基于ADT-8948A1四轴伺服运动控制卡的设计及在PCB切割系统的应用

PCB切割系统正朝高速、高精度、高可靠性、系统集成化、智能化程度高的方式发展，在此，推荐使用众为兴自主研发的ADT-8948A1运动控制卡，开发成简单易用的高性能、高可靠的PCB切割系统，可以满足对PCB切割行业对运动控制的高速、高精等的要求。PCB中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。

一、引言

随着计算机技术和信息技术的迅猛发展，传统的专用型封闭式系统逐渐向灵活的多样式数控系统转变，随着应用领域的精工化和专业化，在专用领域，对数控系统的工作效率和精度要求更进一步提高，在灵活多样式的数控系统中延伸出各种专业高效的专用数控设备，在解决灵活多样与专一高效的矛盾中发展，出现了各种通用系统平台和专用系统平台，PCB切割系统就是由通用切割领域延伸出来的专门针对PCB穿孔和切割进行高效工作的一种专业高效的专用数控系统。数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（Numerical Control System），根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。

随着我国电子工业的快速发展和集成电路的广泛应用，对印刷线路板切割精度、线形的要求越来越高。为了满足对高速高精度印刷电路板加工的需求，众为兴在WINDOWS系统平台上，研制了基于ADT-8948A1运动控制卡直接插入PC机的PCI插槽的PCB切割控制系统，运动控制卡是基于PC总线，利用高性能微处理器（如 DSP）及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进/伺服电机运动控制卡，包括脉冲输出、脉冲计数、数字输入、数字输出、D/A输出等功能，它可以发出连续的、高频率的脉冲串，通过改变发出脉冲的频率来控制电机的速度，改变发出脉冲的数量来控制电机的位置，它的脉冲输出模式包括脉冲/方向、脉冲/脉冲方式。脉冲计数可用于编码器的位置反馈，提供机器准确的位置，纠正传动过程中产生的误差。数字输入/输出点可用于语限位、原点开关等。该系统具有运行速度快、控制精度高、性能稳定等诸多优点，经过多个印刷电路板加工厂家实践使用证明，该系统具有简单易用、高效、高精、高可靠性。

二、基于控制卡运动系统的设计

1、ADT-8948A1卡简介

（1）、32 位 PCI 总线，即插即用

（2）、所有输入、输出均采用光耦隔离，抗干扰性强

（3）、4 轴伺服/步进电机控制，既可独立控制，互不影响

（4）、脉冲输出的频率误差小于 0.1%

（5）、最大脉冲输出频率为 4MHz

（6）、脉冲输出可用单脉冲（脉冲+方向）或双脉冲（脉冲+脉冲）方式

（7）、4轴均有位置反馈输入，32位计数，最大计数范围 - 2,147,483,648～+2,147,483,647（8）、直线或 S 曲线进行加/减速、非对称直线加/减速运动

（9）、2-4 轴直线插补

（10）、CW、CCW 圆弧插补

（11）、可用连续插补功能，最大驱动速度频率 2MHz

（12）、每轴都有 2 个 32 位比较寄存器用于逻辑位置计数器或者实际位置计数器的位置大小比较，可用于软件限位

（13）、可接收伺服马达驱动器的各种信号，如编码器 Z 相信号、到位信号、报警信号等

（14）、每轴有 3 个 STOP 信号，可用于原点搜寻、编码器 Z相搜寻

（15）、运动中可实时改变速度

（16）、运动中可以实时读出逻辑位置、实际位置、驱动速度、加速度、驱动状态

（17）、手轮和外部信号操作功能

（18）、每轴有 8 入 8 出数字 I/O， 除 2 限位信号外均可作为通

（19）、用 I/O 使用，数字输出可用于伺服开启，伺服报警复位等信号

（20）、每一个输入信号的输入端都装备积分型的滤波器，可以设定哪一个输入信号的滤波器功能变为有效或无效，滤波器的时间常数从 8 个种类里可以选择 1 个支持在一个系统中使用多达 16 个控制卡。滤波器（filter），是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。

（21）、支持 DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP、WINCE 等操作系统；Windows是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，它是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统，是基于掌上型电脑类的电子设备操作系统，它是精简的Windows 95，Windows CE的图形用户界面相当出色。

2.PCB切割系统的实现

数控系统软件程序在Windows2000下，采用Visual C++6.0面向对象语言进行基于组件的模块化开发，利用教导方式对PCB切割系统进行设计。Visual C++ 6.0，简称VC或者VC6.0，是微软推出的一款C++编译器，将“高级语言”翻译为“机器语言（低级语言）”的程序。Visual C++是一个功能强大的可视化软件开发工具。自1993年Microsoft公司推出Visual C++1.0后，随着其新版本的不断问世，Visual C++已成为专业程序员进行软件开发的首选工具。虽然微软公司推出了 Visual C++.NET（Visual C++7.0），但它的应用的很大的局限性，只适用于Windows 2000、Windows XP和Windows NT4.0。所以实际中，更多的是以Visual C++6.0为平台。

系统使用了3个运动控制轴，一个主轴高速马达，3个伺服电机，2个放PCB的进出加工平台。

系统主要功能有：加工程序的教导生成和修改，运动测试系统，MARK点的定位和矫正，自动换刀，刀具使用寿命管理，加工数量分别累计，主轴使用时间的累计，系统异常的判断和报警，可以实现左右平台切割不同的PCB板。

3.PCB切割系统的主要功能

教导类型：有点钻孔，直线切割，L型切割，U型切割，圆弧切割，圆切割。

程式编程：教导生成各种的切割数据或修改/矫正切割数据。

加 工：将教导生成的数据，通过插补运动的方式，调动3个伺服配合运动成各种的运动轨迹进行PCB切割的过程。

回归原点：回归平台的机械原点的操作，确保每次加工的精度。

路径模拟：模拟加工过程，以便于查找和验证切割过程中的位置精度。

I O测试：输入输出测试和4轴的运动测试。

系统设定：系统相关参数的设定和修改保存。

换 刀：系统刀具达到使用寿命，进行换刀的过程。

CCD矫正：矫正CCD对位与系统切割之间的数据偏差。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。

信息提示：提示操作过程或系统警告信息

三、结束语

本文采用深圳众为兴数控技术有限公司的ADT-8948A1四轴伺服运动控制卡为控制平台的数控系统，基于模块化组件的软件设计，在WINDOWS操作系统中实现友好的人机界面、灵活的系统配置，同时提高了系统的运算速度和控制精度。为PCB加工提高了加工品质，缩短了加工周期，提高了线路板的质量和加工效率。