CN116136673B - 贴片机整机控制***及方法、贴片机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制技术领域，具体公开了一种贴片机整机控制***及方法、贴片机，所述***基于FPGA主控板实现控制功能，FPGA主控板包括：信息交互模块，用于FPGA主控板与主控软件交互；流程控制模块，用于接收来自主控软件的流程动作指令；通信模块，用于接收来自所述流程控制模块的流程动作指令和/或来自主控软件的直接动作指令，下发至贴片机的子模块中执行，实时轮询子模块的状态信息；监测模块，用于监测来自所述通信模块实时轮询的状态信息，并将监测结果反馈至主控软件。该方案通过主控软件与FPGA协同作用，实现提高了整机控制的实时性并极大地降低CPU占用率，减少对于CPU的需求。

Description

贴片机整机控制***及方法、贴片机

技术领域

本发明涉及控制技术领域，具体地涉及一种贴片机整机控制***及方法、贴片机。

背景技术

贴片机在SMT产线中负责将元件高速高精度地摆放在印刷电路板相应位置，决定了SMT生产线的产能、精度，是SMT产线中最重要、技术难度最高的组件。贴片机硬件模组通常包括XY运动模块、贴装头模块、PCB传送单眼、供料器、吸嘴安装站、自动供料托盘、机器视觉***等多个子模块。采用模组化生产、调试、工作的方式，有利于将各个模块分开，加快开发进度，方便升级。开发新机型时，将各个模块组合搭建即可，便捷性高。模块化开发要求进行多个模块控制，各个模组之间相互紧密配合需求，要求各个模块的状态能够实时反馈到主控模块中，并且要求子模块控制的实时性高。

为实现各个模组之间相互紧密配合，现有技术通常是基于主控软件实现整机控制的方案。然而，CPU因其串行工作的特性，不适合进行高频次的轮询，会导致实时性差，并且CPU的性能被大量浪费在轮询上，导致CPU占用率高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种贴片机整机控制***及方法、贴片机。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种贴片机整机控制***，基于FPGA主控板实现控制功能，FPGA主控板包括：

信息交互模块，用于FPGA主控板与主控软件交互；

流程控制模块，用于接收来自主控软件的流程动作指令；

通信模块，用于接收来自所述流程控制模块的流程动作指令和/或来自主控软件的直接动作指令，下发至贴片机的子模块中执行，实时轮询子模块的状态信息；

监测模块，用于监测来自所述通信模块实时轮询的状态信息，并将监测结果反馈至主控软件。

优选地，所述通信模块通过所述信息交互模块与主控软件交互，使主控软件实时查询子模块状态信息。

优选地，所述监测模块根据状态信息生成整机动作流程，所述监测模块通过所述信息交互模块与主控软件交互，使主控软件读取整机动作流程。

优选地，所述监测模块监测异常时，通过中断方式通知主控软件并下发停止指令至所述通信模块，由所述通信模块将停止指令下发至对应的子模块。

优选地，所述信息交互模块为PCIE总线、以太网或USB总线；所述FPGA主控板与贴片机的子模块通信采用485总线、422总线或CAN总线。

优选地，所述监测模块包括状态监测模块和流程监控模块，

所述状态监测模块，用于实时查询各子模块的状态信息判断碰撞风险，以及用于子模块出现异常时下发停止指令至所述通信模块；

所述流程监控模块，用于根据状态信息生成整机动作流程，所述状态信息包括接收的指令及时间、执行的指令及时间、子模块动作完成的时间、轴运动状态改变的位置及时间。

优选地，包括数据缓存模块，用于实时存储所述状态信息和整机动作流程信息。

优选地，所述流程动作指令包括动作指令和等待指令，

所述动作指令用于控制子模块动作；

所述等待指令用于监测子模块状态满足约定状态。

本发明第二方面提供一种贴片机，包括上述贴片机整机控制***和CPU，所述CPU用于向所述***的通信模块实时查询贴片机子模块状态，向所述***的监测模块读取整机动作流程，根据贴片机子模块状态和整机动作流程向所述***的流程控制模块下发流程动作指令或向所述***的通信模块下发直接动作指令，接收所述***的监测模块发送的中断信号。

本发明第三方面提供一种贴片机整机控制方法，包括以下步骤：

FPGA主控板通过信息交互模块接收主控软件下发的流程动作指令，按照流程顺序下发至贴片机子模块执行；

FPGA主控板通过信息交互模块接收主控软件下发的直接动作指令，不经流程顺序，直接下发至贴片机子模块执行；

FPGA主控板实时轮询子模块的状态信息，根据状态信息生成整机动作流程并监测是否有异常，实时反馈状态信息、整机动作流程和监测结果至主控软件。

优选地，当监测有异常时，FPGA主控板通过中断方式通知主控软件并下发停止指令至贴片机子模块。

通过上述技术方案，基于FPGA实现整机控制，充分利用了FPGA并行工作的特点，进行实时轮询，发送控制指令，并将相关的信息存储，等待主控软件查询；主控软件以CPU为载体，通过主控软件与FPGA协同作用，结合了主控软件计算能力强、开打迭代周期短的优点和FPGA并行处理的优点，既克服了FPGA开发周期长，资源量小，实现复杂计算困难的问题，又克服了CPU不适合进行高频次的轮询，导致实时性差、占用率高的问题，实现提高了整机控制的实时性并极大地降低CPU占用率，减少对于CPU的需求。

附图说明

图1是本发明实施例贴片机整机控制***示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

本发明实施例第一方面提供一种贴片机整机控制***，基于FPGA主控板实现控制功能，FPGA主控板包括：

信息交互模块，用于FPGA主控板与主控软件交互；

流程控制模块，用于接收来自主控软件的流程动作指令；

通信模块，用于接收来自所述流程控制模块的流程动作指令和/或来自主控软件的直接动作指令，下发至贴片机的子模块中执行，实时轮询子模块的状态信息，通信模块通过所述信息交互模块与主控软件交互，使主控软件实时查询子模块状态信息；优选地，流程动作指令包括动作指令和等待指令，所述动作指令用于控制子模块动作；所述等待指令用于监测子模块状态满足约定状态；

监测模块，用于监测来自所述通信模块实时轮询的状态信息，根据状态信息生成整机动作流程，通过所述信息交互模块与主控软件交互，使主控软件读取整机动作流程，并将监测结果反馈至主控软件；优选地，监测模块监测异常时，通过中断方式通知主控软件并下发停止指令至所述通信模块，由所述通信模块将停止指令下发至对应的子模块。

信息交互模块为PCIE总线、以太网或USB总线；FPGA主控板与贴片机的子模块通信采用485总线、422总线或CAN总线。

如图1所示，FPGA主控板代码中的工作内容包含了与主控软件进行交互的PCIE总线（信息交互模块示例性选用）、流程控制模块、通信模块和监测模块。FPGA主控板的流程控制模块通过控制流程按照顺序下发流程动作指令给子模块。流程动作指令分为动作指令、等待指令。动作指令下发至子模块中，控制子模块动作；等待指令监测子模块状态是否满足约定状态，例如监测某个轴处于停止状态，或者某个传感器处于激活状态。当有动作指令待下发时，通信模块下发动作指令；当处于空闲状态时（在下发如图1所示的停止指令、直接动作指令和流程动作指令三者以外的状态，均为空闲状态），通信模块开启状态轮询，实时查询子模块状态，并将查询到的状态送给需要的模块进行进一步的处理。

如图1所示，主控软件可以将完整的动作流程动作指令下发至流程控制模块，由FPGA主控板按照主控软件设置的流程进行顺序控制。具体如下：主控软件以CPU为载体，可以实时查询子模块状态（由通信模块实时轮询得到），读取整机动作流程（整机动作流程由监测模块生产并缓存），根据整机动作流程下发流程动作指令至流程控制模块，由流程控制模块按照顺序执行），或者直接下发用于动作控制的直接动作指令至通信模块，并由通信模块下发至子模块。当监测模块监测FPGA主控板发生关键状态改变时会通过中断通知主控软件，关键状态改变包括子模块发生异常、流程控制模块指令执行完毕和流程监控模块有流程数据等待读取等。

FPGA主控板支持主控软件将直接动作指令不经过流程控制模块，直接实时下发至子模块中，这与流程动作指令的流程控制配合，方便实现不同的功能，可以完成所有的贴片机动作流程。充分利用了FPGA并行工作的特点，进行实时轮询，发送控制指令，并将相关的信息存储，等待主控软件查询；实现提高了整机控制的实时性并极大地降低CPU占用率。

进一步优选地，贴片机整机控制***还包括数据缓存模块，用于实时存储所述状态信息和整机动作流程信息，主控软件读取数据缓存模块获取其中信息。

进一步优选地，如图1所示，监测模块包括状态监测模块和流程监控模块，

所述状态监测模块，用于实时查询各子模块的状态信息判断碰撞风险，以及用于子模块出现异常时下发停止指令至所述通信模块；

所述流程监控模块，用于根据状态信息生成整机动作流程，所述状态信息包括接收的指令及时间、执行的指令及时间、子模块动作完成的时间、轴运动状态改变的位置及时间。

状态监测模块实时查询各个模块的状态信息，判断可能出现碰撞风险，或者子模块出现异常状态时，发送轴停止指令，并发送指令切断动力线电源，防止出现进一步的损坏。流程监控模块将所有接收到的指令、时间，实际执行的指令及时间，子模块动作完成的时间，轴运动状态改变的位置及时间，记录在数据缓存模块中，等待主控软件读取，以便主控软件完整复原动作流程的完整过程。

本发明实施例第二方面提供一种贴片机，包括上述贴片机整机控制***和CPU，所述CPU用于向所述***的通信模块实时查询贴片机子模块状态，向所述***的监测模块读取整机动作流程，根据贴片机子模块状态和整机动作流程向所述***的流程控制模块下发流程动作指令或向所述***的通信模块下发直接动作指令，接收所述***的监测模块发送的中断信号。FPGA主控板通过中断通知主控软件有子模块状态缓存数据等待读取，主控软件就会读取相应数据。FPGA主控板通过中断通知主控软件子模块发生了错误，主控软件就会去读错误码并现实在主界面上。

本发明实施例第三方面提供一种贴片机整机控制方法，实现基于上述贴片机整机控制***，包括以下步骤：

FPGA主控板通过信息交互模块接收主控软件下发的流程动作指令，按照流程顺序下发至贴片机子模块执行；

FPGA主控板通过信息交互模块接收主控软件下发的直接动作指令，不经流程顺序，直接下发至贴片机子模块执行；

FPGA主控板实时轮询子模块的状态信息，根据状态信息生成整机动作流程并监测是否有异常，实时反馈状态信息、整机动作流程和监测结果至主控软件；当监测有异常时，FPGA主控板通过中断方式通知主控软件并下发停止指令至贴片机子模块。

示例性地，完成一次吸取，运动，拍照，贴装过程，主控软件需要向FPGA主控板的流程控制模块依次发送以下流程动作指令：

1）X轴运动到吸取位置指令

2）Y轴运动到吸取位置指令

3）Z1轴下降到等待吸取位置

4）等待X、Y、Z1轴运动完成指令

5）Z1轴吸取指令

6）等待Z1轴高于可移动高度指令

7）X轴运动到贴装位置指令

8）Y轴运动到贴装位置指令

9）飞行相机拍照参数指令

10）Z1轴上升到拍照位置指令

11）等待Z1轴高于CA轴安全高度指令

12）CA轴移动指令

13）等待CA轴处于安全位置指令

14）Z1轴移动到贴装高度指令

15）R轴旋转到贴装角度

16）等待R、X、Y、Z1轴静止

17）等待R轴补偿运动完成

18）等待X轴补偿运动完成

19）等待Y轴补偿运动完成。

除了以上指令外，主控软件在接收到图像信息完成图像处理后，会通过直接动作指令下发R轴、X轴、Y轴补偿运动至子模块。

上述流程动作指令的执行过程如下：

①FPGA主控板的流程控制模块得到主控软件下发的流程动作指令后给XY模块下发X轴、Y轴运动；

②流程控制模块给贴装头模块下发Z1轴运动指令；

③通信模块轮询到X、Y、Z1轴移动完成后，流程控制模块下发给贴装头模块Z1轴吸取指令；

④通信模块轮询到Z1轴高于可移动高度时，流程控制模块下发XY运动指令；

⑤流程控制模块下发拍照参数给贴装头模块；

通信模块轮询到Z1轴高于CA轴可移动高度时，下发CA轴移动指令。在CA轴移动到拍照位置时，贴装头模块会按照拍照参数完成图像采集，并将图像数据传输至主控软件，进行图像参数提取，包括X、Y、R轴的偏移量；

⑥主控软件接收到图像识别结果后，通过通信模块实时下发X、Y、R轴的运动位置（即直接动作指令）到贴装头模块；

⑦通信模块轮询到CA轴位于可移动位置时，下发Z1轴移动指令使其移动到待贴装位置；

⑧流程控制模块等待R、X、Y、Z1轴静止；

⑨通信模块轮询到X、Y、R轴运动到位后，下发Z1轴贴装指令；

所有运动过程中，通信模块实时轮询X、Y、Z、R轴以及其他各个模块的轴位置信息，对照机器参数（包括ATC与吸嘴发生碰撞的位置、PCB轨道与吸嘴发生碰撞的位置、自动托盘与吸嘴发生碰撞的位置、自动托盘与PCB轨道发生碰撞的位置），状态监测模块实时判断是否有出现碰到风险，若有则通过通信模块向子模块实时发送停止运动指令，并且状态监测模块发送中断给主控软件报错。数据缓存模块实时存储关键信息等待主控软件读取，例如接收到来自主控软件的指令、下发至子模块的指令及时间、子模块运动状态改变的位置与时间、子模块动作完成的时间。流程监控模块将所有接收到的指令、时间，实际执行的指令及时间，子模块动作完成的时间，轴运动状态改变的位置及时间，记录在数据缓存模块中，等待主控软件读取，以便主控软件完整复原动作流程的完整过程。

本发明技术方案基于FPGA实现整机控制，充分利用了FPGA并行工作的特点，进行实时轮询，发送控制指令，并将相关的信息存储，等待主控软件查询；主控软件以CPU为载体，通过主控软件与FPGA协同作用，结合了主控软件计算能力强、开打迭代周期短的优点和FPGA并行处理的优点，既克服了FPGA开发周期长，资源量小，实现复杂计算困难的问题，又克服了CPU不适合进行高频次的轮询，导致实时性差、占用率高的问题，实现提高了整机控制的实时性并极大地降低CPU占用率，减少对于CPU的需求。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种贴片机整机控制***，其特征在于，基于FPGA主控板实现控制功能，FPGA主控板包括：

信息交互模块，用于FPGA主控板与主控软件交互；

流程控制模块，用于接收来自主控软件的流程动作指令；

通信模块，用于接收来自所述流程控制模块的流程动作指令和来自主控软件的直接动作指令，下发至贴片机的子模块中执行，实时轮询子模块的状态信息；还用于当接收来自监测模块判断出现碰到风险时向子模块实时发送停止运动指令；

监测模块，包括状态监测模块和流程监控模块，所述状态监测模块，用于实时查询自所述通信模块实时轮询的各子模块的状态信息判断碰撞风险，并将监测结果反馈至主控软件，以及用于子模块出现异常时下发停止指令至所述通信模块；所述流程监控模块，用于根据状态信息生成整机动作流程，通过所述信息交互模块与主控软件交互，使主控软件读取整机动作流程，所述状态信息包括接收的指令及时间、执行的指令及时间、子模块动作完成的时间、轴运动状态改变的位置及时间；

数据缓存模块，用于实时存储所述状态信息和整机动作流程信息，等待主控软件读取，以便主控软件完整复原动作流程的过程。

2.根据权利要求1所述的贴片机整机控制***，其特征在于，

所述通信模块通过所述信息交互模块与主控软件交互，使主控软件实时查询子模块状态信息。

3.根据权利要求1所述的贴片机整机控制***，其特征在于，

所述监测模块监测异常时，通过中断方式通知主控软件并下发停止指令至所述通信模块，由所述通信模块将停止指令下发至对应的子模块。

4.根据权利要求1所述的贴片机整机控制***，其特征在于，所述信息交互模块为PCIE总线、以太网或USB总线；所述FPGA主控板与贴片机的子模块通信采用485总线、422总线或CAN总线。

5.根据权利要求1所述的贴片机整机控制***，其特征在于，所述流程动作指令包括动作指令和等待指令，

所述动作指令用于控制子模块动作；

所述等待指令用于监测子模块状态满足约定状态。

6.一种贴片机，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一所述的***和CPU，所述CPU用于向所述***的通信模块实时查询贴片机子模块状态，向所述***的监测模块读取整机动作流程，根据贴片机子模块状态和整机动作流程向所述***的流程控制模块下发流程动作指令或向所述***的通信模块下发直接动作指令，接收所述***的监测模块发送的中断信号。

7.一种贴片机整机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

FPGA主控板的流程控制模块通过信息交互模块接收主控软件下发的流程动作指令，由通信模块按照流程顺序下发至贴片机子模块执行；

FPGA主控板的通信模块通过信息交互模块接收主控软件下发的直接动作指令，不经流程顺序，直接下发至贴片机子模块执行；当接收来自监测模块判断出现碰到风险时向子模块实时发送停止运动指令；

FPGA主控板的通信模块实时轮询子模块的状态信息，监测模块根据状态信息生成整机动作流程并监测是否有异常，监测模块实时反馈状态信息、整机动作流程和监测结果至主控软件，并根据所述状态信息生成整机动作流程，所述监测模块通过所述信息交互模块与主控软件交互，使主控软件读取整机动作流程；

FPGA主控板的数据缓存模块实时存储所述状态信息和整机动作流程信息，等待主控软件读取，以便主控软件完整复原动作流程的过程。

8.根据权利要求7所述的贴片机整机控制方法，其特征在于，当监测有异常时，FPGA主控板通过中断方式通知主控软件并下发停止指令至贴片机子模块。