西门子模块6ES515-2UM01-0AB0型号介绍

　引言

　　随着数控技术的发展，采用数控机床加工的零件越来越多。虽然数控加工具有精度高、效益高等诸多优点，但它必须有一个控制数控机床运动的加工程序。目前，这种加工程序编制的方法有两种：一种是手工编程；另一种就是借助于计算机编程，即自动编程。由于人工编程工作量大，效率低，要求编程人员具有一定的数学知识和熟练的计算技巧，因此，现在采用的大部分是自动编程。用数控语言实现加工程序编制自动化，是计算机辅助编程的主要形式。全世界实际应用而且比较的数控语言系统有100余种，其中主要的是APT（AutomaticallyProgrammedTools）语言系统。

　　在书写APT语言源程序的过程中，特别是零件复杂的情况下，几何定义语句和刀具运动语句的书写工作量大，容易出错，并且要求编程人员对APT语言熟练掌握。针对以上问题，本文开发了基于APT语言的数控自动编程系统，实现了CAD和NC的有效连接。

2　AutoCAD环境下的零件设计

　　近年来，随着微机的发展，其性能不断提高，使在微机上实现CAD工作成为现实。CAD软件中成功的为美国Autodesk公司推出的AutoCAD系统，它是一个在微机上实现计算机辅助设计和绘图的软件包。AutoCAD软件包以其绘图功能强，开放性好，支持微机平台等特点，得到普遍欢迎。国内在微机上开发CAD的图形支撑软件大都采用AutoCAD。

　　AutoCAD的三维造型使它能在个人微机屏幕上生成真三维实体，实现诸如布尔运算、分析及特征提取等复杂的实体造型功能。利用它可以构造出直观、形象的三维模型，并可获得三维模型在不同视点下的轴测投影图和透视图。三维造型使用内部块方法，从盒、立方体、圆柱、圆环、球、楔形体及圆锥等基本实体形状开始，也可通过组线拉伸或旋转二维AutoCAD物体来生成三维实体。然后对几个实体进行“并”、“交”、或“差”布尔运算，即可生成新物体。运用实体***再对其进行圆角与倒角，可生成具有真实感的实体模型。

　　AutoCAD具有强大的图形输入、编程功能，零件图的内容很容易输入。AutoCAD还提供了多种与语言接口的文件。考虑到本系统既要接受二维图形，又要接受三维图形，选取了IGES文件作为数据接口。通过该文件，可以方便地提取直线的端点坐标、圆弧的圆心、端点、基面高度等。

　　设计者对零件图确认后，调用AutoCAD的IGESOUT命令生成图形文件（.IGS）。利用IGES文件接口程序（如图1所示）来提取几何元素，作为CAD与NC之间数据传递的基础。

图1　IGES文件接口程序流程图

3　图形数据处理

3.1　IGES文件数据结构

　　IGES是一种按特定的文件结构安排的数据格式，其文件结构分为ASCⅡ格式和二进制格式两种。ASCⅡ格式是一种面向字符的记录格式，这种格式的IGES文件以ASCⅡ字符输出，用户可直接读取。

　　从总体结构上看，IGES文件由五个段组成。分别为：开始段、全局段、元素索引段、参数数据段、结束段。文件每行80个字符。每段若干行，每行的第1～72个字符为该段的内容；第73个字符为该段的段码；第74～80个字符为该段每行的序号。段码是这样规定的：字符“B”或“C”表示标记段；“S”表示开始段；“G”表示全局段；“D”表示项目索引段；“P”表示参数数据段；“T”表示结束段。例如：直线、圆弧的参数数据段的数据为：

　　110,1.0,1,0,0.0,5,0,5.0,0.0　　　　7P0000004
　　100,0.0,0.5,0.5,0.0,0.0,1.0,1.0　　9P0000005

3.2　文件转换

　　IGES文件主要用于AutoCAD与语言程序间的连接，其数据结构形式不能满足NC的要求，必须重新加工处理，处理的方法是在IGES文件的参数数据段中提取几何元素（如直线的起点、终点坐标，圆弧的弧心坐标、半径、起点、终点坐标等），元素排序（按元素的连接顺序排列），在此基础上生成方便NC加工的APT文件。图形文件的转换流程如图2所示。

图2　图形文件的转换流程图

3.3　NC工艺参数的确定

　　NC工艺参数是以人机对话方式输入计算机的。在读取TXT文件来生成APT源程序的几何定义语句、刀具运动语句的同时，对刀法、对刀点、容差、刀具参数、机床指令等一些参数以人机对话方式输入。终生成符合APT语言的源程序。

4　应用实例

图3　零件图

　　图3为一典型的直线—圆弧零件，在该零件中，既有直线—直线相连，又有直线—圆弧相连，又有圆弧—直线相连。利用本系统自动生成的零件APT源程序如下:

PARTNO/TESTPART
　　　　　　MACHIN/2
　　　　　　CLPRNT
　　　　　　INTOL/0.01
　　　　　　OUTTOL/0.01
　　　　　　CUTTER/12

L1=LINE/-269.641022,0.000000,35.000000,0.000000,0.000000,35.000000
L2=LINE/0.000000,0.000000,35.000000,-0.000000,100.000000,35.000000
L3=LINE/0.000000,100.000000,35.0000,-235.000000,60.000000,35.000000
C4=CIRCLE/-235.000000,20.000000,35.000000,40.000000
SETPT=POINT/-320.000000,-75.000000,0.000000
PT=POINT/-320.000000,0.000000,0.000000
FEDRAT/50
SPINDL/900,CLW
FROM/SETPT
INDIRP/PT
GO/TO,L1
COOLNT/FLOOD
TLRGT,GORGT/L1,PAST,L2
GOLEF/L2,PAST,L3
GOLEF/L3,TANTO,C4
GOLFT/C4,PAST,L1
SPINDL/OFF
COOLNT/OFF
FEDRAT/200
GOTO/-320.000000,-75.000000,0.000000
GOTO/SETPT
PRINT/3,ALL
STOP
FINI

　　分析以上APT源程序可以看出与人工书写的完全一样。利用本文编制的系统，采用自动和人机对话的形式生成APT源程序，大大提高了编程效率，减少了错误。

一．概述
     随着现代工业的发展，对于产品制造加工所要求的精度越来越高，特别是在电子工业中，所要求生产加工的精度要求很高，在现代日常生活中，许多日用电子产品的更新换代特别快，所用的研制开发、生产周期特别短，而在此环节中，生产环节就显得尤为重要，所以就对生产设备的要求也就越来越高，生产设备要能够适应多种不同产品的生产，特别是新产品的生产适应能力，还要能够保证产品的精度。在TFT生产中，在基板完成电路印刷等一系列的工作以后有一道工序，就是基板的切割，因为在前道生产根据设备和工艺的要求是一块比较大的基板，在一块大的基板上可能有好多块小的基板组成，这根据制造面板本身的用途来定。如手机面板，目前在生产的一块大的基板上有30到104块不等的小的基板组成，这还要根据手机面板的尺寸来定，如图1所示。经过切割以后，变成一片一片小的基板，如图2所示。从图2可以看出，基板由两层玻璃组合而成，在两层之间有印刷电路，而且在切割的时候上下不是在一条线上，而是成一个阶梯状，在TFT面的A处有印刷电路端子，切断过程中不能碰伤端子。在如图3中所示，A-F中5个尺寸精度要全部达到±0.1mm，并且切断后在基板的边缘不能有毛边，这样就要在切断过程中要很好的控制压力、切入量，根据不同玻璃材质就要设定不同的压力和切入量，另外切断的步骤也是比较重要的，一般都采用的步骤是：①CF面切②TFT面剖③TFT面切④C F面剖。在现在划线设备中都是采用的多把刀（以前都是单刀作业），一般在5-7把刀，此系统中采用了5把刀，在此系统中刀的切入量和左右运动都采用伺服系统来控制，而且都采用了高速运动，这样能够大大提高工作的效率。



      二．系统组成与工作原理
      2.1 系统的硬件组成

      图3是本系统整个控制系统的原理图，本系统采用Q06H CPU为控制单元，QD75D4和QD75D2为伺服系统的定位单元，还采用了两个QJ74C24通讯模块单元，其中一个与人机界面（A970GOT）连接，另外一个和画像处理系统连接，画像系统主要用于Mark点（也就是标记点）的识别，然后产生一个偏差的补正值。另外与QJ74C24相连接的PC1机是系统机械参数、工作参数设定以及切断程序编制的专用机。PC1与PLC之间的通讯使用的是专门的通讯程序软件。本系统的工作方式是采用偏差补正的方式。对于一个新的品种，首先要进行Mark点的识别，登录，MARK点的形状可以随意，但一般采用的是’十’字为Mark点标记，如图4所示，就是画像处理系统对Mark点的认识过程，认识后产生一个偏差补正量，根据偏差量计算出基准位置。


      2.2 软件设计



      本系统采用的是A970GOT人机界面，在本系统中人机界面起了非常重要的角色，是其他任何器件都代替不了的。人机界面总共有218个画面组成，主要分两大部分：一是正常的操作人员操作的主画面，二是设备维修、调试人员进入的特殊功能画面，此画面只有工程师级身份人员才能进入，它的参数直接影响设备的正常工作，图6为特殊功能画面的结构图，其中主要是参数设定方面，这里主要介绍轴的位置参数设定，在本系统中主要的部分就是伺服系统，它是保证系统精度的核心，伺服系统的参数、数据设定是非常复杂的，图6为伺服系统参数设定的基本框架结构图，基本参数主要是单位设定、1脉冲的相当移动量、脉冲输出模式、转动方向、速度限制值、加减速时间、马达选择。详细设定除了对上面叙述中一些进行了详细设定以外，还对其他的功能进行了设定，如M代码的取码模式、速度模式、JOG运转、手动脉冲的选择、圆弧误差补正等等。原点复位参数设定主要是复归的方式、方向、原点地址、速度。定位用数据就是我们所要求系统如何去工作、工作的步骤、数据等内容。伺服系统的工作主要是对内部寄存器的地址进行操作，主要分为参数区、监视区、制御数据区、定位数据区、PLC的CPU内存区、块传送区几个部分。在图5系统图中对各个位置的设定（QD75）主要是对基本定位数据的设定，包括定位识别子、M代码、指令速度、定位地址/移动量、突停减速时间、圆弧地址，其中每轴共设定了30点位置，这样可以有效的适应系统切割复杂程度不同的基板。在人机界面的软件设计中，把与伺服系统相关的定位数据参数直接编写在画面中，可以有效的对系统进行调整，改变，在系统中不仅仅上面的这些数据，另外与定位有关的参数设定还有很多，在这里就不一一列举，本系统是一个非常复杂的系统。


      2．3 系统的工作原理



      系统在机械参数设定好后，首先根据基板的划线数据进行编程，确定划线的数据、MARK点的数据、使用刀的数量、每把刀划每条线的压力、划线的次数等，以上参数有专门的软件进行编辑。编辑完成后再通过PC1输入PLC 的CPU，在完成数据的编辑后，软件回自动生成切割的模拟画面，确定基板划线的每一步由哪几把刀去做，在完成这一系列的工作后，就要放入基板试作划线，根据系统设定，在放入基板后按下启动按钮，基板平台会自动把基板送到影像处理系统的CCD的下面，在监视器上面看到的就如图4所示，在MARK识别中与系统设定会有一个的偏差，根据这个偏差系统进行补正，现介绍一下补正过程，如图7，以把刀为例，刀1原点与CCD原点的X向距离D1在系统中设定为一定值，刀1与刀1原点的距离D2为在编制程序是产生，也为一定值，CCD原点与现在CCD之间的距离D3，在编制程序时有一个MARK的坐标值，D3即为基板的X向MARK坐标，D4为MARK点与刀1划基板道线X向距离，在理想状态下为一定值。即可以得出D1+D2=D3+D4，其中D1、D2为固定值，假设D5为CCD识别MARK点的动态坐标，偏差补正为△d，可以得出D5=D3±△d，如在理想状态，CCD识别MARK点的X向坐标刚好为D3，即D5=D3，而每块基板在放置的时候位置会不一样，所以都会有一个偏差△d，根据△d每次在CCD识别MARK点后向刀1移动的距离为D4±△d，这就是偏差补正的过程，其他的刀原理也是这样，在偏转划线时也是根据CCD次MARK识别的坐标了确定的。在划完了TFT面后，在 CF面对TFT面进行剖断，然后在CF面划线，再在TFT面对CF进行剖断，这样就完成了对基板的划线。

      三．技术性能和特点
    1. 系统采用了与人机界面相结合，使得系统的布线简单、简洁。
    2. 采用了QD75系列的伺服系统定位单元，系统的度精能够达到0.01um。
    3. 伺服系统的输出系统具有集电极开路输出和差分输出两种工作方式，在应用时可以根据需要进行选择。
    4. 系统的定位范围比较宽，单位可以用um、英寸、度设定。控制系统也比较多样化，能够实现PTP控制、跟踪控制、速度控制、速度-位置控制、位置-速度控制，根据系统的需要可以选择不同的控制系统，另外，还具有圆弧插补功能。
     5. 系统响应的时间比较短，因而减少了不同步产生的机会。
    6. 系统采用了影像处理系统，这样就提高了系统的精度，对于一些要求不高的场合，系统在工作时影像系统可以选择不使用，但这样可以减少时间，增加工作的效率。
    7. 本系统采用了多刀工作方式，这样大大的提高了工作的效率，但同时增加了系统在设计时的复杂性。
     8. 另外，QD75系列的伺服定位单元具有预读起始功能，这样可以减少定位起始的时间，可以保证快速多种应用的定位。对于QD75系列的定位单元还专门设计了设置/监控软件——QP（GX-Configurator）这样便于定位参数的设定，定位数据的生成和监控