全自動(dòng)插件機(jī)中特定異型元件的自動(dòng)傳送裝置研究與應(yīng)用

曹志宏

（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,215104）

全自動(dòng)插件機(jī)中特定異型元件的自動(dòng)傳送裝置研究與應(yīng)用

曹志宏

（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,215104）

本文主要闡述在全自動(dòng)插件機(jī)中特定異型元件的自動(dòng)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)特定異型元件在傳送過(guò)程中的振動(dòng)、排序及極性辨別等功能，達(dá)到對(duì)特定異型元件的全自動(dòng)傳送，對(duì)異型插件設(shè)備的發(fā)展有較大的推動(dòng)作用。本文主要從異型元件全自動(dòng)傳送裝置的振動(dòng)盤、送料軌道、夾料傳送供料裝置和極性辨別換向裝置四個(gè)方面的設(shè)計(jì)做論述。

全自動(dòng)插件機(jī);特定異型元件;自動(dòng)傳送裝置;設(shè)計(jì)

隨著科技發(fā)展，人們對(duì)電子元件裝配行業(yè)要求越來(lái)越高，人工手插裝配必將被自動(dòng)化裝配所替代。目前，大部分標(biāo)準(zhǔn)電子元件裝配已達(dá)到很高的自動(dòng)化裝配程度，但非標(biāo)準(zhǔn)的、異型電子元件仍以手工插裝為主，自動(dòng)化裝配率很低。因此在吸取市場(chǎng)上一些異型插件機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)可插裝特定異型元件的新型設(shè)備勢(shì)必具有實(shí)用性，能為企業(yè)創(chuàng)造更多的價(jià)值。

1 特定異型元件生產(chǎn)狀況及設(shè)備需求

在家電行業(yè)中大量使用特定異型元件如輕觸開關(guān)和食人魚LED，但這些特定異型元件的裝配依然以人工插裝為主。而人工插裝存在諸多不足，如插錯(cuò)方向、傾斜或掉落、插裝高度不一致等，造成產(chǎn)品報(bào)廢、返工、修理、退貨等附加成本。此外，由于人口紅利的消退，產(chǎn)品生產(chǎn)成本大幅提高，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力下降。因此，更多客戶迫切需要使用自動(dòng)化裝備來(lái)取代人力，降低制造成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)外雖然也有此類特定異型元件的裝備，但價(jià)格昂貴，使用回報(bào)時(shí)間長(zhǎng)。因此，廣大中小型電子民營(yíng)企業(yè)迫切需要價(jià)廉物美的特定異型元件插裝設(shè)備。

2 特定異型元件全自動(dòng)插件機(jī)的設(shè)計(jì)

特定異型元件全自動(dòng)插件機(jī)設(shè)計(jì)要求可自動(dòng)將特定異型電子元件按經(jīng)過(guò)振動(dòng)盤排序通過(guò)一套檢測(cè)裝置及送料裝置輸送到頭部的正下方，供頭部吸料、按編定的程序以8000點(diǎn)/小時(shí)的速度準(zhǔn)確地插入到PCB板上。該全自動(dòng)插裝裝備主要由以下三大部分構(gòu)成：機(jī)械系統(tǒng)部分、控制系統(tǒng)部分、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)部分。其中自動(dòng)傳送機(jī)械系統(tǒng)部分自動(dòng)傳送裝置包含散裝供料系統(tǒng)、極性檢測(cè)系統(tǒng)和元件傳送機(jī)構(gòu)。

3 特定異型元件自動(dòng)傳送裝置的設(shè)計(jì)

3.1 散裝供料系統(tǒng)

異型元件自動(dòng)傳送裝置采用散裝送料，用振動(dòng)盤來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上可根據(jù)異型元件的形狀制作相應(yīng)的振動(dòng)盤，振動(dòng)盤通過(guò)脈沖電磁鐵，使物料盤內(nèi)的散裝料螺旋排列到出料口。整理后的異型元件排列在軌道上傾斜一定角度前行，在振動(dòng)盤出口處230mm處，根據(jù)異型物料兩腳間的跨距在方形軌道上豎直滑行至直線軌道。本設(shè)備要求傳送裝置的供料速率為200 pcs/min，而國(guó)內(nèi)異型元件振動(dòng)盤供料速率在250pcs/min～400 pcs/ min，考慮到送料軌道需要極性辨別、極性轉(zhuǎn)換等工序，因此本設(shè)備采用雙軌道傳送，使用雙軌道振動(dòng)盤同時(shí)供料給兩個(gè)插件頭，滿足傳送裝置供料速率，提升插件速度。

3.2 元件傳送機(jī)構(gòu)

3.2.1 送料軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)整圖1.1所示的振動(dòng)盤托板的固定螺絲，使振動(dòng)盤的料出口與接料軌道的銜接口保持在同一個(gè)平面上，使振動(dòng)盤的料出口與送料軌道的入口的距離保持在0.5mm左右．并使元件順利通過(guò)。直線振動(dòng)器（11）是把振動(dòng)盤出來(lái)的元件繼續(xù)振動(dòng)前行，振動(dòng)導(dǎo)軌（2）可根據(jù)元件的寬窄調(diào)整料軌蓋（1）使元件有序的排列到送料軌（9）中間的方形槽中，由擋料鉤（7）擋住元件以待夾料傳送裝置檢測(cè)。如果因前面元件卡料或振動(dòng)盤卡料沒(méi)有及時(shí)送料，感應(yīng)開關(guān)（5）在感應(yīng)到?jīng)]元件時(shí)及時(shí)報(bào)警。

圖1.1 送料軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.2 夾料傳送供料裝置的設(shè)計(jì)

夾料傳送供料裝置設(shè)計(jì)如圖1.2所示，該裝置設(shè)計(jì)包括底座1、沿著X向設(shè)置的過(guò)料導(dǎo)軌2以及沿著過(guò)料導(dǎo)軌2依次設(shè)置的方向檢測(cè)裝置3、轉(zhuǎn)向裝置4、廢料檢測(cè)裝置5和棄料裝置6，所示安裝底座1裝設(shè)有可沿著X向移動(dòng)和可沿著Y向移動(dòng)的進(jìn)位叉片7，該進(jìn)位叉片7開設(shè)有只能容納一個(gè)電子元件的送料缺口71，當(dāng)進(jìn)位叉片7沿著Y向移動(dòng)至前方時(shí)，該送料缺口71位于過(guò)料導(dǎo)軌2的正上方，安裝底座1裝設(shè)有定位彈簧81及可沿Y向移動(dòng)的定位叉片8，定位彈簧81的一端與安裝底座1固定連接，定位彈簧81的另一端與定位叉片8連接，該進(jìn)位叉片7開設(shè)有只能容納一個(gè)電子元件的定位缺口82，定位彈簧81未壓縮時(shí)，該定位缺口82位于過(guò)料導(dǎo)軌2的正上方。如圖1.2所示電子元件由振動(dòng)盤運(yùn)送至過(guò)料導(dǎo)軌2上，在過(guò)料導(dǎo)軌2的運(yùn)送過(guò)程中，電子元件騎跨在過(guò)料導(dǎo)軌2的上沿，電子元件的引腳分布在過(guò)料導(dǎo)軌2的上沿的兩側(cè)，在進(jìn)位叉片7的作用下，電子元件在過(guò)料導(dǎo)軌2的上沿滑動(dòng)。

當(dāng)電子元件停留在過(guò)料導(dǎo)軌2的左端時(shí)，所述進(jìn)位叉片7沿著Y方向向前移動(dòng)，直至當(dāng)前的電子元件位于所述進(jìn)位叉片7的送料缺口內(nèi)，進(jìn)位叉片7向前移動(dòng)的同時(shí)推抵定位叉片8向后移動(dòng)，使定位缺口遠(yuǎn)離過(guò)料導(dǎo)軌2；隨后，所述進(jìn)位叉片7沿著X方向向右移動(dòng)，以使電子元件沿著過(guò)料導(dǎo)軌2的上沿向右移動(dòng)，當(dāng)進(jìn)位叉片7沿著X方向向右移動(dòng)至極限位置之后，所述進(jìn)位叉片7在沿著Y方向向后移動(dòng)，該電子元件停留在過(guò)料導(dǎo)軌2的上沿的當(dāng)前位置，進(jìn)位叉片7向后移動(dòng)時(shí)，所述定位叉片8在定位彈簧81的作用下同步向前移動(dòng)，直至電子元件位于定位缺口內(nèi)，由于定位叉片8不能在X方向左右移動(dòng)，從而有效防止了該電子元件偏離其規(guī)定位置，穩(wěn)定性較高。

圖1.2 夾料傳送供料裝置的設(shè)計(jì)

3.3 極性檢測(cè)系統(tǒng)

3.3.1 極性辨別換向裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

特定異型元件的極性檢測(cè)是將經(jīng)過(guò)振動(dòng)盤排序后的元件逐個(gè)經(jīng)過(guò)檢測(cè)再送入送料導(dǎo)軌的一個(gè)重要部件。此部件較為復(fù)雜，由檢測(cè)結(jié)構(gòu)、傳送結(jié)構(gòu)、夾料結(jié)構(gòu)、換向結(jié)構(gòu)及棄料結(jié)構(gòu)五個(gè)小結(jié)構(gòu)組成。其中，檢測(cè)器1(定向1)的檢測(cè)動(dòng)作設(shè)計(jì)如下：當(dāng)元件方向檢測(cè)11檢測(cè)時(shí)會(huì)亮，就可順利的通過(guò)到方向檢測(cè)12；如果在方向檢測(cè)11檢測(cè)是不亮，那么在換向結(jié)構(gòu)上就會(huì)進(jìn)行換向動(dòng)作，然后再送入第二套方向檢測(cè)12進(jìn)行檢測(cè)，如果第二次檢測(cè)會(huì)亮，就可直接通過(guò)（見下圖1.3）。檢測(cè)器2(定向2)的檢測(cè)動(dòng)作設(shè)計(jì)如下：當(dāng)元件在方向檢測(cè)21檢測(cè)時(shí)會(huì)亮，那么在換向結(jié)構(gòu)上就會(huì)進(jìn)行換向動(dòng)作，然后再送入方向檢測(cè)22進(jìn)行檢測(cè)；如果在方向檢測(cè)21檢測(cè)是不亮，就可順利的通過(guò)到方向檢測(cè)21（見下圖1.4）。

圖1.3 檢測(cè)器1檢測(cè)定向

圖1.4 檢測(cè)器2檢測(cè)定向

不管是檢測(cè)器1檢測(cè)方向還是檢測(cè)器2檢測(cè)方向在第二次檢測(cè)時(shí)不亮，系統(tǒng)都會(huì)默認(rèn)為這個(gè)元件已損壞，棄料氣缸就會(huì)將其棄料。棄料出來(lái)的元件會(huì)直接掉入棄料口下面安裝的棄料盒里面。檢測(cè)1和檢測(cè)2旁邊的直線振動(dòng)器上安裝了一個(gè)缺料感應(yīng)器，當(dāng)這個(gè)感應(yīng)器感應(yīng)到缺料時(shí)，所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器會(huì)停止工作，直到有料檢測(cè)器才會(huì)自動(dòng)繼續(xù)工作。另外，當(dāng)檢測(cè)器連續(xù)拋料次數(shù)達(dá)到3次時(shí)，所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器也會(huì)停止工作。

檢測(cè)器極性識(shí)別功能電路設(shè)計(jì)如下：

圖1.5 極性辨別電路圖

4 特定異型元件自動(dòng)傳送裝置設(shè)計(jì)總結(jié)

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)出完全有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的裝備，打破國(guó)外壟斷，制約，提高國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，幫助客戶提升了電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造水平，使用該項(xiàng)目產(chǎn)品能夠有效地改善現(xiàn)有電子產(chǎn)品制造水平，應(yīng)用此類裝備，能夠有效提高產(chǎn)品的合格率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)槍占市場(chǎng)奠定設(shè)備基礎(chǔ)。全自動(dòng)異型元件插裝設(shè)備設(shè)計(jì)成功后可替代15--20個(gè)人的勞動(dòng)，由于自主開發(fā)生產(chǎn)，設(shè)備的投資回報(bào)可以在12--18個(gè)月內(nèi)實(shí)現(xiàn)，對(duì)類似的異型插裝設(shè)備的回報(bào)標(biāo)準(zhǔn)是3-5年。而且此設(shè)備是全自動(dòng)送板、檢測(cè)方法，具有提升產(chǎn)品品質(zhì)，提高產(chǎn)品直通率。易損少，維修保養(yǎng)費(fèi)用相當(dāng)?shù)停浅＿m合中國(guó)的中小型電子生產(chǎn)企業(yè)。

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的研發(fā)，能夠提升我國(guó)異型元件插裝設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)上掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)也有利于提高國(guó)內(nèi)此類產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。帶動(dòng)機(jī)械配件加工制造、直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品、伺服器產(chǎn)品、氣動(dòng)產(chǎn)品等配套行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。

[1] 付文華.LED插件若干技術(shù)的研發(fā)[D] .合肥工業(yè)大學(xué),2012.

[2] 秦大同,謝里陽(yáng).現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[3] 文懷興，馬小琴.LED顯示屏生產(chǎn)專用陣列式高速插件機(jī)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2009(1):38-43.

[4] 關(guān)積珍.對(duì)LED顯示屏發(fā)展的回顧與展望[J].現(xiàn)代顯示.2005(6):7-16.

[5] 孫四通.自動(dòng)插件機(jī)控制系統(tǒng)的研究[D].青島科技大學(xué),2011.

[6] 付文華,陶曉杰.LED自動(dòng)傳送裝置的研究與設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代顯示.2011(135):13-18.

[7] 文懷興，馬小琴．LED生產(chǎn)線陣列式插件機(jī)數(shù)字樣機(jī)的設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)及制造，2009(1)：40—42 ．

[8] 陣列式插件機(jī)開發(fā)可行性調(diào)研報(bào)告[R]．企業(yè)內(nèi)部調(diào)研資料，2007．

[9] 東莞新澤谷機(jī)械有限公司插件機(jī)相關(guān)內(nèi)部技術(shù)資料，2013. [10] 聞邦椿．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，20lO．

曹志宏（1960.3），男，漢族，蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校校長(zhǎng)、黨委書記、副教授，畢業(yè)于東南大學(xué)無(wú)線電專業(yè)，本科，現(xiàn)主要研究職業(yè)教育管理和電子專業(yè)教學(xué)方向。主編、主審論著、教材近10余本，省級(jí)以上發(fā)表論文10余篇，主持承擔(dān)國(guó)家級(jí)、省級(jí)科研課題10余項(xiàng)。

Research and application of automatic transfer device specific sh aped element automatic plug-in machine.

Cao Zhihong
(Suzhou higher occupation technical school,215104)

This paper mainly describes the design of automatic transmission device specific shaped elements inautomatic plug-in machine,in order to achieve specific shaped element vibration,in the transmission process ofsorting and polarity discrimination and other functions,to achieve the automatic transfer of specific shaped element,a greater role in promoting the development of special pieces of equipment inserted.This paper mainly discussed from the vibration plate,profiled element automatic transfe r device feeding track,designs four aspects to clamp conveyingfeeding device and polarity discrimination of reversing device.

device design of automatic transmission automatic plug-in machine special shaped components