機臺回零運動系統及方法
2023-08-08 09:54:11
專利名稱：機臺回零運動系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種機臺運動系統及方法，尤其涉及一種機臺回零運動系統及方法。
背景技術：
質量是一個企業保持長久發展能力的重要因素之一，如何保證和提高產品質量，是企業 活動中的重要內容。製造工廠在批量生產產品前需對生產出的樣品進行量測，以檢驗是否存 在質量問題，如工件的尺寸和形狀是否在公差規定範圍內。
目前，採用的機臺回零運動的方法是只設置一個回零觸發點，不能達到很精確的回零效 果，而且當運動軸很長時，回零速度很慢。機臺進行回零運動時，當有嚴重幹擾信號時，例 如伺服系統中的電機的電磁幹擾，擾亂了軸控卡接收信號，機臺就不能準確地回到零點，那 麼機臺就不能進行很精確地測量產品，產品質量就不能得到保障。
發明內容
鑑於以上內容，有必要提供一種機臺回零運動系統，使得機臺能夠快速準確地回到零點 鑑於以上內容，還有必要提供一種機臺回零運動方法，使得機臺能夠快速準確地回到零點。
本發明較佳實施例提供一種機臺回零運動系統，該系統包括軸控卡，與所述軸控卡相連 的計算機、硬體限位開關及安裝在機臺運動部件上的光柵尺和讀頭，該軸控卡包括接收模 塊，用於接收計算機發送的回零指令；設置模塊，用於設定機臺運動部件在運動軸上的回零 速度V1和回零方向S1，設置硬體限位開關為觸發位置；執行模塊，用於執行所述回零指令； 所述接收模塊，還用於在機臺運動部件已經停止運動時，接收硬體限位開關所反饋的脈衝； 判斷模塊，用於根據所接收的脈衝判斷該運動部件是否觸發了硬體限位開關；所述設置模塊 ，還用於在機臺的運動部件觸發了硬體限位開關時，設置機臺運動部件在運動軸上的再次執 行回零指令時的回零速度V2和回零方向S2，設置零點偏移量，設置光柵尺參考點為觸發位置 ;所述接收模塊，還用於在執行模塊再次執行回零指令後，若機臺運動部件已經停止運動， 則接收讀頭所反饋的脈衝；及所述判斷模塊，還用於根據讀頭所反饋的脈衝來判斷該機臺運 動部件是否觸發了所述光柵尺參考點，若所述機臺運動部件觸發了光柵尺參考點，則所述機 臺運動軸回零運動結束。
5本發明較佳實施例提供一種機臺回零運動方法，該方法包括如下步驟(a)軸控卡接 收計算機發送的回零指令；(b)軸控卡設置運動部件在運動軸上的回零速度V1和回零方向 Sl，設置硬體限位開關為觸發位置；(c)軸控卡執行所述回零指令；(d)在機臺運動部件 沒有停止運動時，所述軸控卡等待運動部件到位信息；(e)在運動部件停止運動後，所述 軸控卡接收硬體限位開關所反饋的脈衝；(f)根據所接收的脈衝判斷該運動部件是否觸發 了所述硬體限位開關；(g)若機臺運動部件觸發了該硬體限位開關，設置機臺運動部件在 運動軸上的回零速度V2和回零方向S2，設置運動軸的零點偏移量，設置光柵尺上的光柵尺參 考點為機臺運動部件的觸發位置，該光柵尺安裝在機臺運動部件上；(h)軸控卡再次執行 所述回零指令；(i)在運動部件沒有停止運動時，軸控卡等待機臺運動部件到位信息；( j)在運動部件已經停止運動後，軸控卡接收安裝在機臺運動部件上的讀頭所反饋的脈衝； 及(k)根據讀頭所反饋的脈衝來判斷該機臺運動部件是否觸發了所述光柵尺參考點，若所 述機臺運動部件觸發了光柵尺參考點，則所述運動軸回零運動結束。
相較於現有技術，所述的機臺回零運動系統及方法，通過分別設置硬體限位開關和光柵 尺參考點為回零觸發點，由控制卡控制運動部件達到觸發條件，從而完成回零運動，使得機 臺能夠快速準確地回到零點。
圖l是本發明機臺回零運動系統較佳實施例的硬體架構圖。
圖2是本發明機臺回零運動系統較佳實施例中計算機的功能模塊圖。
圖3是本發明機臺回零運動方法機臺回零運動前計算機的較佳實施例的流程圖。
圖4是本發明機臺回零運動方法較佳實施例的流程圖。
具體實施例方式
針對本發明涉及的專有術語作如下解釋 開環伺服系統環路的斷開狀態； 閉環伺服系統環路的閉合狀態；
限位包括硬體限位和軟體限位，硬體限位是指機臺上用來制止運動部件機械運動的一 開關，而軟體限位是指通過軟體來設置一指定位置從而使運動部件到該指定位置時停止運動
參閱圖1所示，是本發明機臺回零運動系統較佳實施例的硬體架構圖。其包括計算機 1、軸控卡2、伺服系統3、光柵尺計數系統4及硬體限位開關5。其中，計算機l通過通訊協議 與軸控卡2進行通訊，該通訊協議可以為RS232通訊協議、TCP/IP通訊協議等，計算機l發送回零指令給軸控卡2，該軸控卡2接收該回零指令控制伺服系統3，從而驅動機臺的運動部件 (圖中未示出)運動，達到控制運動部件的回零運動軌跡。伺服系統3包括驅動器30，電機 31及編碼器32，該電機31與編碼器32被固定在一起，其中軸控卡2輸出一模擬電壓給驅動器 30，驅動器30輸出一PWM (pulse width modulation)波給電機31以驅動電機31運動，編碼 器32輸出一反饋脈衝給驅動器30以控制運動部件的運動速度。所述光柵尺計數系統4包括光 柵尺40和讀頭41，該光柵尺40和讀頭41安裝在運動部件上，讀頭41跟隨運動部件一起運動， 運動部件開始運動後，讀頭41讀出光柵尺40上的數據，並輸出一反饋脈衝給軸控卡2，通過 該計數值(包括X、 Y及Z軸三個值)可計算出當前運動部件的位置，該光柵尺計數系統4的光 柵尺40上至少有一個光柵尺參考點，用於作為回零運動時的觸發位置。所述硬體限位開關5 的信號線與軸控卡2的一個輸入/輸出(1/0， Input/Output)埠相連，該硬體限位開關5按 照種類不同可分為光電限位開關、機械限位開關等，本實施例中以光電限位開關為例進行 說明，當運動部件上的遮片遮住光電限位開關的光路時，該光電限位開關即被觸發，此時該 光電限位開關發送一個脈衝給軸控卡2。若該光電限位開關被觸發，則該脈衝為高電平，若 該光電限位開關沒有被觸發，則該脈衝為低電平。
參閱圖2所示，是本發明機臺回零運動系統較佳實施例中軸控卡2的功能模塊圖。該軸控 卡2包括多個功能模塊接收模塊IO、定義模塊12、設置模塊14、執行模塊16及判斷模塊18
在機臺運動前，計算機l對機臺進行監控，以判斷機臺是否能正常運行，以確保機臺運 動時的安全性及可靠性。
接收模塊10用於接收計算機1發送的回零指令。
定義模塊12用於定義計算機1與軸控卡2之間的交互信息的變量，所述變量包括伺服狀 態、驅動器狀態、軟體限位狀態、硬體限位狀態、速度狀態、光電限位開關狀態及光柵尺參 考點狀態等。其中，伺服狀態的值表示伺服系統3的運行狀態，該運行狀態包括開環和閉 環狀態；驅動器狀態包括驅動器30的有故障狀態和無故障狀態；軟體限位狀態和硬體限位狀 態是指運動部件的有效狀態和無效狀態；速度狀態是指運動部件的零速狀態和非零速狀態， 光電限位開關狀態是指運動部件是否觸發了光電限位開關；光柵尺參考點狀態是指運動部件 是否觸發了光柵尺參考點。
設置模塊14用於設定回零運動相關參數值，所設定的回零運動相關參數值包括設定運 動軸軟體限位狀態為無效，設定運動軸的硬體限位狀態無效，設定運動軸的零點偏移量為零 ，該偏移量是根據機臺本身製造結構來確定的，需要通過測量才能得到該偏移量，此時將運動軸的偏移量設為零，是為了讓運動部件在到達光電限位開關時，不需要進行零點偏置運動 。所述運動軸包括X軸、Y軸及Z軸，本實施例中是以Z軸、X軸、Y軸的順序依次進行回零的
所述設置模塊14還用於設定運動部件在運動軸上的回零方向S1和回零速度V1，設定光電 限位開關為觸發位置，設定回零標示位為0，該標示位的值有兩種0和1，標示位為0表示該 機臺沒有回零，標示位為l表示該機臺已經回零。
執行模塊16用於執行回零指令。
判斷模塊18用於根據速度狀態來判斷運動部件是否已經停止運動，若速度狀態為零速度 ，則表示該運動部件已經停止運動，若速度狀態為非零速度，則表示該運動部件沒有停止運 動，該判斷模塊18還用於該運動部件沒有停止運動時，等待到位信息。
所述接收模塊10還用於若該運動部件已經停止運動，接收光電限位開關所回饋的脈衝值
判斷模塊18還用於根據所述接收模塊10所接收的脈衝值判斷運動部件是否觸發了光電限 位開關。當所述接收模塊10接收到的脈衝為高電平時，所述光電限位開關狀態值為l，所述 判斷模塊18判斷的結果為該運動部件觸發了光電限位開關。當所述接收模塊10接收到的脈衝 為低電平時，該光電限位開關狀態值為O，所述判斷模塊18判斷的結果為該運動部件沒有觸 發光電限位開關。由於設置模塊14設置了光電限位開關為觸發位置，在執行模塊16在執行回 零指令後，停止了運動，如果沒有外界幹擾信號，則該運動部件觸發光電限位開關，若所述 運動部件沒有觸發到光電限位開關，則表示存在幹擾信號，此時，需要執行模塊16再次執行 回零指令。
所述設置模塊14還用於若該運動部件觸發了光電限位開關，設定運動部件的回零方向和 回零速度V2，該回零方向與上述所設置的與回零速度V1對應的回零方向相反，該回零速度 V2比上述所設定的回零速度V1小，設定零點偏移量，該零點偏移量為運動部件到達光柵尺參 考點後然後進行偏置運動所要移動的距離，即所要設定的參考點到所要回到的零點之間的距 離，並設定光柵尺40上的光柵尺參考點為觸發位置，該光柵尺參考點是光電限位開關下面的 第一個光柵尺參考點。
所述接收模塊10還用於若運動部件已經停止運動，接收讀頭41所反饋的脈衝值。 所述判斷模塊18還用於根據所述接收模塊10所接收的脈衝值來判斷是否觸發了所設置的 光柵尺參考點，若所述接收模塊10所接收的脈衝為高電平，所述光柵尺參考點狀態值為l， 則該判斷模塊18判斷的結果為所述運動部件觸發了該光柵尺參考點，當所述接收模塊10所接收的脈衝為低電平時，所述光柵尺參考點狀態值為O，則該判斷模塊18判斷的結果為所述運 動部件沒有觸發該光柵尺參考點，執行回零指令後，若沒有外界信號幹擾，則該運動部件停 止運動並觸發所設置的光柵尺參考點，如果沒有觸發所述光柵尺參考點，則表示存在幹擾信 號，此時，所述執行模塊16再次執行回零指令。
所述判斷模塊18還用於若觸發所述光柵尺參考點，判斷是否所有軸都完成回零。 所述設置模塊14還用於若所有軸都完成回零運動，設置完成回零運動相關參數值，所設 定的完成回零運動相關參數值包括設定運動部件行程，即設置各個運動軸的軟體限位值， 也即各個運動軸的運動極限值，該設置模塊14還用於設置軟體限位和硬體限位有效，並設定 回零標示位為l。
參閱圖3所示，是本發明機臺回零運動方法機臺回零運動前計算機的較佳實施例的流程 圖。在機臺回零運動前，計算機進行發送指令前的一些準備工作，對機臺進行檢査，以確保 機臺運動時的安全性及可靠性。計算機l檢査機臺是否加電(步驟S300);若機臺沒有加電 ，則開啟電源開關(步驟S301);若機臺已經加電，監控計算機1與軸控卡2之間的通訊是否 正常(步驟S302);若通訊不正常，則排除故障(步驟S303);若通訊正常，監控光電限位 開關是否正常(步驟S304);若光電限位開關不正常，則排除故障(步驟S305);若光電開 關5正常，則檢査光柵尺計數系統4是否正常(步驟S306);若所述光柵尺計數系統4不正常 ，則排除故障(步驟S307);若所述光柵尺計數系統4正常，監控伺服系統3是否閉環(步驟 S308);若該伺服系統3開環，則排除故障(步驟S309);若所述伺服系統3閉環，則發送回 零指令給軸控卡2 (步驟S310)。
如圖4所示，是本發明機臺回零運動方法較佳實施例的流程圖。該回零運動是將機臺各 個軸進行回零，其可以按Z、 X、 Y軸及Z、 Y、 X軸的先後順序進行每一軸的回零。在本較佳實 施例中，以Z、 X、 Y軸的先後順序進行回零。
步驟S401，首先，接收模塊10接收計算機1發送的回零指令。
步驟S402，定義模塊12定義計算機1與軸控卡2之間的交互信息的變量，所述變量包括 伺服狀態、驅動器狀態、軟體限位狀態、硬體限位狀態、速度狀態、光電限位開關狀態及光 柵尺參考點狀態等，其中，伺服狀態的值表示伺服系統3的運行狀態，該運行狀態包括開 環和閉環狀態；驅動器狀態包括驅動器30的有故障狀態和無故障狀態；軟體限位狀態和硬體 限位狀態包括有效狀態和無效狀態；速度狀態是指運動部件的零速狀態和非零速狀態，光電 限位開關狀態是指運動部件是否觸發了光電限位開關；光柵尺參考點狀態是指運動部件是否 觸發了光柵尺參考點。步驟S403，設置模塊14設定回零運動相關參數值，所設定的回零運動相關參數值包括 設定運動軸軟體限位狀態為無效，設定運動軸的硬體限位狀態無效，設定運動軸的零點偏移 量為零，該偏移量是根據機臺本身製造結構來確定的，需要通過測量才能得到該偏移量，此 時將運動軸的偏移量設為零，是為了讓運動部件在到達光電限位開關時，不需要進行零點偏 置運動。所述運動軸包括X軸、Y軸及Z軸，本實施例中是以Z軸、X軸、Y軸的順序依次進行 回零的。首先對Z軸進行回零，設定運動部件在Z軸上的回零方向S1、回零速度V1、光電限位 開關5為觸發位置及設定回零標示位為0，該標示位的值有兩種0和1，標示位為O表示該機 臺沒有回零，標示位為l表示該機臺已經回零。
步驟S404，執行指令模塊16執行回零指令。
步驟S405，判斷模塊18根據速度狀態來判斷運動部件是否已經停止運動，若速度狀態為 零速度，則表示該運動部件已經停止運動，若速度狀態為非零速度，則表示該運動部件沒有 停止運動。
步驟S406，若該運動部件已經停止運動，接收模塊10接收光電限位開關所回饋的脈衝值 ，判斷模塊18根據所述接收模塊10所接收的脈衝值判斷運動部件是否觸發了光電限位開關， 當所述接收模塊10接收到的脈衝為高電平時，所述光電限位開關狀態值為l，所述判斷模塊 18判斷的結果為該運動部件觸發了光電限位開關，當所述接收模塊10接收到的脈衝為低電平 時，該光電限位開關狀態值為O，所述判斷模塊18判斷的結果為該運動部件沒有觸發光電限 位開關，由於設置模塊14設置了光電限位開關為觸發位置，在執行模塊16在執行回零指令後 ，停止了運動，如果沒有外界幹擾信號，則該運動部件觸發光電限位開關，若所述運動部件 沒有觸發到光電限位開關，則表示存在幹擾信號，則沒有觸發到光電限位開關，此時則返回 步驟S404。
步驟S407，若該運動部件觸發了光電限位開關，設置模塊14設定運動部件在運動軸上的 回零方向S2和回零速度V2，該回零方向S2與步驟S403中所設置的回零方向S1相反，該回零速 度V2比步驟S403中所設定的回零速度V1小。
步驟S408，設置模塊14設定零點偏移量，該零點偏移量為運動部件到達光柵尺參考點後 然後進行偏置運動所要移動的距離，即所要設定的參考點到所要回到的零點之間的距離。
步驟S409，設置模塊14設定光柵尺40上的光柵尺參考點為觸發位置，該光柵尺參考點是 光電限位開關下面的第一個光柵尺參考點。
步驟S410，執行模塊16執行回零指令。
步驟S411，判斷模塊18判斷所述運動部件是否停止運動。步驟S412，若運動部件已經停止運動，接收模塊10接收讀頭41所反饋的脈衝值，判斷模 塊18根據所述接收模塊10所接收的脈衝值來判斷是否觸發了所設置的光柵尺參考點，若所述 接收模塊10所接收的脈衝為高電平，所述光柵尺參考點狀態值為l，則該判斷模塊18判斷的 結果為所述運動部件觸發了該光柵尺參考點，當所述接收模塊10所接收的脈衝為低電平時， 所述光柵尺參考點狀態值為O，則該判斷模塊18判斷的結果為所述運動部件沒有觸發該光柵 尺參考點，執行回零指令後，若沒有外界信號幹擾，則該運動部件停止運動觸發所設置的光 柵尺參考點，如果沒有觸發所述光柵尺參考點，則表示存在幹擾信號，則轉至步驟S410。
步驟S413，若觸發所述光柵尺參考點，判斷模塊18判斷是否所有軸都完成回零，如果沒 有，則轉至步驟S403，對下一運動軸X軸進行回零，本實施例中，按照Z軸、X軸、Y軸的順序 進行回零。
步驟S414，若所有運動軸都完成回零運動，設置模塊14設置完成回零運動的相關參數值 ，所述設定的完成回零運動的相關參數值包括設置運動部件限位值，即設置各個運動軸的 運動極限值，設定軟體限位、硬體限位有效及設定回零標示位為l，結束流程。
步驟S415，於上述步驟S405中，若所述運動部件沒有停止運動，則所述判斷模塊18等待 運動部件到位信息。
步驟S416，於上述步驟S411中，若所述運動部件沒有停止運動，則所述判斷模塊18等待 運動部件到位信息。
權利要求
權利要求1一種機臺回零運動系統，該系統包括軸控卡，與所述軸控卡相連的計算機、硬體限位開關及安裝在機臺運動部件上的光柵尺和讀頭，該光柵尺上有光柵尺參考點，其特徵在於，該軸控卡包括接收模塊，用於接收計算機發送的回零指令；設置模塊，用於設定機臺運動部件在運動軸上的回零速度V1和回零方向S1，設置硬體限位開關為觸發位置；執行模塊，用於執行所述回零指令；所述接收模塊，還用於在機臺運動部件已經停止運動時，接收硬體限位開關所反饋的脈衝；判斷模塊，用於根據所接收的脈衝判斷該運動部件是否觸發了硬體限位開關；所述設置模塊，還用於在機臺的運動部件觸發了硬體限位開關時，設置機臺運動部件在運動軸上的再次執行回零指令時的回零速度V2和回零方向S2，設置零點偏移量，設置光柵尺參考點為觸發位置；所述接收模塊，還用於在執行模塊再次執行回零指令後，若機臺運動部件已經停止運動，則接收讀頭所反饋的脈衝；及所述判斷模塊，還用於根據讀頭所反饋的脈衝來判斷該機臺運動部件是否觸發了所述光柵尺參考點，若所述機臺運動部件觸發了光柵尺參考點，則所述機臺運動軸回零運動結束。
2.如權利要求l所述的機臺回零運動系統，其特徵在於，所述設置模 塊還用於在機臺回零運動之前設置機臺運動部件上運動軸的軟體限位無效，硬體限位無效， 零點偏移量為零。
3.如權利要求l所述的機臺回零運動系統，其特徵在於，所述軸控卡 還包括定義模塊，用於定義計算機與軸控卡之間的交互信息的變量，所述變量包括伺服狀態、驅動器狀態、軟體限位狀態、硬體限位狀態、速度狀態、硬體限位開關狀態及光柵尺參考點狀態。
4.如權利要求l所述的機臺回零運動系統，其特徵在於，所述回零速 度V2小於回零速度V1，所述回零方向S2與回零方向S1相反。
5.如權利要求l所述的機臺回零運動系統，其特徵在於，所述判斷模 塊還用於判斷是否所有運動軸都已經回零；所述設置模塊，還用於若所有軸都已經完成回零，設置運動軸的運動極限，並設置運 動軸的軟體限位和硬體限位有效。
6. 一種機臺回零運動方法，其特徵在於，該方法包括步驟(a) 軸控卡接收計算機發送的回零指令；(b) 軸控卡設置運動部件在運動軸上的回零速度V1和回零方向S1，設置硬體限位開關 為觸發位置；(c) 軸控卡執行所述回零指令；(d) 在機臺運動部件沒有停止運動時，所述軸控卡等待運動部件到位信息；(e) 在運動部件停止運動後，所述軸控卡接收硬體限位開關所反饋的脈衝；(f) 根據所接收的脈衝判斷該運動部件是否觸發了所述硬體限位開關；(g) 若機臺運動部件觸發了該硬體限位開關，設置機臺運動部件在運動軸上的回零速 度V2和回零方向S2，設置運動軸的零點偏移量，設置光柵尺上的光柵尺參考點為機臺運動部 件的觸發位置，該光柵尺安裝在機臺運動部件上；(h) 軸控卡再次執行所述回零指令；(i) 在運動部件沒有停止運動時，軸控卡等待機臺運動部件到位信息；(j)在運動部件已經停止運動後，軸控卡接收安裝在機臺運動部件上的讀頭所反饋的 脈衝；及(k)根據讀頭所反饋的脈衝來判斷該機臺運動部件是否觸發了所述光柵尺參考點，若 所述機臺運動部件觸發了光柵尺參考點，則所述運動軸回零運動結束。
7.如權利要求6所述的機臺回零運動方法，其特徵在於，所述步驟( b)還包括設置機臺運動部件上運動軸的軟體限位無效，硬體限位無效，零點偏移量為零
8.如權利要求6所述的機臺回零運動方法，其特徵在於，所述回零速 度V2小於回零速度V1，所述回零方向S2與回零方向S1相反。
9.如權利要求6所述的機臺回零運動方法，其特徵在於，在步驟(a)之後還包括定義計算機與軸控卡之間的交互信息的變量，所述變量包括伺服狀態、驅 動器狀態、軟體限位狀態、硬體限位狀態、速度狀態、硬體限位開關狀態及光柵尺參考點狀 態。
10.如權利要求6所述的機臺回零運動方法，其特徵在於，該方法還 包括步驟判斷是否所有運動軸都已經回零，若有運動軸沒有回零，返回上述設置步驟(b )，對該運動軸進行回零，否則若所有運動軸都已經回零，設置運動軸的運動極限，並設置 運動軸的軟體限位和硬體限位有效。
全文摘要
本發明提供一種機臺回零運動系統，包括軸控卡，與所述軸控卡相連的計算機、硬體限位開關及安裝在機臺運動部件上的光柵尺和讀頭，該軸控卡包括接收模塊，用於接收計算機發送的回零指令；設置模塊，用於設置回零運動相關參數值；執行模塊，用於執行回零指令；所述接收模塊，還用於在機臺運動部件已經停止運動時，接收硬體限位開關所反饋的脈衝；判斷模塊，用於判斷運動部件是否觸發了硬體限位開關；所述接收模塊，還用於若運動部件已經停止運動，接收讀頭所反饋的脈衝；及所述判斷模塊，還用於根據讀頭所反饋的脈衝判斷該運動部件是否觸發了光柵尺參考點，若觸發了光柵尺參考點，則所述機臺回零運動結束。本發明還提供一種機臺回零運動方法。
文檔編號G05B19/18GK101436052SQ20071020256
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月15日 優先權日2007年11月15日
發明者張旨光, 陽華偉 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司;鴻海精密工業股份有限公司