基于PLC的LCD贴片机机械手设计机电一体化专业说明书毕业论文

....33/37毕业设计说明书(论文)作者:学号：教研室:市职业大学专业:机电一体化技术题目:基于PLC的LCD贴片机机械手设计讲师戴亦宗讲师戴亦宗市职业大学汽车与电气工程系毕业设计（论文）评语学生：班级、学号：题目：基于PLC的LCD贴片机机械手设计综合成绩：指导者评语：能基本完成设计任务，具有一定的分析问题和解决问题的能力，基本完成了机械手结构设计、电气控制与软件程序的编制，论文容基本正确，完成了一定的工作量建议该生毕业设计成绩为70分。指导者(签字)：戴亦宗2012年5月6日毕业设计（论文）评语评阅者评语：评阅者(签字)：年月日答辩委员会（小组）评语：答辩委员会负责人(签字)：2012年月日毕业设计说明书（论文）中文摘要本设计介绍的是FPD-TH3C贴片机的机械手控制系统，包括硬件电路和软件编程，硬件电路主要由PLC，机械手，电机与其他相关部分组成，软件编程主要为PLC程序。机械手是工业生产中常用的进行垂直、水平位移的机械设备，与PLC相结合，采用整体化的设计思想，充分考虑了软硬件各自的特点并经行互补优化，对贴片机机械手的执行机构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计，在其驱动系统中采用气动驱动，控制系统中采用PLC控制，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高，功能完善，组合灵活，编程简单，功耗低等优点。从而该机运行安全可靠、自动化程度高，操作简便，生产效率高。关键词：贴片机;PLC;机械手;虹吸原理目次TOC\o"1-3"\h\u87441课题简介120001.1引言175721.2贴片机常见结构2120321.3研究或设计的国外现状和发展趋势3199051.4机械手的社会价值5222392机械手的设计论证6123052.1机械手设计方案663432.1.1机械手工作原理6194392.1.2机械手结构设计方案7194692.1.3机械手控制系统968253硬件电路设计10120003.1元器件选择10274623.1.1机械手部件1180363.1.2步进电机1425043.1.3电磁阀14280873.1.4磁环14245523.1.5干簧管接近开关1545963.1.6光纤传感器15217283.2控制部分17266533.3硬件图1994324软件设计24112674.1机械手工作流程图24154464.2LCD贴片机的I/O地址分配表26164024.3LCD贴片机的硬件接线图2725650系统调试2816780结论301345致3115367参考文献321课题简介1.1引言以前，在国很多工厂的生产线上贴片的工作是由人工完成，工人的劳动强度大、产品的生产效率低。为了提高生产加工的工作效率，降低成本，并使生产线发展成为柔性制造系统，适应现代自动化大生产，针对具体生产工艺，利用机器人技术，设计用机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。此时FPD-TH3C偏光片贴片机便应运而生，该机是用于LCD行业中玻璃基板与偏光片的自动贴合作业，其工作流程是：将偏光片自动上料与其保护膜自动分离，送入贴装工位,并自动准确定位，同时吸附于真空平台上的LCD基片自动送入贴装工位，从而快速、准确地粘贴偏光片于LCD基片上，在该工作流程中共涉与到了四个机械手，分别为上料手、送料手、擦料手和下料手，它们通过PLC的控制，协同完成以上工作流程。通过对PLC的重新改装，机器运行安全可靠、自动化程度高，操作简便，大大减低了工人的劳动强度，是LCD行业小尺寸偏光片贴附的首选机型。本文基于PLC讲述了FPD-TH3C贴片机的机械手这个整体，会具体介绍机械手的执行系统，驱动系统，控制系统和检测系统。1.2贴片机常见结构目前贴片机结构大致可分为4种结构：拱架式、复合式、转塔式和大型平行系统。1.2.1拱架式拱架式机器是最传统的贴片机，具有较好的灵活性和精度，适用于大部分元件，高精度机器一般都是这种类型，但其速度无法与复合式、转塔式和大型平行系统相比。不过元件排列越来越集中在有源部件上，比如有引线的QFP(Quadflatpackage，四边扁平封装器件)和BGA(Ballgridarray，球栅阵列器件)，安装精度对高产量有至关重要的作用。复合式、转塔式和大型平行系统一般不适用于这种类型的元件安装。拱架式机器分为单臂式和多臂式，单臂式是最早先发展起来的现在仍然使用的多功能贴片机。在单臂式基础上发展起来的多臂式贴片机可将工作效率成倍提高，如日本松下公司的CM602贴片机就有4个动臂安装头，可分别交替对2块PCB(PrintCircuitBoard，印刷线路板)同时进行安装，贴装速度高达每小时6万片。1.2.2复合式复合式机器是从拱架式机器发展而来，它集合了转塔式和拱架式的特点，在动臂上安装有转盘，像Siemens的Siplace80S系列贴片机，有两个带有12个吸嘴的旋转头，Universal公司也推出了带有30个吸嘴的旋转头，称之为"闪电头"，两个这样的旋转头安装在Gene-sis贴片平台上，可实现每小时60000片贴片速度。从严格意义上来说，复合式机器仍属于动臂式结构。由于复合式机器可通过增加动臂数量来提高速度，具有较大灵活性，因此它的发展前景被看好。1.2.3转塔式转塔的概念是使用一组移动的送料器，转塔从这里吸取元件，然后把元件贴放在位于移动的工作台上的电路板上面。转塔式机器由于拾取元件和贴片动作同时进行，使得贴片速度大幅度提高。这种结构的高速贴片机在我国的应用也很普遍，不但速度快，而且历经十余年的发展技术已非常成熟，如Fuii公司的CP842E机器贴装速度可达到0.068s／片。但是这种机器由于机械结构所限，其贴装速度已达到一个极限值，不可能再大幅度提高。该机型的不足之处是只能处理带状料。1.2.4大型平行系统大规模平行系统(又称模组机)使用一系列小的单独的贴装单元(也称为模组)。每个单元有自己的丝杆位置系统，安装有相机和贴装头。每个贴装头可吸取有限的带式送料器，贴装PCB的一部分，PCB以固定的问隔时间在机器步步推进。单独地各个单元机器运行速度较慢。可是，它们连续的或平行的运行会有很高的产量。如Philips公司的AX-5机器可最多有20个贴装头，实现了每小时15万片的贴装速度，堪称业界第一，但就每个贴装头而言，贴装速度在每小时7500片左右，仍有大幅度提高的可能。1.3研究或设计的国外现状和发展趋势1.3.1表面贴装技术的发展趋势表面贴装技术(SurfacdMountingTechnolegy简称SMT)是新一代电子组装技术,它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件,从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本，以与生产的自动化。这种小型化的元器件称为：SMY器件（或称SMC、片式器件）。将元件装配到印刷（或其它基板）上的工艺方法称为SMT工艺。相关的组装设备则称为SMT设备。SMT贴片机技术被称为“电子生产技术的第三次革命”，被广泛应用于电子信息、航空、航天、兵器、船舶、家电、汽车、机械、仪表等领域。国外发达国家电子信息产品SMT化率大约在80-90%左右，而我国目前只有50%左右。目前我国SMT贴片主要设备贴片机拥有量大约在6000-7000部，绝大部分为国外产品。贴片元器件（SMC/SMD）主要靠进口，其它SMT设备，如印刷机、点胶机、再流焊、检测设备、维修工作站等基本依靠进口，仅2000年我国就进口贴片机1500余台，价值4亿多美元。2001年上半年势头更猛，半年进口贴片机超过1000台。但我国在SMT技术引进与发展SMT产业方面还存在一些问题，现进行分析并提出建议如下：发展自己的SMT贴片机制造技术我国每年引进SMT设备的总量已占到世界总产品的10%左右。但我国在SMT的引进中主要是引进产品，基本没有或很少引进SMT设备的制造技术。我国电子信息产业已成为国民经济的支柱产业。电子信息产品制造业的主要设备，SMT设备几乎依靠进口，这种状况是不正常的，我国应发展自己的SMT设备制造技术。目前，先进的电子产品，特别是在计算机与通讯类电子产品，已普遍采用SMT技术。国际上SMD器件产量逐年上升，而传统器件产量逐年下降，因此随着进间的推移，SMT技术将越来越普与。1.3.2国外PLC发展状况和发展趋势PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE施耐德公司；国：三星、LG公司等。我国的PLC产品的研制和生产经理了三个阶段：1、顺序控制器（1973-1979）2、以微处理器为主的工业控制器（1979-1985）3、以微处理器为主的可编程序控制器（1985年后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。随着不断的学习与不断开拓的精神，现在，我国自主生产的PLC在国的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。PLC的发展趋势：（1）产品规模向大、小两个方向发展大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。（2）PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。（3）不断加强通讯功能。（4）新器件和模块不断推出高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。（5）编程工具丰富多彩、功能不断提高，编程语言趋向标准化有各种简单或复杂的编程器与编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。（6）发展容错技术采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。（7）追求软硬件的标准化。1.3.3国外机械手的发展趋势和发展状况目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、奥地利的GM公司。我国机械手起步于20世纪70年代初，经过30多年发展，大致经历了3个阶段：70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国的机械手企业面临着相当大的竞争压力，如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政府支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。机械手的发展趋势：随着机械手发展的深度和广度以与机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸，如采矿机器人、建筑业机器人以与水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。1.4机械手的社会价值机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制，可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合与多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，可以减轻劳动化强度、保证产品质量、实现安全生产：尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，他代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以与轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的装用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以他在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。2机械手的设计论证2.1机械手设计方案2.1.1机械手工作原理本设计是用于LCD行业中玻璃基板与偏光片的自动贴合作业，在工作流程中共涉与到了四个机械手，分别为送毛片手、送玻璃片手、擦料手和下料手。送毛片手即送偏光片手，它负责完成的工作是运送，它将偏光片从物料盒里吸出并运送到传送带上，再由后续完成偏光片与膜的分离。送玻璃片手负责完成的工作是运送，它将玻璃片从物料盒中吸出并运送到工作台上，以经行后续步骤。擦片手是整个机械手系统里面较为重要的一个部分，在本次设计里面他有两个作用。作用一是清洁，它下面所附带的擦片海绵会在运行的过程中将玻璃片表面原有的或者在运送途中所沾染的灰尘给擦除干净。因为该设计最终完成的是贴片这个过程，贴出的玻璃片最终不能带有气泡、杂质，所以对玻璃片的表面有一定的清洁度要求，故擦片手在设计的时候加了此功能。擦片手的另一个作用是将玻璃片定位，因为在此之前偏光片已经经过传送带定位在了另一个工作台上，要想使偏光片与玻璃片完整贴合，必须使他们之间存在着较高的重合度，所以擦片手的这个定位功能是必不可少的。下料手的作用类似于送毛片手和送玻璃片手，是起到运送作用，它是将最终贴片完成的玻璃片运送到物料盒中，从而完成一整套动作。2.1.2机械手结构设计方案根据机械手的工作原理，本次设计选择的是气缸、滑台类型机械手。工业机械手的种类很多，按其使用围、驱动方式和控制系统等可进行以下分类：按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两类专用机械手它是附属于主机的，具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批的自动化生产，如自动机床、自动线的上下料机械手和“加工中心”附属的自动换刀机械手。通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在规格性能围，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种：简易型以“开-关”式控制定位，只能是点位控制；伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以是点位的，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。按驱动方式分1、液压传动机械手是以液体的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是：抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄露对机械手的工作能力有很大影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是：介质来源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘的环境中进行工作。机械传动机械手即由机械传动机构（如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等）驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。他通常被用作工作主机的上、下料。电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。按控制方式分1、点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且适用围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。基于以上特点，本次设计选用气动，点位控制的机械手，并使用滑台机构。气动滑台，是自动化工业领域广泛应用的直线驱动机构。在机床，自动化设备，机器人领域应用广泛。其一般由步进马达或伺服马达驱动，通过精密滚珠丝杠或同步齿形带，直线滑轨的组合传动来实现滑块的直线移动。工业应用中气动滑台不仅需要良好的刚性和重复精度，其耐用性能，省力特性，负载能力都是在设计应用中着重注意的参数。选用这种组合，既达到了经济的目的，又达到了速度和精度上的要求，所以选择气缸滑台机械手作为本次机械手设计。2.1.3机械手控制系统单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一个非常活跃和颇具生命力的机种，单片微型计算机简称单片机，特别是用于控制领域，故又称微控制器，即MCU(MicroControllerUnit)。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，部包含计算机的基本功能部件：中央处理器CPU、存储器和I/O接口电路等。因此单片机只需要和适当的软件和外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。PLC即可编程序控制器，它是一种数字运算操作的电子系统，转为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器与其有关外围设备都按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。用户程序执行阶在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令,即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。鉴于本设计是针对于工业用贴片机，故选择PLC为本次设计的控制系统。3硬件电路设计3.1元器件选择机械手配件主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。以擦料手为例本设计所需器件如表1所示。3.1.1机械手部件表1元器件选择序号零件名称数量材料备注1下移气缸12气缸安装板12A123肋板12A124M6X30六角螺钉8GB/T70.1-20005活塞杆连接板13046滑动平台12A127支架底板12A128限位板13049滑动导轨410导轨211导轨垫板（1）12A1212导轨垫板（2）12A1213缓冲器214气缸支座215进给气缸116缓冲器安装座230417M6X30六角螺钉4GB/T70.1-200018M6X20六角螺钉4GB/T70.1-200019层板12A1220支撑板12A1221工作台122擦头1无纺布23M4X30六角螺钉2GB/T70.1-2000气缸：SMC标准气缸本设计选用的是日本SMC标准气缸，该气缸根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了，输出力不够，气缸不能正常工作；但缸径过大，不仅使设备笨重、成本高，同时耗气量增大，造成能源浪费。在夹具设计时，应尽量采用增力机构，以减少气缸的尺寸。日本SMC标准气缸端盖上设有进排气通口，有的还在端盖设有缓冲机构。杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈，以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸。杆侧端盖上设有导向套，以提高气缸的导向精度，承受活塞杆上少量的横向负载，减小活塞杆伸出时的下弯量，延长气缸使用寿命。导向套通常使用烧结含油合金、前倾铜铸件。端盖过去常用可锻铸铁，现在为减轻重量并防锈，常使用铝合金压铸，微型缸有使用黄铜材料的。缸筒的径大小代表了气缸输出力的大小。活塞要在缸筒做平稳的往复滑动，缸筒表面的表面粗糙度应达到Ra0.8um。对钢管缸筒，表面还应镀硬铬，以减小摩擦阻力和磨损，并能防止锈蚀。缸筒材质除使用高碳钢管外，还是用高强度铝合金和黄铜。小型气缸有使用不锈钢管的。带磁性开关的气缸或在耐腐蚀环境中使用的气缸，缸筒应使用不锈钢、铝合金或黄铜等材质。导轨：直线导轨滑块-使运动由曲线转变为直线。新的导轨系统使机床可获得快速进给速度，在主轴转速一样的情况下，快速进给是直线导轨的特点。直线导轨与平面导轨一样，有两个基本元件；一个作为导向的为固定元件，另一个是移动元件。由于直线导轨是标准部件，对机床制造厂来说．唯一要做的只是加工一个安装导轨的平面和校调导轨的平行度。当然，为了保证机床的精度，床身或立柱少量的刮研是必不可少的，在多数情况下，安装是比较简单的。HYPERLINK://baike.baidu/albums/328467/328467/0/0.html作为导向的导轨为淬硬钢，经精磨后置于安装平面上。与平面导轨比较，直线导轨横截面的几何形状，比平面导轨复杂，复杂的原因是因为导轨上需要加工出沟槽，以利于滑动元件的移动，沟槽的形状和数量，取决于机床要完成的功能。例如：一个既承受直线作用力，又承受颠覆力矩的导轨系统，与仅承受直线作用力的导轨相比．设计上有很大的不同。直线导轨的移动元件和固定元件之间不用中间介质，而用滚动钢球。因为滚动钢球适应于高速运动、摩擦系数小、灵敏度高，满足运动部件的工作要求，如机床的刀架，拖板等。直线导轨系统的固定元件(导轨)的基本功能如同轴承环，安装钢球的支架，形状为“v”字形。支架包裹着导轨的顶部和两侧面。为了支撑机床的工作部件，一套直线导轨至少有四个支架。用于支撑大型的工作部件，支架的数量可以多于四个。机床的工作部件移动时，钢球就在支架沟槽中循环流动，把支架的磨损量分摊到各个钢球上，从而延长直线导轨的使用寿命。为了消除支架与导轨之间的间隙，预加负载能提高导轨系统的稳定性，预加负荷的获得．是在导轨和支架之间安装超尺寸的钢球。钢球直径公差为±20微米，以0.5微米为增量，将钢球筛选分类，分别装到导轨上，预加负载的大小，取决于作用在钢球上的作用力。如果作用在钢球上的作用力太大，钢球经受预加负荷时间过长，导致支架运动阻力增大。这里就有一个平衡作用问题；为了提高系统的灵敏度，减少运动阻力，相应地要减少预加负荷，而为了提高运动精度和精度的保持性，要求有足够的预加负数，这是矛盾的两方面。工作时间过长，钢球开始磨损，作用在钢球上的预加负载开始减弱，导致机床工作部件运动精度的降低。如果要保持初始精度，必须更换导轨支架，甚至更换导轨。如果导轨系统已有预加负载作用。系统精度已丧失，唯一的方法是更换滚动元件。导轨系统的设计，力求固定元件和移动元件之间有最大的接触面积，这不但能提高系统的承载能力，而且系统能承受间歇切削或重力切削产生的冲击力，把作用力广泛扩散，扩大承受力的面积。为了实现这一点，导轨系统的沟槽形状有多种多样，具有代表性的有两种，一种称为哥待式(尖拱式)，形状是半圆的延伸，接触点为顶点；另一种为圆弧形，同样能起一样的作用。无论哪一种结构形式，目的只有一个，力求更多的滚动钢球半径与导轨接触(固定元件)。此外，还有其它硬件，如：3.1.2步进电机步进电机（YK86HB118-06A）是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。3.1.3电磁阀电磁阀（2V025-08、4V110-06）是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。3.1.4磁环铁氧体（D-C73）的磁导率越高，低频的阻抗越大，高频的阻抗越小。可以根据不同的要求，选择不同的工艺制造磁环。磁环在不同的频率下有不同的阻抗特性，一般在低频时阻抗很小，当信号频率升高磁环表现的阻抗急剧升高。大家都知道，信号频率越高，越容易辐射出去，而一般的信号线都是没有屏蔽层的，那么这些信号线就成了很好的天线，接收周围环境中各种杂乱的高频信号，而这些信号叠加在本来传输的信号上，甚至会改变原来传输的有用信号。那么在磁环作用下，使正常有用的信号很好的通过，又能很好的抑制高频干扰信号的通过，而且成本低廉。铁氧体磁环的效果与电路阻抗有关：电路的阻抗越低，则磁环的滤波效果越好。因此，在一般铁氧体材料的产品手册中，并不给出铁氧体材料的插入损耗，而是给出铁氧体材料的阻抗，铁氧体材料的阻抗越大，滤波效果也越好。电流的影响:当穿过铁氧体磁环的导线中流过较大的电流时，滤波器的低频插入损耗会变小，高频插入损耗变化不大。要避免这种情况发生，在电源线上使用时，可以将电源线与电源回流线同时穿过铁氧体,要注意同进同出。3.1.5干簧管接近开关干簧管继电器是利用磁场作用来驱动继电器触头动作的，其主要部分是干簧管，它是由一组或几组导磁簧片封装在充有气体（如氦、氮等）的玻璃管中组成开关元件。导磁簧片具有导磁作用，又作接触簧片即控制触头用。在磁场作用下，干簧管的两根导磁簧片分别被磁化而相互吸引，接通电路。当磁场消失后簧片靠本身的弹性封开。3.1.6光纤传感器光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。随着光纤技术的发展，运用光纤作为材料制作传感器应运而生。光纤因为有抗干扰能力强、绝缘性好，耐高温好，所以用来开发很多种传感器，比如光纤液位、光纤温度、光纤陀螺、光纤电流等等。按传输模式光纤可分为单模跟双模两种。跟双模光纤相比，单模光纤具有更好的线性跟灵敏度。双模光纤也有它的优点，它具有更好的强度，容易制造。光纤的能够传光因为光线在纤层跟包覆层之间形成全反射，能够在光纤当中快速的通过。

光纤传感器按原理可以分为功能型光纤传感器跟非功能型光纤传感器，两者的区别在于其中的调制器不同。非功能光纤传感器的光纤仅仅作为光的传播介质。光纤按被测物理量分为光线液位传感器，光纤温度传感器，光纤陀螺仪，光纤速度传感器等等，传感器之家是按这种分类进行产品展示的，列举了几种典型的光纤传感器。光纤调制有强度调制、频率调制、波长调制、相位调制、偏振态调制等等。下面就为传感器之家所列举的光纤温度传感器做一个简要介绍。

光纤温度传感器有相位、光强、偏振光调制等等，光纤温度传感器中一般有两根单模光纤，其中一根作为参考，叫做参考臂。当测量臂处于温度场中，会产生相位的变化，从而引起条纹移动，条纹的移动数量就能看出温度的变化情况。光纤传感器的特点：1、灵敏度较高

2、几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器

3、可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；

4、可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；

5、而且具有与光纤遥测技术的在相容性。

附属说明：可以用来检测多种物理量，比如声场、电场、压力、振动、温度、加速度等，还可以完成现有检测工作中难以完成的检测任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了超强的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤传感器。近年来得到很好的发展，大多应用在低碳领域。在风力发电中，光纤传感工艺开始用于检测和优化风力发电风轮系统。作为发展最快的能源工艺，风轮的尺寸越来越大。这些风轮体积巨大，又安装在比较遥远的地点。监控工程师需要实时了解这些风轮的状态。因此，光纤传感器就能发挥其功效，帮助工程师了解风力发电机机组的运行情况。光纤传感器工艺耗能极低而且灵敏，特别在远距离传输中，信号稳定，受干扰小。这些特点使光纤传感器成为极端环境下的理想选择。3.2控制部分该设计使用的是永宏的PLC，因其相对于其它PLC具有以下优点：高速、高功能、低成本FBs-PLC系以永宏自行研发之系统单芯片(SoC)制作而成，由超过12万闸之芯片整合了中央处理器(CPU)、硬件逻辑处理器(HLS)、5个高速通讯端口、4组硬件高速计数器/高速计时器、4轴具直线补间、动态追踪之NC定位脉波输出与高速中断与输入捕捉等高阶功能硬件电路于一体，使速度更快，功能与可靠度更佳，为同级PLC中功能最强、价格最低、最具竞争优势者。最人性化，功能最强之应用指令集

FBs-PLC指令超过300种以上，并采用最人性化，可读性最高之多输入/多输出指令方式。如左图之三个输入即可变化出5种功能，一个指令即可达成大部分它牌PLC数个指令才能做到的功能，使程序大为精简，同时运算结果可直接由指令方块右侧之输出取得。在程序可读性方面，每个应用指令之输入或输出端均有功能助忆简码说明，操作数字段则直接标明其属性简称并可于其正下方直接显示其状态或容值，可免除它牌PLC无标示需死记之麻烦，程序可读性最高，效率最佳。在高阶应用方面，如网络LINK、PID控制、NC定位等，则有专用之便利指令与之对应，大幅降低使用障碍。领先业界之通讯功能，单机最多5个高速通讯端口，可接RS232、RS485、USB、Ethernet等FBs-PLC之SoC芯片部之通讯端口，即使在5个Port均以最高速度(921.6Kbps)运作下仍然游刃有余。可选用ASCII码或速度快一倍之二进码来通讯。除永宏标准通讯协议外，尚可选用Modbus通讯协议或自订通讯协议，同时FBs-PLC具有6种通讯板和8种通讯模块可供各种不同应用之弹性选择，为同级PLC中，通讯端口最多，通讯速度最快，功能最强者。此外，每个通讯端口皆具有传送(Tx)与接收(Rx)之LED指示灯，以方便使用者监视通讯运作状况与除错。单机最多8组高速计数器，最高计数频率达920KHzFBs-PLC最多可有4组硬件高速计数器(HHSC)与4组软件高速计数器(SHSC)，HHSC最高计数频率为120KHz(MC)或920KHz(MN)，并具清除、遮没等功能。计数模式共有U/D、U/Dx2、K/R、K/Rx2、A/B、A/Bx2、A/Bx3、A/Bx4等8种，功能超强、效益最高。例如每转200pulse之Encoder若使用A/Bx4模式，将可提升到等同每转800pulseEncoder之控制效果。且其系由硬件执行，故不占用CPU时间。4组SHSC则有U/D、K/R、A/B三种计数模式，总和计数频率为10KHz。NC控制+PLC一体，NC定位专用语言，单机最大4轴控制，具直线补间功能

将NC定位控制整合在FBs-PLC之SoC芯片，使PLC+NC控制合为一体，共享资源并省却两系统之数据交换。NC定位控制采用定位专用指令语言，可任选机械单位或电气单位撰写程序，执行时能动态改变控制参数。单机最大4轴输出，最高频率120KHz(MC)或920KHz(MN)，并可作多轴直线补间与动态追踪。若配合FBs-PLC建之4组HHSC，尚可作更精密之闭回路之高速定位控制。单机最多4点高速脉波宽度调变(HSPWM)输出FBs-PLC部之SoC芯片整合了4组硬件高速脉波宽度调变输出，频率可高达184.32KHz与18.432KHz，分辨率分别为1%与0.1%。不同于一般PLC由软件处理之简易PWM之粗劣性能，FBs-PLC之硬件高速PWM之高速、精准、稳定特性，可让使用者以最经济之方式，达到精致细微之控制。独步业界之0.1mS精密高速计时器FBs-PLC为目前业界唯一提供0.1mS时基高速定时器之PLC(最多有32bit四组，16bit一组)。目前业界PLC所提供之计时器时基最快只达1mS，其在精度要求较高之场合，便无用武之地。FBs-PLC之0.1mS高速计时器，因其时基误差仅0.1mS，再配合其中断的功能，即可轻易地完成较精密之速度侦测或作成频率计，在大部分之情况下可以此极经济之方式，取代昂贵之速度侦测设备。单机最多16点高速中断输入

FBs-PLC主机多达16点之外界中断输入，可让使用者自行定义当外界输入之正缘或负缘动作时发出中断，或正、负缘均发出中断，来作高速、紧急之处理，排除CPU因扫描时间引起之延迟与误差，可用来作高速精准定位、机械位置归零、高速RPM量测等高速且重现性需求较高之应用。机最多36点捕捉式输入(Capturedinput)FBs-PLC之SoC芯片含之输入点捕捉功能，能对外界输入波宽低于扫描时间之脉波作捕捉储存，以供CPU读取，相较于一般PLC对此种输入无能为力或只能用复杂之中断处理而占用大量CPU时间，FBs-PLC则可当作一般输入处理而不需使用者费心、不但高效率且最方便经济。附属周边最齐全

FBs-PLC除主机多达204种机型可供选择外，扩充I/O与附属周边配件亦有72种机型可选择。除涵盖基本之DI/O、AI/O与多种通信界面外，尚包括指拨开关多任务输入模块、米字/七段LED显示模块与J、K...type等8种热电偶或Pt-100、Pt-1000RTD温度量测模块。此外FBs-PLC尚提供可多台联机之FB-DAP液晶屏幕数据存取器，除可当Timer/Counter设定器外，尚可由使用者自行定义专用按键与讯息显示，当简易人机界面使用。同时FB-DAP亦可附加无线电感应模块，作诸如门禁、停车设备、电梯乘载管制等应用。齐全之通讯驱动软件

FBs-PLC除世界知名图控软件如WonderwareIntouch、Citec、Labview、LabLink…与人机领导品牌如Digital、Fuji、Hitech、Easyview…等均支持与永宏通讯之驱动软件而能直接与FBs-PLC联机外，永宏尚提供Modbus通讯协议与永宏DDE标准通讯伺服软件(FATEKCommunicationServer)，让使用者在Office应用软件中或自行撰写程序时，能轻易地连结FBs-PLC与各厂牌图控或各种计算机系统。Windows中文操作环境

FBs-PLC之视窗版阶梯图程序编辑软件阶梯图大师WinProladder提供使用者亲和性最高之视窗中文操作环境，与永宏精心安排之编辑、监视、除错等操作顺手，让使用者在极短时间即可精通整体操作，加上WinProladder强大且齐全之编辑功能辅以按键、鼠标并用与在线即时之指令功能查询与操作指引，将使您之编辑、输入效率倍增。而直接于阶梯图上显示之〝即时〞接点状态、缓存器数据与多窗口监视、比较等功能，让使用者在作监视控制或除错时倍觉轻写意。3.3硬件图图一擦片手机械图表一擦片手各部件明细表序号零件名称数量材料备注1下移气缸12气缸安装板12A123肋板12A124M6X30六角螺钉8GB/T70.1-20005活塞杆连接板13046滑动平台12A127支架底板12A128限位板13049滑动导轨410导轨211导轨垫板（1）12A1212导轨垫板（2）12A1213缓冲器214气缸支座215进给气缸116缓冲器安装座230417M6X30六角螺钉4GB/T70.1-200018M6X20六角螺钉4GB/T70.1-200019层板12A1220支撑板12A1221工作台122擦头1无纺布23M4X30六角螺钉2GB/T70.1-2000图二送玻璃片手机械图表二送玻璃片手各部件明细表序号零件名称数量材料备注1M6X20六角螺钉4GB/T70.1-20002气缸安装支座23缓冲器安装座23044缓冲器25固定导轨26M6X20六角螺钉3GB/T70.1-20007滑动导轨48滑动平台12A129支架底板130410M6X20六角螺钉3GB/T70.1-200011M6X20六角螺钉4GB/T70.1-200012支架立板12A1213M6X20六角螺钉3GB/T70.1-200014支架肋板215支架横梁116M6X20六角螺钉2GB/T70.1-200017气缸安装板12A1218六角螺钉GB/T70.1-200019下料竖直气缸120M3X20六角螺钉2GB/T70.1-200021螺母22气动手指安装板123气动手指124六角螺钉GB/T70.1-200025活塞杆连接板130426M6螺母GB/T70.1-200027导轨垫板（1）12A1228导轨垫板（2）2A1229下料水平气缸130M6X30六角螺钉4GB/T70.1-200031M4X40六角螺钉8GB/T70.1-200032滑动平台限位板130433M6X30六角螺钉7GB/T70.1-200034M4X20六角螺钉8GB/T70.1-200035工作台2A124软件设计4.1机械手工作流程图送玻璃片手：子程序0送毛片手：子程序1原位原位原位原位下降下降下降下降吸偏光片上升前进下降放偏光片上升后退原位上升前进下降放玻璃片上升后退原位吸玻璃片吸偏光片上升前进下降放偏光片上升后退原位上升前进下降放玻璃片上升后退原位吸玻璃片擦片手：子程序2下料手：子程序3原位原位原位原位前进前进前进前进下降吸片上升后退下降放片上升原位吹气检测有（无）前进擦片（跳过）上升后退原位下降下降吸片上升后退下降放片上升原位吹气检测有（无）前进擦片（跳过）上升后退原位下降4.2LCD贴片机的I/O地址分配表表3LCD贴片机I/O分配表输入输出X2紧停按钮Y2上料脉冲X3装片盒上限位Y3上料方向X4装片盒下限位Y4下料脉冲X5对位机X轴原点Y5下料方向X6对位机Y轴原点Y6送片脉冲X7吸片机平台原点Y7送片方向X10工作台原点Y8工作平台电磁阀X11工作台到位Y10工作台真空电磁阀X13玻璃片是否贴好Y11吸片平台真空X14工作台到位Y12故障报警X15吸片机到位Y13吸片平台真空X16上料机构上限位Y14上料手竖直电磁阀X17上料机构下限位Y15上料手水平电磁阀X18上料机构玻璃片光纤检测Y16擦片机竖直电磁阀X19上料手竖直到位Y17擦片机水平电磁阀X20上料手下降到位Y18下料竖直电磁阀X21上料手水平原位Y19下料水平电磁阀X22上料手前伸到位Y20吸片机平移电磁阀X23擦片手竖直原位Y23上料真空X24擦片手下降到位Y24下料真空X25擦片手水平原位Y25送料竖直电磁阀X26擦片手水平到位Y26送料水平电磁阀X27下料机构上限位Y27送料真空X28下料机构下限位Y28玻璃片吹气X29下料手竖直原位Y29工作台吹气X30下料手下降到位X31下料手水平原位X32下料手水平到位X33下料机构玻璃片光纤检测X34无玻璃片光纤检测信号X36送片盒光纤检测信号X37送料手竖直原位X38送料手下降到位X39送料手水平原位X40送料手水平到位4.3LCD贴片机的硬