五轴点胶机误差测评及高速运动算法优化设计

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在当今这个数字化、信息化高速发展的时代,“互联网+”技术风靡全球,微电子技术与互联网技术相结合成为许多行业发展的重点,使得电子产品的发展逐步走向微小化、精密化,这也推动了电子产品组装工艺的进步,点胶机在电子产品的表面贴装中起着十分重要的作用。和国外成熟的自动化点胶设备相比,我国点胶机无论是在点胶精度还是点胶速度上都有很大差距。点胶机在点胶加工的过程中会产生多种误差,其中主要包括与机床组件运动过程中由于自身及负载的动态特性变化产生的误差,称为动态误差,对机床动态误差影响最大的是系统的转动惯量;另外还有一种误差称为静态误差,主要指的是由于机床床身及其零部件在制造、装配过程中产生的几何误差。本文以成都某公司的五轴双转台点胶机作为研究对象,着重于对五轴点胶机的误差测评和高速运动控制算法的优化设计。误差测评包括动态误差测评和静态误差测评,动态误差测评主要指机床各轴运动过程中伺服电机电机轴转动惯量辨识及控制器参数自整定;静态误差测评中采用双球杆仪来对机床的各轴误差进行辨识,然后作出补偿。以上操作主要为了提高点胶机点胶的精度。在高速点胶系统中,设计优化了一种S型曲线升降速的控制算法,在保证加工平稳性的同时加快了点胶的速度,使控制系统的控制性能也得到了很好的提升。研究内容主要包括以下几个部分:(1)为了减小机床在运动控制中存在的动态误差,对永磁同步电机转动惯量进行了辨识仿真。以五轴点胶机中提供动力的永磁同步电机(PMSM)为研究对象。着重研究转动惯量这个对机床动态特性影响最大的因素。建立了三相PMSM的数学模型,在MATLAB\Simulink中搭建了基于PI控制器的三相PMSM矢量控制仿真模型,并进行仿真实验,结合模型参考自适应辨识算法对三相PMSM转动惯量进行辨识。(2)为了检测点胶机的静态误差,研究了基于球杆仪的数控机床精度检测方法,并应用于乐创公司的五轴点胶机。分析了机床的结构,按误差是否与位置有关,将引起机床加工的误差进行系统的分类。定义了机床动、静态几何误差,用齐次变换矩阵的方法建立了五轴点胶机的数学模型和空间误差模型。基于公司的五轴点胶机设计了球杆仪的工装及几何误差测量方案,使用QC20-W球杆仪对机床的静态几何误差进行辨识。(3)就数控加工中T形、S形这两种常见的升降速控制算法分别进行了分析,分别得到T形曲线升降速过程中可能出现的3种可能情况和S形曲线升降速过程中可能出现的8种可能情况,并分别进行了设计计算,得到其理论插补时间。然后基于MPC8801运动控制卡,实现了此算法并对L公司I5系列控制器的效率进行了校核。最后,通过实验对比了T形、S形这两种不同升降速模式对运动控制精度的影响。
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