基于优化仿S型速度规划的点胶运动控制系统研究.pdf

摘要

点胶机作为智能制造行业重要的一环，在半导体电子封装领域起着重要作用。

在点胶中当工件种类较多或发生偏移时，点胶效率会大打折扣，而国内对点胶机控

制系统的研究起步较晚，没有专门的控制系统能满足此类生产效率要求。因此本文

面向中小企业，以实现快速响应、提高设备运行稳定性和点胶效率为出发点，搭建

了一种以ARM+FPGA为控制核心的点胶机运动控制系统。本文的研究内容如下：

首先，为解决点胶设备运动过程传统速度规划加速度不连续导致设备振荡与

堆胶的稳定性问题，本文以结合梯形与余弦三角函数加减速算法为基础，考虑运动

快速响应与连续平滑特性，提出了对运动复杂约束条件下的速度对时间与位移之

间的映射关系，并对运动过程的极端情况给出分析方案，优化了算法计算灵活性与

响应速度，进一步提高了运动效率。

其次，为解决传统双阀只能应用于联板或固定距离的微调点胶方式，引入一种

新型坐标系转换矩阵求解方法以此来求解待点胶两个目标的姿态变换矩阵，并将

规划的主目标运动通过变换矩阵计算求解得到第二目标的运动输出，从而实现双

阀异步点胶，提高点胶效率。

然后，为验证本文所提出的快速响应算法并实现双阀异步点胶的应用，进行了

运动控制系统的硬件与软件设计。硬件上采用ARM+FPGA的双主控配合处理架

构，主要设计实现了双核数据交互模块、数据存储模块、分布式CAN-FD总线模

块与数字量接口模块，并采用Verilog语言实现了FPGA的脉冲输出接口与编码器

的计数和测速功能；软件上采用C语言在硬件基础上对实时任务操作系统进行了

移植，并对运动控制的数据存储、插补运动和数据交互等功能进行了任务封装设计。

以及为实现硬件与用户更好交互从而更便捷进行功能开发，采用C++语言在Qt平

台设计了上位辅助开发软件，能够控制轴运动和对轨迹路径进行生成，以及双阀控

制界面能够采用多点拟合的轴线矢量坐标系转换方法求解变换矩阵，从而实现双

坐标系运动的动态转换。

最后，对运动控制系统进行了速度规划、运动精度与双阀动态点胶测试，通过

这些测试验证了本文所提算法及所开发系统的工程适应性，结果表明本文所提算

法和所开发的系统具有一定的工程应用价值。

关键词：自动点胶机，速度规划，加速度平滑，双阀点胶，前瞻插补

ABSTRACT

Asanimportantpartoftheintelligentmanufacturingindustry,dispensingmachines

playanimportantroleinthefieldofsemiconductorelectronicspackaging.Dispense

efficiencyisgreatlyreducedwhentherearemanydifferenttypesofworkpiecesorwhen

thereisashiftinthedispensingprocess.However,thedomesticresearchondispensing

machinecontrolsystemstartedlate,thereisnospecialcontrolsystemtomeetsuch

productionefficiencyrequirements.Therefore,thisthesisisorientedtosmalland

medium-sizedenterprises,andamotioncontrolsystemofdispensingmachinewith

ARM+FPGAasthecontrolcoreisbuiltwiththestartingpointofachievingfastresponse,

improvingequipmentoperationstabilityanddispensingefficiency.Theresearchforthis

thesisisasfollows.

Firstly,in