電池片印刷機印刷壓力控制裝置的製作方法
2023-05-06 08:09:01
專利名稱：電池片印刷機印刷壓力控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及絲網印刷機技術領域。
背景技術：
印刷壓力是印刷機設計和使用過程中的基礎，它不僅是現代印刷 的根本保證，而 且在很大程度上決定著印刷的質量。隨著太陽能電池技術的廣泛應用，太陽能電池用矽片 的印刷質量成為保證太陽能電池轉換效率的一個關鍵。現代印刷技術在生產效率和控制 精度上提出了高效、穩定、精準的控制要求。而以往採用的氣壓式壓力印刷方式和位置壓 力印刷方式已經無法滿足要求。對於高精度印刷，例如LTCC用網版印刷，對控制精度要求 士0. 2N的偏差量，由於氣壓式壓力印刷本身存在的缺陷印刷壓力控制精度低、印刷速度 較慢、印刷質量粗糙，這種印刷方式已經不能滿足系統要求，氣壓式壓力印刷是通過控制氣 壓源的壓力大小來完成力的輸出，但是由於氣壓調節精度低，壓力輸出的精度進而受到影 響，反覆輸出同一壓力的情況下的重複精度較差，由於對汽缸進行控制，硬體的響應延遲， 對整機的印刷效率有影響，由於這種方式力的輸出精度較低，所以印刷質量就無法滿足要 求。而其他一些印刷用設備採用位置控制的方式(通過絲網變形量實現壓力控制)，這種控 制方式需要絲網變形量保持一致，但是由於長期工作後絲網鬆脫，不能保證線性度一致的 變形量，所以這種方式也不適合現代印刷系統的高要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種電池片印刷機印刷壓力控制裝置，與現有技術相比，利 用本發明裝置，可以實現印刷壓力控制較平穩準確、壓力輸出較均衡、印刷質量高、效率高、 適用範圍廣等優點。本發明是這樣實現的一種電池片印刷機印刷壓力控制裝置，包括塗墨座整體、印 刷座整體，塗墨座整體和塗墨刮板體相連，其特徵在於塗墨座整體上設有導軌和線性電機 定子；印刷座整體和印刷刮板體相連，印刷座整體上設有導軌滑塊和壓力控制線性電機動 子；設有印刷座整體的重量平衡機構印刷座整體和平衡氣缸的活塞杆相連，平衡氣缸和 氣壓調節裝置相連。電池片印刷機印刷壓力控制裝置中設有刮板平衡調節機構較佳，其結構為印刷 刮板與印刷座下端通過浮動連接頭相連，印刷座左右兩側各設有一個刮板平衡螺旋調節機 構，刮板平衡螺旋調節機構的兩個伸出杆端頂住印刷刮板的上邊緣。電池片印刷機印刷壓力控制裝置中設有可構成位置閉環的光柵反饋裝置及零位 開關，線性電機採用無齒槽效應的無鐵芯線性電機，並採用線性電機位置模式和力矩輸出 模式控制。上述的光柵反饋裝置具有光柵尺尺條帶和光柵尺讀數頭，光柵尺尺條帶安裝於塗 墨座上，光柵尺讀數頭安裝於印刷座整體上，光柵尺尺條帶及零位開關裝在壓力控制線性 電機定子行程的一側。
上述的線性電機位置模式和在位置模式下的輔助力矩輸出模式控制電路的結構 較佳為具有上位機、CAN運動控制卡和Copley驅動器，上位機通過PCI總線與CAN運動控 制卡相連，CAN運動控制卡直接插入上位機的PCI插槽內；CAN卡上配有與Copley驅動器 相連接的CAN通訊口，Copley驅動器則通過CAN總線與CAN運動控制卡相連接，用來傳輸 控制系統命令；電機本身自帶霍爾傳感器，用於電機自身相位初始化時的校正，霍爾線直接 接到驅動器相應的霍爾傳感器接口，電機線直接接入驅動器電機線輸入口，且保證同名端 相連接；光柵尺反饋裝置的讀數頭帶有連接線，直接接入驅動器的相應輸入端；原點開關 為一個位置傳感器，傳感器一端帶有連接線，接入驅動器相應的輸入端，原點開關作為電機 初始位參考，以確定印刷位置的相對位置；工作時，上位機通過CAN卡向驅動器發送控制指 令，驅動器接收到位移或者力輸出指令後，向電機發送脈衝，完成命令傳送；驅動器首先將 控制環設置為位置閉環，壓力控制電機工作在位置模式下；然後電機從初始位置運動到印 刷時所需的印刷位置時，驅動器收到電機到位信號，將驅動器內部控制環改為電流環，使電 機工作在力矩輸出模式下，輸出相應的力，實現印刷壓力輸出。
所述的電池片印刷機印刷壓力控制裝置，可對電機施加電流偏置量，電流偏置量 通過Copley自身配帶的軟體CME2在驅動器內部設置，用以抵消有氣缸平衡後的整個壓力 控制裝置運行時對壓力控制電機產生的微小反作用力；測力計測量電機的微小反作用力。所述的位置閉環用光柵尺解析度小於Ium較好，壓力計型號為SH-500較好。本發明的積極效果是能有效解決現有技術中存在的問題，採用平衡裝置平衡掉 印刷座整體的自重和摩擦力，為精準的力輸出控制消除了系統自身的因素，與現有氣動壓 力印刷技術和單純位置控制壓力印刷方法相比，利用本發明裝置，可以實現壓力控制準確 度較高、印刷壓力輸出較均衡、實時性好穩定性高、印刷質量高、工作效率高、適用範圍廣等 優點，有利於提高經濟效益。本發明在驅動器內部設置電機輸出電流偏移量，可抵消整個印刷裝置帶來的微小 反作用力對電機輸出電流的影響，進一步保證了電機處於高度力平衡狀態；採用位置模式 輔助力矩輸出模式的控制方法使系統壓力輸出的準確度大幅提高，克服了現有技術印刷壓 力輸出不均衡、印刷效率低等缺陷。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，但不作為對本發明的限定。圖1是本發明裝置的機械結構示意圖。圖2是圖1的左視圖。圖3是圖2中件號2印刷座整體的左視圖。圖4是圖2中件號1塗墨座整體的右視圖。圖5是圖1的硬體結構控制原理框圖。圖6是圖1的控制流程圖。圖1 圖6中1.塗墨座整體，2.印刷座整體，3.印刷刮板體，4.塗墨刮板體， 5.壓力控制電機定子，6.導軌，7.塗墨氣缸，8.導軌滑塊，9.平衡氣缸，10.零位開關， 11.光柵尺尺條帶，12.塗墨刮板，13.螺旋測位頭，14.光柵尺讀數頭，15.壓力控制電機 動子，16.印刷刮板，17.浮動連接頭，18.上位機，19. CAN運動控制卡，20. Copley驅動器，21.電機霍爾，22.壓力控制電機，23.印刷裝置，24.原點開關，25，光柵反饋。
具體實施例方式參見圖1 圖6。該電池片印刷機印刷壓力控制裝置，包括塗墨座整體1、印刷座 整體2，塗墨座整體1和塗墨刮板體4相連，塗墨座整體1上設有導軌6和線性電機定子5 ； 印刷座整體2和印刷刮板體3相連，印刷座整體2上設有導軌滑塊8和壓力控制線性電機 動子15 ；設有印刷座整體2的重量平衡機構印刷座整體2和平衡氣缸9的活塞杆相連，平 衡氣缸9和氣壓調節裝置相連；平衡汽缸9平行於電機運行方向安裝，平衡印刷座整體2的 自重和電機運行時的摩擦力。設有可構成位置閉環的光柵反饋裝置及零位開關，線性電機 採用無齒槽效應的無鐵芯線性電機，並採用線性電機位置模式和電機力矩輸出模式控制。刮板平衡調節機構，其結構為印刷刮板16與印刷座2下端通過浮動連接頭17相 連，印刷座2左右兩側各設有一個刮板平衡螺旋調節機構13，刮板平衡螺旋調節機構13的 兩個伸出杆端頂住印刷刮板的上邊緣。光柵反饋裝置具有光柵尺尺條帶11和光柵尺讀數 頭，光柵尺尺條帶11安裝於塗墨座1上，光柵尺讀數頭安裝於印刷座整體2上，光柵尺尺條 帶11及零位開關裝在壓力控制線性電機定子5行程的一側。線性電機位置模式和電機力矩輸出模式控制的硬體結構較佳為具有上位機18、 CAN運動控制卡19和Copley驅動器20 ；上位機18通過PCI總線與CAN運動控制卡19相 連，CAN運動控制卡19直接插入上位機18的PCI插槽內；CAN卡19上配有與Copley驅動 器20相連接的CAN通訊口，Copley驅動器20則通過CAN總線與CAN運動控制卡19相連 接，用來傳輸控制系統命令；電機22本身自帶霍爾傳感器21，用於電機自身相位初始化時 的校正，霍爾線直接接到驅動器相應的霍爾傳感器接口，電機線直接接入驅動器電機線輸 入口，且保證同名端相連接；光柵尺反饋裝置25的讀數頭帶有連接線，直接接入驅動器20 的相應輸入端；原點開關24為一個位置傳感器，傳感器一端帶有連接線，接入驅動器相應 的輸入端，原點開關作為電機初始位參考，以確定印刷位置的相對位置；工作時，上位機通 過CAN卡19向驅動器20發送控制指令，驅動器20接收到位移或者力輸出指令後，向電機 發送脈衝，完成命令傳送；驅動器首先將控制環設置為位置閉環，壓力控制電機工作在位置 模式下；然後電機從初始位置運動到印刷時所需的印刷位置時，驅動器20收到電機22到位 信號，將驅動器內部控制環改為電流環，使電機工作在力矩輸出模式下，輸出相應的力，實 現印刷壓力輸出。控制部分包括採用位置模式輔助力矩輸出模式，並對電機施加電流偏置量。對電 機施加電流偏置量，電流偏置量通過Copley驅動器20自身配帶的軟體CME2在驅動器內部 設置，用以抵消有氣缸平衡後的整個壓力控制裝置運行時對壓力控制電機產生的微小反作 用力；測力計測量電機的微小反作用力。Copley驅動器20可通過自身配帶的軟體CME2在 驅動器內部設置電機輸出電流偏置量，用以抵消有氣缸平衡後的整個壓力控制裝置運行時 對壓力控制電機22產生的微小反作用力；採用測力計測量電機輸出力。位置閉環用光柵尺 解析度小於lum，壓力計型號為SH-500。平衡汽缸8豎直安裝在塗墨座上，承載了印刷座2本身的自重，保證電機在運行過 程中處於無負載狀態(與水平安裝無異)。塗墨氣缸6驅動塗墨刮板1用於塗墨。塗墨座 整體1固定不動，印刷座整體2作為壓力控制電機動子15的負載，隨電機動子上下滑動。電機動子15和電機定子5通過螺釘緊固在塗墨座1上，動子通過螺釘直接與印刷座2相連接；導軌6通過螺釘安裝在塗墨座上，導軌上的滑塊8直接與印刷座2通過螺釘連接，作為 導向裝置，當電機通電後，電機動子在電機定子所產生的磁場推力作用下沿著導軌導向，帶 動印刷座整體同步運動。圖4，螺旋測位頭13對稱安裝在壓力控制電機動子15的兩側，它通過一塊座在印 刷座2上的小板豎直裝夾在壓力控制電機動子15的兩側，印刷刮板16與印刷座2的最下 端邊緣通過一個浮動連接頭17相連，當配套的印刷刮板套在浮動連接頭上時，可能會使刮 板與絲網接觸面不平，這時，調節印刷座左右兩側的螺旋測位頭13，使螺旋測位頭的兩個伸 出杆端頂住印刷刮板的上邊緣，使刮板保持平衡。整個裝置印刷力輸出動作描述以導軌6導向的壓力控制電機的動子15帶動負 載(印刷座整體)向下運動，由於安裝在塗墨座上的平衡氣缸8的活塞杆連接著印刷座整 體，因此整個印刷座整體的重量就由氣缸承載了，這樣，電機可在豎直安裝的導軌上自由上 下運動，當電機下降至印刷位置時，控制系統發送力輸出命令，電機輸出相應的作用力。圖5示，上位機18通過PCI總線與CAN運動控制卡19相連，CAN卡19直接插入上 位機18的PCI插槽內；CAN卡19上配有與Copley驅動器20相連接的CAN通訊口，Copley 驅動器20則通過CAN總線與CAN運動控制卡19相連接，用來傳輸控制系統命令；電機21本 身自帶霍爾傳感器21，它用於電機自身相位初始化時的校正，霍爾線直接接到驅動器相應 的霍爾傳感器接口，電機線直接接入驅動器電機線輸入口，且保證同名端相連接；電機22 的反饋裝置採用光柵尺反饋裝置25，它包括尺條和讀數頭，讀數頭帶有連接線，直接接入驅 動器20的相應輸入端；原點開關24為一個位置傳感器，傳感器一端帶有連接線，接入驅動 器20相應的輸入端，原點開關24作為電機初始位參考，以確定印刷位置的相對位置。工作 時，上位機18通過CAN卡19向驅動器20發送控制指令，驅動器20接收到位移或者力輸出 指令後，向電機22發送脈衝，完成命令傳送；電機22則驅動印刷裝置23完成相應的位移或 者力輸出動作。電機的基礎參數在CME2軟體中設置好後通過CAN總線下傳到Copley驅動器20 中，CME2軟體為驅動器自身配帶的調試軟體，安裝在上位機18上，用於初始調試電機的PID 參數等。驅動器與CAN卡19之間的通訊協議為CanOpen網絡通訊協議，光柵尺讀數頭與零 位開關的電氣接線端接入相應驅動器埠。圖6示控制流程圖，總體上分為以下幾部分首先是參數設置，在CME2軟體裡設置 電機工作的控制環，電機基本參數，光柵尺的解析度、PID調節參數等，通過CAN總線下傳到 驅動器，調節電機PID參數至運行最佳狀態。其次，測試該裝置的微小反作用力所對應的電機電流值，方法如下使電機反覆輸 出兩種不同的力，從測力計上讀取數值，將兩組力的值分別取平均，然後將兩平均值作差即 可得到系統自身的微小反作用力，根據電流與力的比例關係得到驅動器內部應該設置的電
流偏置量。最後，測試程序編譯，其中程序編譯的過程即為本控制方式的實現過程，電機從初 始位置至印刷位置是一個位置模式控制，從印刷位置輸出控制壓力是一個力矩模式控制。 電機接收到位移命令後，驅動印刷裝置從初始位置運動到印刷位置；之後，從印刷位置開 始，電機需要輸出控制壓力，這是一個力矩模式控制，電機接收到力輸出命令後，輸出相應的力。本發明克服了現有絲網印刷技術壓力控制準確度低、刷壓力輸出不均衡、印刷效 率低的缺陷，提出了一種全新的絲網印刷系統。該實施例可為半自動或全自動電池片印刷機壓力控制裝置。
權利要求
一種電池片印刷機印刷壓力控制裝置，包括塗墨座整體(1)、印刷座整體(2)，塗墨座整體(1)和塗墨刮板體(4)相連，其特徵在於塗墨座整體(1)上設有導軌(6)和線性電機定子(5)；印刷座整體(2)和印刷刮板體(3)相連，印刷座整體(2)上設有導軌滑塊(8)和壓力控制線性電機動子(15)；設有印刷座整體(2)的重量平衡機構印刷座整體(2)和平衡氣缸(9)的活塞杆相連，平衡氣缸(9)和氣壓調節裝置相連；設有線性電機位置模式和電機力矩輸出模式控制。
2.根據權利要求1所述的電池片印刷機印刷壓力控制裝置，其特徵在於設有刮板平衡 調節機構，其結構為印刷刮板(16)與印刷座(2)下端通過浮動連接頭(17)相連，印刷座 (2)左右兩側各設有一個刮板平衡螺旋調節機構(13)，刮板平衡螺旋調節機構(13)的兩個 伸出杆端頂住印刷刮板的上邊緣。
3.根據權利要求1所述的電池片印刷機印刷壓力控制裝置，其特徵在於設有可構成位 置閉環的光柵反饋裝置及零位開關，線性電機採用無齒槽效應的無鐵芯線性電機。
4.根據權利要求3所述的電池片印刷機印刷壓力控制裝置，其特徵在於所述的光柵反 饋裝置具有光柵尺尺條帶(11)和光柵尺讀數頭，光柵尺尺條帶(11)安裝於塗墨座(1)上， 光柵尺讀數頭安裝於印刷座整體(2)上，光柵尺尺條帶(11)及零位開關裝在壓力控制線性 電機定子子(5)行程的一側。
5.根據權利要求1所述的電池片印刷機印刷壓力控制裝置，其特徵在於所述的線性電 機位置模式和電機力矩輸出模式控制的硬體結構為具有上位機18、CAN運動控制卡19和 Copley驅動器20，上位機18通過PCI總線與CAN運動控制卡19相連，CAN運動控制卡19 直接插入上位機18的PCI插槽內；CAN卡19上配有與Copley驅動器20相連接的CAN通 訊口，Copley驅動器20則通過CAN總線與CAN運動控制卡19相連接，用來傳輸控制系統 命令；電機22本身自帶霍爾傳感器21，用於電機自身相位初始化時的校正，霍爾線直接接 到驅動器20相應的霍爾傳感器接口，電機線直接接入驅動器20電機線輸入口，且保證同名 端相連接；光柵尺反饋裝置25的讀數頭帶有連接線，直接接入驅動器20的相應輸入端；原 點開關24為一個位置傳感器，傳感器一端帶有連接線，接入驅動器20相應的輸入端，原點 開關24作為電機初始位參考，以確定印刷位置的相對位置；工作時，上位機18通過CAN卡 19向驅動器發送控制指令，驅動器接收到位移或者力輸出指令後，向電機發送脈衝，完成命 令傳送；驅動器首先將控制環設置為位置閉環，壓力控制電機22工作在位置模式下；然後 電機從初始位置運動到印刷時所需的印刷位置時，驅動器收到電機到位信號，將驅動器內 部控制環改為電流環，使電機工作在力矩輸出模式下，輸出相應的力，實現印刷壓力輸出。
6.根據權利要求5所述的電池片印刷機印刷壓力控制裝置，其特徵在於通過軟體對電 機施加電流偏置量，電流偏置量通過Copley自身配帶的軟體CME2在驅動器內部設置，用以 抵消有氣缸平衡後的整個壓力控制裝置運行時對壓力控制電機產生的微小反作用力；測力 計測量電機的微小反作用力。
7.根據權利要求6所述的電池片印刷機印刷壓力控制裝置，其特徵在於位置閉環用光 柵尺解析度小於lum，壓力計型號為SH-500。
全文摘要
本發明的目的是提供一種電池片印刷機印刷壓力控制裝置，涉及絲網印刷機技術領域。塗墨座整體上設有導軌和線性電機定子；印刷座整體和印刷刮板體相連，印刷座整體上設有導軌滑塊和壓力控制線性電機動子；設有印刷座整體的重量平衡機構印刷座整體和平衡氣缸的活塞杆相連，平衡氣缸和氣壓調節裝置相連；設有可構成位置閉環的光柵反饋裝置及零位開關，線性電機採用無齒槽效應的無鐵芯線性電機，設有線性電機位置模式和在位置模式下的輔助力矩輸出模式控制電路。本發明與現有氣動壓力印刷技術和單純位置控制壓力印刷方法相比，採用本發明裝置，可以實現壓力控制準確度較高、印刷壓力輸出較均衡、印刷質量高、工作效率高、適用範圍廣等優點。
文檔編號B41F33/10GK101823360SQ2010101142
公開日2010年9月8日 申請日期2010年2月26日 優先權日2010年2月26日
發明者張世強, 楊志, 王惠霞, 王慧, 許博 申請人:中國電子科技集團公司第四十五研究所