[发明专利]一种用于PCB数控钻孔的控制系统及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及数控领域，尤其涉及一种用于PCB数控钻孔的控制系统及方法。

 

背景技术

    随着PCB向高密度、多层化发展，PCB孔径越来越小，孔位越来越密集，对数控钻孔效率提出更高要求。数控钻孔加工费占PCB 制板费用的30%以上。提升数控钻孔效率对于降低PCB生产成本，提高电子产品竞争力具有重要意义。而PCB钻孔控制系统硬件结构及多轴协同运动钻孔控制方法是影响PCB钻孔效率的两大重要因素。

首先从控制原理看，当前PC+运动控制卡构成的PCB数控钻孔系统对于多工位、高速、高精技术要求难以满足；其次在控制方法上，由于受工艺条件约束，PCB钻床Z轴下钻占用时间最长，常规控制方法只压缩Z轴行程达到快速钻孔目的，该常规方法无法很好的缩短钻孔时间。

综合上述的描述，现有市面上不论是用于PCB钻孔的控制系统，还是控制方法，均在实时控制能力上存在很大的技术缺陷。

 

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种用于PCB数控钻孔的控制系统及方法，为PCB钻孔加工开发一种高效、可靠的控制系统及方法，满足PCB对高效数控钻孔的要求，提升PCB数控钻孔效率，进一步降低PCB制造成本。

为实现上述目的，本发明提供一种用于PCB快速钻孔的控制系统，包括用于位置信号管理及信号采集处理的控制器、用于钻孔数据编辑并将钻孔数据下载至控制器的工控计算机、伺服驱动器、XYZ轴电机和位置检测器；所述控制器上设有输入端、第一输出端和通信端，所述控制器的通信端通过以太网与工控计算机交互通信连接；所述控制器通过其第一输出端将下载的钻孔数据传输给伺服驱动器，由所述伺服驱动器驱动XYZ轴电机上XY轴平移及Z轴上下运动，所述位置检测器检测XY轴平移定位并将定位信号通过控制器的输入端传输至控制器，所述控制器在XY轴平移定位时，将Z轴压脚与PCB板面之间的空行程分为起钻位至快钻位及快钻位至终钻位两段行程。

其中，所述控制系统还包括用于控制Z轴转速的变频器，所述控制器上还设有第二输出端，所述变频器与控制器的第二输出端电连接。

其中，所述控制系统还包括用于信号检测的I/O信号模块，所述控制器上还设有数字信号端，所述I/O信号模块与控制器的数字信号端交互电连接。

其中，所述控制系统还包括操作模块，所述操作模块与工控计算机电连接。

其中，所述操作模块包括人机交互单元、显示单元和输入单元；所述人机交互单元与工控计算机交互连接，所述输入单元与工控计算机的输入端电连接，所述显示单元与工控计算机的输出端电连接。

其中，所述控制器内置有DSP芯片和与DSP芯片电连接的FPGA芯片。

为实现上述目的，本发明还提供一种用于PCB快速钻孔的控制方法，包括以下步骤：

步骤A、XY轴平移至PCB板的钻孔位置，同时，Z轴由起钻位开始向下运动至快钻位，使得XY轴及Z轴协同运动；

步骤B、Z轴由快钻位向终站位进行下钻运动，使得下钻的同时对PCB进行钻孔处理；

步骤C、Z轴下钻运动至终站位，Z轴开始沿着快钻位的方向向上提起；步骤D、Z轴上提至快钻位，步骤C中PCB的钻孔完成；

步骤E、检测PCB的钻孔是否都完成，若检测到PCB的钻孔都已完成，则执行结束；若检测到PCB的钻孔未完成，则XY轴向PCB下一孔的位置移动；

步骤F、XY轴平移定位完成后，则跳转步骤B。

其中，在所述步骤C与步骤D之间，若Z轴未上提至快钻位时，则Z轴继续上提，直至Z轴上提至快钻位。

与现有技术相比，本发明提供的用于PCB数控钻孔的控制系统及方法，具有以下有益效果：

1）该控制系统由工控计算机和控制器构成两级控制中心，在结构上满足系统对高实时性要求，钻孔动作均在控制器中的控制下运行，实现精确可靠钻孔；

2）工控计算机与控制器采用以太网通信，系统在钻孔加工过程中具备脱机运行能力，提高系统运行可靠性；

3）在钻孔时，将Z轴空行程分两段处理，最大程度压缩Z轴下钻空行程，实现同时减少Z轴下钻及上提两个动作时间，较大提升系统钻孔效率；

4）在满足运动安全及加工工艺前提下，XY轴向PCB板的钻孔位置平移的，同时Z轴由起钻位开始向下运动至快钻位，使得XY轴及Z轴协同运动，优化XYZ轴运动时序，实现XY轴平移及Z轴下钻动作的提前，减小钻孔动作所需时间；