閻濤 趙寶琴 胡章詠

摘要：主要介紹了小型零件激光打標(biāo)自動(dòng)上料系統(tǒng)的工作流程，闡述了人機(jī)交互及控制軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用雙cpu系統(tǒng)，分別用來(lái)控制各個(gè)機(jī)械部件動(dòng)作以及發(fā)送激光打標(biāo)控制信號(hào)以及用來(lái)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。從系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能入手，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，合理分配系統(tǒng)資源，并加強(qiáng)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)。最終系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了石英晶體自動(dòng)上料與激光打標(biāo)，并有利于操作人員對(duì)設(shè)備的有效管理，滿足了用戶的要求。

Abstract： This paper mainly introduces the workflow of the automatic marking system for laser marking of small parts， and expounds the design and implementation of human-computer interaction and control software. The system uses a dual cpu system to control the movement of various mechanical components， send laser marking control signals and perform human-machine dialogue. Starting from the main functions to be implemented by the system， structured programming is used in software design， system resources are allocated reasonably， and the anti-interference design of the software is strengthened. The final system realizes automatic loading and laser marking of quartz crystal， and is beneficial to the operator to effectively manage the equipment and meet the requirements of users.

關(guān)鍵詞：上料系統(tǒng);控制電路;軟件

Key words： feeding system;control circuit;software

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）36-0254-02

1? 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本系統(tǒng)為石英晶體激光打標(biāo)自動(dòng)上料系統(tǒng)，自動(dòng)上料的主體-石英晶體形狀較小，重量輕，屬小型件。系統(tǒng)的主要構(gòu)成如圖1所示。在工作時(shí)需要根據(jù)客戶要求設(shè)定工作參數(shù)（主要包括打標(biāo)石英晶體數(shù)量、石英晶體打標(biāo)時(shí)間等），并且需要實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)，故在設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí)采用雙CPU（單片機(jī)）系統(tǒng)，其中一個(gè)單片機(jī)主要用來(lái)控制各個(gè)機(jī)械部件動(dòng)作以及發(fā)送激光打標(biāo)控制信號(hào)，另一個(gè)單片機(jī)則主要是用來(lái)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，兩個(gè)單片機(jī)之間用串行口進(jìn)行通信。為了滿足控制系統(tǒng)的要求，在為系統(tǒng)編制軟件程序時(shí)要做到：

①資源的合理分配，包括中斷源、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、ROM、RAM等。目的是使控制系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)外部的需求。

②為提高該自動(dòng)上料系統(tǒng)的可靠性，不僅在硬件設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)電磁兼容性，而且在軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要加強(qiáng)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)。

該控制系統(tǒng)采用51匯編語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言。軟件主要包括的子程序?yàn)椋杭す獯驑?biāo)計(jì)數(shù)子程序、激光打標(biāo)機(jī)控制子程序、步進(jìn)電機(jī)控制子程序、光電傳感器檢測(cè)子程序、參數(shù)設(shè)置子程序等。

2? 自動(dòng)上料控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，會(huì)發(fā)生一些突發(fā)情況和不同的生產(chǎn)管理需求，所以該控制系統(tǒng)除了要實(shí)現(xiàn)常規(guī)的工序控制外，還應(yīng)該考慮到這些情況，為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下功能：

①單次激光打標(biāo)的批量可以自由設(shè)定。最小設(shè)定值為1，最大設(shè)定值10000，當(dāng)激光達(dá)標(biāo)系統(tǒng)計(jì)數(shù)值到達(dá)設(shè)定的批量后系統(tǒng)自動(dòng)停止，并發(fā)出打標(biāo)完成信號(hào)。

②當(dāng)激光打標(biāo)過(guò)程正在進(jìn)行時(shí)，如有特殊情況需要處理，可以通過(guò)設(shè)定的暫停鍵使系統(tǒng)暫停。

③激光打標(biāo)間隔時(shí)間可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。不同的激光打標(biāo)字符所需耗費(fèi)的時(shí)間也不同，在實(shí)際打標(biāo)時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果時(shí)間間隔設(shè)置過(guò)短，激光系統(tǒng)還沒(méi)有打完標(biāo)系統(tǒng)就把下一個(gè)石英晶體推到激光打標(biāo)位，并發(fā)出打標(biāo)信號(hào)，造成激光打標(biāo)不完整。

④上料系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)報(bào)警。上料系統(tǒng)有時(shí)由于石英晶體的尺寸誤差，會(huì)發(fā)生堵料等情況，造成石英晶體不能順暢的從電磁振動(dòng)料斗傳送至移位轉(zhuǎn)盤處，當(dāng)發(fā)生此種情況，即移位轉(zhuǎn)盤缺料超過(guò)2min時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，出現(xiàn)這種情況后，在附近的工作人員就可以幫助處理，盡量減少專職看守設(shè)備人員。

⑤當(dāng)上料系統(tǒng)出現(xiàn)特殊情況時(shí)，需要對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，所以需要設(shè)置復(fù)位按鍵。

系統(tǒng)的控制面板如圖2所示。

3? 激光打標(biāo)上料控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

主控程序的程序執(zhí)行流程圖如圖3所示。

①激光打標(biāo)控制系統(tǒng)初始化。

②激光打標(biāo)控制系統(tǒng)控制部分。

該部分主要完成對(duì)石英晶體激光打標(biāo)控制系統(tǒng)的外部信號(hào)輸入狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)外部中斷的循環(huán)進(jìn)行監(jiān)控，并根據(jù)發(fā)生的不同的具體情況，分別轉(zhuǎn)向相對(duì)應(yīng)的程序分支。這些程序分支包括：上料系統(tǒng)光電傳感器狀態(tài)檢測(cè)程序;激光打標(biāo)控制系統(tǒng)打標(biāo)參數(shù)設(shè)置程序分支;激光打標(biāo)開始程序;激光打標(biāo)復(fù)位程序。

③步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)。

該石英晶體激光打標(biāo)上料機(jī)械部分采用電磁鐵和步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的機(jī)械元件，步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)整是通過(guò)單片機(jī)所發(fā)出的不同的脈沖頻率來(lái)進(jìn)行。

復(fù)位或?qū)碾姶耪駝?dòng)料道接收石英晶體時(shí)，需要進(jìn)行精確的位置控制。但該激光打標(biāo)上料系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮研發(fā)制造成本，采用成本較低的開環(huán)控制而沒(méi)有單獨(dú)設(shè)置位置傳感器達(dá)到了系統(tǒng)所需的位置精度。

由于不能夠確定步進(jìn)電機(jī)的初始位置，因此系統(tǒng)在初始化后首先要尋找機(jī)械原點(diǎn)（在這里指移位轉(zhuǎn)盤上的空料位處）。然后使此位置轉(zhuǎn)至電磁振動(dòng)料道出口處，這樣，便允許電磁振動(dòng)料道開始送料。

4? 小結(jié)

在合理的硬件基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制軟件的設(shè)計(jì)，首先從系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能入手，然后進(jìn)行控制系統(tǒng)的主程序的設(shè)計(jì)。軟件采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，合理分配系統(tǒng)資源，在抗干擾方面，與硬件配合，并加強(qiáng)軟件的抗干擾設(shè)計(jì)。樣機(jī)經(jīng)過(guò)在生產(chǎn)企業(yè)多次實(shí)踐并不斷完善，最終系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了石英晶體自動(dòng)上料與激光打標(biāo)，滿足了生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量要求，并有利于操作人員對(duì)設(shè)備的有效管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔秀梅.金相試樣切割機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)的研究[D].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2002.

[2]鐘元.面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016，6.

[3]黃青青.基于機(jī)器視覺(jué)的自動(dòng)上料機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制[D].東華大學(xué)，2015.