之间的通信通过高速spi总线实现，spi时钟由主控处理器的锁相环将外部25mhz晶振倍频至130mhz提供，保证了主控处理器与从控处理器之间通信的可靠性，通过配合一个i/o作为中断信号引脚，实现数据通信。
22.为了实现主控处理器与上位机的通信，主控处理器通过以太网模块从上位机获取上位控制指令。以太网模块采用smsc公司的lan8720a，通过rmii(精简介质独立)接口连接主控处理器的lan总线。
23.从控处理器与动作设备具体的连接方式为：从控处理器通过接口驱动模块将控制信号输出至动作设备。接口驱动模块包括、差分驱动电路、差分接收电路和光耦隔离电路。
24.差分驱动电路，用于将控制信号输出至动作设备。差分驱动电路包括ca
‑
is3760数字隔离芯片和am26c31转换器，由从控处理器产生的控制信号通过ca
‑
is3760数字隔离芯片后，经am26c31转换器实现单端转差分，从而将控制信号输入给动作设备。
25.差分接收电路，用于从动作设备获取反馈信号。动作设备的编码器产生三路a /a
‑
、b /b
‑
和z /z
‑
差分信号作为动作状态数据，经am26c32转换器将每组差分信号转为单端信号后输入到从控处理器中，从而实现对动作设备的监控。
26.光耦隔离电路，用于完成控制信号和反馈信号的相互转换。
27.请参阅图5和6，一种易损件多轴转移设备控制方法，基于上述的一种易损件多轴转移设备控制装置，其特征在于，方法包括s1至s8。
28.s1、初始化装置并且进入准备状态。进入准备状态后主控处理器监听以太网信号。
29.s2、当主控处理器接收到上位控制指令时，对上位控制指令进行处理解析出对应于动作设备的动作目标数据，动作目标数据包括动作设备编号、速度和位移。通常情况下，四轴易损件检测系统包括四个动作轴，动作轴可以是方向轴或者回转轴，因此，动作目标数据的动作设备编号可以是动作设备的轴号，速度可以是在方向轴上的移动速度或者在回转轴上的转动速度，位移可以是在动作轴上的目标位移。
30.s3、主控处理器基于动作目标数据进行动作规划得到动作参数。
31.s3中，主控处理器进行动作规划过程中基于动作目标数据将动作设备的动作过程依次划分为加加速阶段、匀加速阶段、减加速阶段、匀速阶段、加减速阶段、匀减速阶段和减减速阶段。其中，加加速阶段内动作设备的加速度逐渐增加，匀加速阶段内动作设备的加速度保持稳定，减加速阶段内动作设备的加速度逐渐下降，匀速阶段内动作设备的动作速度保持稳定，加减速阶段内动作设备的加速度为负值并且逐渐缩小，匀减速阶段内动作设备的加速度为负值并且保持稳定，减减速阶段内动作设备的加速度为负值并且逐渐增大。通常情况下，动作设备会驱动一个气动吸盘，气动吸盘用于抓取易损件，在此基础上，动作设备移动易损件的过程可以分为几个部分，第一部分是气动吸盘将易损件在原始的p0位置吸引易损件，过程中易损件向上抬起到p1位置，第二部分是动作设备动作并且带动气动吸盘和易损件同步从p1位置向上移动到p2位置，第三部分是动作设备带动气动吸盘和易损件同
步从p2位置平移到p3位置，第四部分是动作设备带动气动吸盘和易损件同步从p3位置下降到p4位置，第五部分是气动吸盘松开易损件使其从p4位置落到p5位置上，通过分段控制动作设备的动作过程，可以保证动作设备动作过程的稳定性，以减小振动，避免损伤易损件。
32.s3中，各阶段加速度的计算方法为：其中a
max
为最大加速度，nt为加加速阶段、减加速阶段、加减速阶段和减减速阶段的持续时间，n为修正系数，t0为匀加速阶段和匀减速阶段的持续时间，t1为匀速阶段的持续时间，t为动作设备整个动作过程的持续时间，各参数的具体数值可以根据实际的需求灵活设置，并且有t＝4nt 2t0 t1。
33.s3中，各阶段速度的计算方法为：
34.s3中，各阶段位移的计算方法为：
35.上述各阶段的加速度计算方法、速度计算方法和位移计算方法共同组成速度规划算法。
36.s4、主控处理器将动作参数发送给从控处理器，从控处理器对动作参数进行处理转换出控制信号。控制信号包括脉冲信号和方向信号，脉冲信号的输出频率用于实现动作
轴的速度控制，脉冲信号的数量用于实现动作轴的位移控制，方向信号用于实现动作轴的方向控制。在从控处理器中设置有四个独立的单口ram存储区，用于存储脉冲信号，每个单口ram存储区对应一个动作轴，每个单口ram存储区可以存储128个宽度为16位的数据，一个单口ram存储区分为四个区块，ram_v1、ram_v2、ram_p1和ram_p2，其中ram_v1和ram_v2用于存储脉冲信号的输出频率，ram_p1和ram_p2用于存储脉冲信号的输出数量，ram_v1和ram_p1为第一组、ram_v2和ram_p2为第二组，从控处理器对单口ram存储区的读写操作按组进行，当从控处理器读取一组区块时通过向主控处理器发出中断信号的方式请求主控处理器发送另外一组区块的数据，从而实现区块的循环读写，保证控制过程的稳定性。
37.s5、从控处理器将控制信号输出到动作设备中以驱动动作设备动作。
38.s6、动作设备动作过程中从控处理器获取动作设备的动作状态数据。
39.s7、从控处理器基于动作状态数据判断动作设备是否运行正常，若运行正常则继续动作，否则报警并且结束动作。
40.s8、从控处理器判断动作是否结束，若未结束则从控处理器向主控处理器继续请求动作参数，即从控处理器通过向主控处理器发出中断信号的方式请求主控处理器发送区块的数据。
41.为了对本发明控制装置的效果进行验证，进行如下仿真试验。
42.首先通过matlab软件运行速度规划算法，输出各阶段的运行参数，通过曲线拟合后与速度规划算法曲线相对比，从而验证控制装置的平稳性。在速度规划算法中，分别写入位移s＝10 000pulse，速度v＝200pulse/ms，加速度a＝25pulse/ms2，修正系数n＝0.125；位移s＝1 000pulse，速度v＝100pulse/ms，加速度a＝25pulse/ms2，修正系数n＝0.05，最终得到的试验结果曲线如图7所示，从图7可知速度曲线和加速度曲线运行连续、平稳，验证了速度规划算法实现了脉冲平稳运行的效果，保证了动作设备运行的稳定性。
43.其次设置四路台达asda
‑
a2伺服器模拟动作设备，脉冲当量为1 000pulse/mm。实验过程中，由上位机发送各轴控制参数，控制装置控制伺服器运行，同时由台达监测软件得到实际运行位移，将两者差值对比，实验测试结果如表1所示。
44.表1动作设备实际动作情况记录表
45.从表1可知，控制装置实际控制误差在
±
0.129mm，满足实际应用误差的要求。
46.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。