一種用于pcb數(shù)控鉆孔的控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于PCB數(shù)控鉆孔的控制系統(tǒng)及方法，該控制系統(tǒng)包括控制器、工控計算機、伺服驅(qū)動器、XYZ軸電機和位置檢測器；控制器上設(shè)有輸入端、第一輸出端和通信端，控制器的通信端通過以太網(wǎng)與工控計算機交互通信連接；控制器通過其第一輸出端將下載的鉆孔數(shù)據(jù)傳輸給伺服驅(qū)動器，由伺服驅(qū)動器驅(qū)動XYZ軸電機上XY軸平移及Z軸上下運動，位置檢測器檢測XY軸平移定位并將定位信號通過控制器的輸入端傳輸至控制器。本發(fā)明針對現(xiàn)有系統(tǒng)實時控制能力存在的技術(shù)缺陷，為PCB鉆孔加工開發(fā)一種高效、可靠的控制系統(tǒng)與方法，滿足PCB對高效數(shù)控鉆孔的要求，提升PCB數(shù)控鉆孔效率，進一步降低PCB制造成本。
【專利說明】—種用于PCB數(shù)控鉆孔的控制系統(tǒng)及方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及數(shù)控領(lǐng)域，尤其涉及一種用于PCB數(shù)控鉆孔的控制系統(tǒng)及方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]隨著PCB向高密度、多層化發(fā)展，PCB孔徑越來越小，孔位越來越密集，對數(shù)控鉆孔效率提出更高要求。數(shù)控鉆孔加工費占PCB制板費用的30%以上。提升數(shù)控鉆孔效率對于降低PCB生產(chǎn)成本，提高電子產(chǎn)品競爭力具有重要意義。而PCB鉆孔控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及多軸協(xié)同運動鉆孔控制方法是影響PCB鉆孔效率的兩大重要因素。
[0005]首先從控制原理看，當(dāng)前PC+運動控制卡構(gòu)成的PCB數(shù)控鉆孔系統(tǒng)對于多工位、高速、高精技術(shù)要求難以滿足；其次在控制方法上，由于受工藝條件約束，PCB鉆床Z軸下鉆占用時間最長，常規(guī)控制方法只壓縮Z軸行程達到快速鉆孔目的，該常規(guī)方法無法很好的縮短鉆孔時間。
[0006]綜合上述的描述，現(xiàn)有市面上不論是用于PCB鉆孔的控制系統(tǒng)，還是控制方法，均在實時控制能力上存在很大的技術(shù)缺陷。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種用于PCB數(shù)控鉆孔的控制系統(tǒng)及方法，為PCB鉆孔加工開發(fā)一種高效、可靠的控制系統(tǒng)及方法，滿足PCB對高效數(shù)控鉆孔的要求，提升PCB數(shù)控鉆孔效率，進一步降低PCB制造成本。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，包括用于位置信號管理及信號采集處理的控制器、用于鉆孔數(shù)據(jù)編輯并將鉆孔數(shù)據(jù)下載至控制器的工控計算機、伺服驅(qū)動器、XYZ軸電機和位置檢測器；所述控制器上設(shè)有輸入端、第一輸出端和通信端，所述控制器的通信端通過以太網(wǎng)與工控計算機交互通信連接；所述控制器通過其第一輸出端將下載的鉆孔數(shù)據(jù)傳輸給伺服驅(qū)動器，由所述伺服驅(qū)動器驅(qū)動XYZ軸電機上XY軸平移及Z軸上下運動，所述位置檢測器檢測XY軸平移定位并將定位信號通過控制器的輸入端傳輸至控制器，所述控制器在XY軸平移定位時，將Z軸壓腳與PCB板面之間的空行程分為起鉆位至快鉆位及快鉆位至終鉆位兩段行程。
[0010]其中，所述控制系統(tǒng)還包括用于控制Z軸轉(zhuǎn)速的變頻器，所述控制器上還設(shè)有第二輸出端，所述變頻器與控制器的第二輸出端電連接。
[0011]其中，所述控制系統(tǒng)還包括用于信號檢測的I/O信號模塊，所述控制器上還設(shè)有數(shù)字信號端，所述I/O信號模塊與控制器的數(shù)字信號端交互電連接。
[0012]其中，所述控制系統(tǒng)還包括操作模塊，所述操作模塊與工控計算機電連接。[0013]其中，所述操作模塊包括人機交互單元、顯示單元和輸入單元；所述人機交互單元與工控計算機交互連接，所述輸入單元與工控計算機的輸入端電連接，所述顯示單元與工控計算機的輸出端電連接。
[0014]其中，所述控制器內(nèi)置有DSP芯片和與DSP芯片電連接的FPGA芯片。
[0015]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種用于PCB快速鉆孔的控制方法，包括以下步驟: 步驟A、XY軸平移至PCB板的鉆孔位置，同時，Z軸由起鉆位開始向下運動至快鉆位，使
得XY軸及Z軸協(xié)同運動；
步驟B、Z軸由快鉆位向終站位進行下鉆運動，使得下鉆的同時對PCB進行鉆孔處理；步驟C、Z軸下鉆運動至終站位，Z軸開始沿著快鉆位的方向向上提起；步驟D、Z軸上提至快鉆位，步驟C中PCB的鉆孔完成；
步驟E、檢測PCB的鉆孔是否都完成，若檢測到PCB的鉆孔都已完成，則執(zhí)行結(jié)束；若檢測到PCB的鉆孔未完成，則XY軸向PCB下一孔的位置移動；
步驟F、XY軸平移定位完成后，則跳轉(zhuǎn)步驟B。
[0016]其中，在所述步驟C與步驟D之間，若Z軸未上提至快鉆位時，則Z軸繼續(xù)上提，直至Z軸上提至快鉆位。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的用于PCB數(shù)控鉆孔的控制系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果:
1)該控制系統(tǒng)由工控計算機和控制器構(gòu)成兩級控制中心，在結(jié)構(gòu)上滿足系統(tǒng)對高實時性要求，鉆孔動作均在控制器中的控制下運行，實現(xiàn)精確可靠鉆孔；
2)工控計算機與控制器采用以太網(wǎng)通信，系統(tǒng)在鉆孔加工過程中具備脫機運行能力，提高系統(tǒng)運行可靠性；
3)在鉆孔時，將Z軸空行程分兩段處理，最大程度壓縮Z軸下鉆空行程，實現(xiàn)同時減少Z軸下鉆及上提兩個動作時間，較大提升系統(tǒng)鉆孔效率；
4)在滿足運動安全及加工工藝前提下，XY軸向PCB板的鉆孔位置平移的，同時Z軸由起鉆位開始向下運動至快鉆位，使得XY軸及Z軸協(xié)同運動，優(yōu)化XYZ軸運動時序，實現(xiàn)XY軸平移及Z軸下鉆動作的提前,減小鉆孔動作所需時間；
5)本發(fā)明針對現(xiàn)有系統(tǒng)實時控制能力存在的技術(shù)缺陷，為PCB鉆孔加工開發(fā)一種高效、可靠的控制系統(tǒng)與方法，滿足PCB對高效數(shù)控鉆孔的要求，提升PCB數(shù)控鉆孔效率，進一步降低PCB制造成本。
[0018]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明中控制系統(tǒng)的工作原理圖；
圖2為本發(fā)明中三個鉆位的位置示意圖；
圖3為本發(fā)明中Z軸分段運動控制規(guī)劃圖；
圖4為本發(fā)明中控制方法的工作流程圖。
[0020]主要元件符號說明如下:
10、控制器11、工控計算機
12、伺服驅(qū)動器13、XYZ軸電機 14、位置檢測器15、變頻器
16、I/O信號模塊17、操作模塊
171、人機交互單元172、顯示單元
173、輸入單元Ml、起鉆位 M2、快鉆位 M3、終鉆位
【具體實施方式】
[0021 ] 為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地描述。
[0022]請參閱圖1-2，本發(fā)明的用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，包括用于位置信號管理及信號采集處理的控制器10、用于鉆孔數(shù)據(jù)編輯并將鉆孔數(shù)據(jù)下載至控制器10的工控計算機11、伺服驅(qū)動器12、XYZ軸電機13和位置檢測器14 ;控制器10上設(shè)有輸入端、第一輸出端和通信端，控制器10的通信端通過以太網(wǎng)與工控計算機11交互通信連接；控制器10通過其第一輸出端將下載的鉆孔數(shù)據(jù)傳輸給伺服驅(qū)動器12，由伺服驅(qū)動器12驅(qū)動XYZ軸電機13上XY軸平移及Z軸上下運動，位置檢測器14檢測XY軸平移定位并將定位信號通過控制器10的輸入端傳輸至控制器10，控制器10在XY軸平移定位時，將Z軸壓腳與PCB板面之間的空行程分為起鉆位Ml至快鉆位M2及快鉆位M2至終鉆位M3兩段行程。
[0023]起鉆位Ml、快鉆位M2及終鉆位M3各位置的定義:起鉆位Ml是保持Z軸壓腳與PCB板面存在一定安全距離的Z軸位置，保證工作臺運動時壓腳不刮首板；快鉆位M2是Z軸壓腳與PCB板接觸時的Z軸位置，為Z軸分段控制關(guān)鍵位置，下邊為實際鉆孔工作行程，上邊為安全行程；終鉆位M3是刀具鉆穿PCB底板的Z軸位置，Z軸下鉆運動的最低位置。
[0024]在本實施例中，控制系統(tǒng)還包括用于控制Z軸轉(zhuǎn)速的變頻器15，控制器10上還設(shè)有第二輸出端，變頻器15與控制器10的第二輸出端電連接。系統(tǒng)在運行過程中，可以根據(jù)Z軸轉(zhuǎn)速的需要，在控制器10中輸入轉(zhuǎn)速頻率，并通過變頻器15控制Z軸的轉(zhuǎn)速。
[0025]在本實施例中，控制系統(tǒng)還包括用于信號檢測的I/O信號模塊16，控制器10上還設(shè)有數(shù)字信號端，I/O信號模塊16與控制器10的數(shù)字信號端交互電連接。該I/O信號模塊16可用于用于刀具、變頻器15、氣壓、伺服驅(qū)動器12等信號檢測，以及機械手、主軸夾頭、主軸開關(guān)等信號的輸出。
[0026]在本實施例中，控制系統(tǒng)還包括操作模塊17，操作模塊17與工控計算機11電連接。操作模塊17包括人機交互單元171、顯示單元172和輸入單元173 ;人機交互單元171與工控計算機11交互連接，輸入單元173與工控計算機11的輸入端電連接，顯示單元172與工控計算機11的輸出端電連接。該工控計算機11主要負(fù)責(zé)文件處理、數(shù)據(jù)通信、人機交互、任務(wù)調(diào)度等非實時性工作，通過人機交互單元171將用戶操作和系統(tǒng)處理結(jié)合在一起；用戶可通過輸入單元173將實際操作要求輸入至工控計算機11內(nèi)；通過顯示單元172可顯示用戶輸入的內(nèi)容和控制器10處理的結(jié)果。本發(fā)明中操作模塊17可為顯示裝置，當(dāng)然，也可以不設(shè)置操作模塊17，直接在工控計算機11上進行操作。本結(jié)構(gòu)中只要能實現(xiàn)用戶的指令輸入及結(jié)果顯示的功能，那么操作模塊17的其實實施方式，均落入本發(fā)明的保護范圍。
[0027]在本實施例中，控制器10內(nèi)置有DSP芯片和與DSP芯片電連接的FPGA芯片。DSP芯片作為控制器的核心，主要負(fù)責(zé)數(shù)控鉆孔加工程序及運動相關(guān)的指令，并通過FPGA芯片對多個外部接口的控制，并輸出DAC信號，實現(xiàn)對PCB數(shù)控鉆床的全閉環(huán)控制。[0028]本發(fā)明提供的用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，具有以下優(yōu)勢:
1)該控制系統(tǒng)由工控計算機11和控制器10構(gòu)成兩級控制中心，在結(jié)構(gòu)上滿足系統(tǒng)對高實時性要求，鉆孔動作均在控制器中的控制下運行，實現(xiàn)精確可靠鉆孔；
2)工控計算機11與控制器10采用以太網(wǎng)通信，系統(tǒng)在鉆孔加工過程中具備脫機運行能力，提聞系統(tǒng)運行可罪性；
3)在鉆孔時，將Z軸空行程分兩段處理，最大程度壓縮Z軸下鉆空行程，實現(xiàn)同時減少Z軸下鉆及上提兩個動作時間，較大提升系統(tǒng)鉆孔效率；
請進一步參閱圖2-4，基于上述的控制系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種用于PCB快速鉆孔的控制方法，包括以下步驟:
步驟S1、XY軸平移至PCB板的鉆孔位置，同時，Z軸由起鉆位Ml開始向下運動至快鉆位M2，使得XY軸及Z軸協(xié)同運動；在該步驟中XY軸向PCB板的鉆孔位置的平移及Z軸由起鉆位向快鉆位運動的兩個步驟是同步進行的，現(xiàn)有技術(shù)中是先進行XY軸定位再進行Z軸鉆孔的動作而致時間延長的缺陷，該步驟實現(xiàn)了 XYZ軸協(xié)同運動的控制方法。
[0029]步驟S2、Z軸由快鉆位M2向終站位M3進行下鉆運動，使得下鉆的同時對PCB進行鉆孔處理；該步驟中快鉆位M2至終站位M3之間的距離即是PCB鉆孔的深度，快鉆位M2向終站位M3下行運動的過程即是對PCB板的鉆孔。
[0030]步驟S3、Z軸下鉆運動至終站位M3，Z軸開始沿著快鉆位M2的方向向上提起；在該步驟中當(dāng)Z軸運動到終站位M3時，就完成了 PCB的鉆孔，完成之后系統(tǒng)就自動控制該Z軸向快鉆位M2的方向上提，使得Z軸離開PCB的孔位。
[0031]步驟S4、Z軸上提至快鉆位M2，上述步驟中PCB的鉆孔完成；在該步驟中Z軸未上提至快鉆位M2時，則Z軸繼續(xù)上提，直至Z軸上提至快鉆位M2，當(dāng)Z軸上提至快鉆位M2時，說明該鉆孔完成了。
[0032]步驟S5、檢測PCB的鉆孔是否都完成，若檢測到PCB的鉆孔都已完成，則執(zhí)行結(jié)束；若檢測到PCB的鉆孔未完成，則XY軸向PCB下一孔的位置移動。
[0033]步驟S6、XY軸平移定位完成后，則跳轉(zhuǎn)步驟S2。該控制方法在操作過程中是一直重復(fù)步驟S2至步驟S6，直至PCB上的所有孔都鉆完。
[0034]本發(fā)明提供的用于PCB快速鉆孔的控制方法，其優(yōu)勢為:
1)在滿足運動安全及加工工藝前提下，XY軸向PCB板的鉆孔位置平移的同時Z軸由起鉆位開始向下運動至快鉆位，使得XY軸及Z軸協(xié)同運動，優(yōu)化XYZ軸運動時序，實現(xiàn)XY軸平移及Z軸下鉆動作的提前,減小鉆孔動作所需時間；
2)鉆孔控制方法在控制器10的控制下運行，滿足PCB數(shù)控鉆孔高速、高精控制需求，顯著提升鉆孔精度及鉆孔效率。
[0035]3)該控制方法工藝流程簡單，系統(tǒng)自動對PCB進行鉆孔，直至所有的孔鉆完后，系統(tǒng)自動執(zhí)行結(jié)束工序，該方法具有操作簡單、靈活便捷及工作效率高等特點。
[0036]本發(fā)明針對現(xiàn)有系統(tǒng)實時控制能力存在的技術(shù)缺陷，為PCB鉆孔加工開發(fā)一種高效、可靠的控制系統(tǒng)與方法，滿足PCB對高效數(shù)控鉆孔的要求，提升PCB數(shù)控鉆孔效率，進一步降低PCB制造成本。
[0037]以上公開的僅為本發(fā)明的幾個具體實施例，但是本發(fā)明并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括用于位置信號管理及信號采集處理的控制器、用于鉆孔數(shù)據(jù)編輯并將鉆孔數(shù)據(jù)下載至控制器的工控計算機、伺服驅(qū)動器、XYZ軸電機和位置檢測器；所述控制器上設(shè)有輸入端、第一輸出端和通信端，所述控制器的通信端通過以太網(wǎng)與工控計算機交互通信連接；所述控制器通過其第一輸出端將下載的鉆孔數(shù)據(jù)傳輸給伺服驅(qū)動器，由所述伺服驅(qū)動器驅(qū)動XYZ軸電機上XY軸平移及Z軸上下運動，所述位置檢測器檢測XY軸平移定位并將定位信號通過控制器的輸入端傳輸至控制器，所述控制器在XY軸平移定位時，將Z軸壓腳與PCB板面之間的空行程分為起鉆位至快鉆位及快鉆位至終鉆位兩段行程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括用于控制Z軸轉(zhuǎn)速的變頻器，所述控制器上還設(shè)有第二輸出端，所述變頻器與控制器的第二輸出端電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括用于信號檢測的I/o信號模塊，所述控制器上還設(shè)有數(shù)字信號端，所述I/O信號模塊與控制器的數(shù)字信號端交互電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括操作模塊，所述操作模塊與工控計算機電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述操作模塊包括人機交互單元、顯示單元和輸入單元；所述人機交互單元與工控計算機交互連接，所述輸入單元與工控計算機的輸入端電連接，所述顯示單元與工控計算機的輸出端電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的用于PCB快速鉆孔的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器內(nèi)置有DSP芯片和與DSP芯片電連接的FPGA芯片。
7.一種用于PCB快速鉆孔的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟A、XY軸平移至PCB板的鉆孔位置，同時，Z軸由起鉆位開始向下運動至快鉆位，使得XY軸及Z軸協(xié)同運動； 步驟B、Z軸由快鉆位向終站位進行下鉆運動，使得下鉆的同時對PCB進行鉆孔處理； 步驟C、Z軸下鉆運動至終站位，Z軸開始沿著快鉆位的方向向上提起；步驟D、Z軸上提至快鉆位，步驟C中PCB的鉆孔完成； 步驟E、檢測PCB的鉆孔是否都完成，若檢測到PCB的鉆孔都已完成，則執(zhí)行結(jié)束；若檢測到PCB的鉆孔未完成，則XY軸向PCB下一孔的位置移動； 步驟F、XY軸平移定位完成后，則跳轉(zhuǎn)步驟B。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的用于PCB快速鉆孔的控制方法，其特征在于，在所述步驟C與步驟D之間，若Z軸未上提至快鉆位時，則Z軸繼續(xù)上提，直至Z軸上提至快鉆位。
【文檔編號】B23Q15/00GK103769943SQ201310479814
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】劉樹成 申請人:深圳市強華科技發(fā)展有限公司