本应用基于PC的软PLC运动控制方案,结合实时以太网EtherCAT协议通讯(COE),采用了分布式时钟技术,及多种软件补偿算法,并通过在Wafer打墨点设备上的验证,研究分析如何利用运动控制技术和多种补偿方式实现高精度定位的目的。
在高精度定位平台方面,国外出现了不同形式的精密定位平台发展产品,而我国在精密定位平台的研发方面尚处于落后趋势,在高速高精密定位领域技术基础薄弱,大部分高精密产品都依赖进口,而国外为了控制高新技术,限制向我国出口。为加快我国高精度产业及制造业的加快速度进行发展,对精密定位技术的研究已经迫在眉睫。
控制是影响定位平台定位精度的主要的因素之一,在运动控制管理系统领域,目前国外主要有PMAC、ACS、NEWPORT、AEROTECH等高端控制器,但是这些控制器比较封闭,有些甚至需要专门学习其对应的开发语言,如ACS的ACSPL+,这无疑增加了开发的难度。
为追求更高的定位平台精度,本应用选用了倍福的Twincat控制平台,结合EtherCAT技术,研究分析如何利用运动控制技术和多种补偿方式实现高精度定位的目的。
软PLC是运行在工业PC上的一个实时多任务控制内核,它既有所有硬PLC的性能、功能、可靠性、速度、纠错等特性,又有它自己的特性,即开放结构系统。
可运行在大多数计算机平台上(386、486、奔腾),独立于硬件总线(如ISA、PCI、VME、PC104、STD)。
EtherCAT是迄今为止速度最快的工业以太网技术之一,同时它提供纳秒级精度的同步。EtherCAT将I/O现场总线通讯、驱动通讯整合在同一个系统中。由于 EtherCAT可实现高同步精度以及小于1ms的周期时间,因此能保证大幅度的提高设备性能和效率。结合其他基于EtherCAT的高端驱动,为实现高精度的运控控制提供有力的支撑。
数据高速交互:1000个分布式I/O数据的刷新周期仅为30μs,这中间还包括端子循环时间。与100个伺服轴的通讯只需100μs。
布式时钟(实时特性):精确同步在广泛要求同时动作的分布过程中显得很重要,如几个伺服轴在执行同时联动任务时。
热连接:“热连接”功能能将网络的每个部分连在一起或断开,或“动态”进行重新组态,从而针对变化的组态提供灵活的响应能力。
开放性:EtherCAT是一个完全开放式协议,它已被认定为一个正式IEC规范(IEC/PAS62407)。
(1)NC轴能轻松实现多段位置补偿功能,如下图所示,NC轴在0到1000的绝对位置段内每间隔100长度(也可不等长间隔)进行不同长度的补偿。
NC轴多端位置补偿功能一定要通过PLC功能块的方式实现,涉及到的功能块和结构体有:
通过上述验证分析,根据结果得出:该基于软PLC的高精度运动控制管理系统使平台的运动控制精度、定位精度得到了很大提升。大族激光3C焊接及自动化事业部基于软PLC另辟蹊径,利用成熟的PC技术,加持高级语言的算法、友好的IDE及丰富的开发资源,为打造高精度的运动控制管理系统寻找到了有效的技术路线。
随着纳米光刻、MEMS封装、超精密加工、微电子工程、生物医学工程等领域的迅速发展,对定位平台的定位精度要求也慢慢变得高,定位系统的发展也将促进超精密加工、精密测量及大规模集成电路等行业的发展,高精度定位技术应用前景广阔。