電子元器件高精度自動裝配與焊接系統(tǒng)

王景勝，仝陟鑫，韓長錄，蘇 贊，金武飛

（北京機械工業(yè)自動化研究所 專用系統(tǒng)與電子技術工程研究中心，北京 100120）

0 引言

在SMT自動化生產線早已普及的今日，表貼電子元器件的自動裝配已經完全成熟，但自動貼片機的使用有其自身特有的局限性，對于腔體類產品的內部的貼片元器件和分立元器件裝配和焊接則無能為力。由此，電子元器件高精度自動裝配與焊接系統(tǒng)應運而生，本系通過采用高精度機器人配合視覺成像系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)腔體類和平板類不同類型產品的分立元器件及表貼元器件的自動裝配及焊接。系統(tǒng)重復定位精度能夠達到0.02mm。

1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)效果圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)效果圖

系統(tǒng)主要包括生產原料供應工位、螺釘自動安裝工位、元器件自動放置及焊接工位1、元器件自動放置及焊接工位2、系統(tǒng)返回線體等主要工位組成。

系統(tǒng)工作流程圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)特點

圖2 系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)采用專用于電子裝配行業(yè)的高精度6軸、4軸機器人配合視覺成像系統(tǒng)、及自動焊接裝置，實現(xiàn)了對相關分立元器件與貼片元器件的自動放置與焊接。

2.1 元器件自動焊接

采用UNIX自動焊接裝置實現(xiàn)對分立元器件和貼片元器件的自動焊接。焊接系統(tǒng)采用專用定制烙鐵頭，更好的保證了焊接的可靠性和穩(wěn)定性。其主要特點如下：

1）腔體內焊接：由于腔體內產品焊接空間有限，導致焊接機器人與元器件放置機器人的配合間距小，為了保證高精度，機器人的焊接和放置姿勢經過了反復優(yōu)化及驗證。如圖3和圖4所示。

圖3 焊接效果圖

圖4 焊接效果圖

2）焊盤形式多樣采取不同的焊接方式：常規(guī)正方形小焊盤采取點焊方式、而相對面積較大的矩形鍍金焊盤則采用了拖焊方式，這樣解決了鍍金焊盤焊錫潤濕性差帶來的問題，能夠保證焊接更牢固、焊點更加美觀。如圖5和圖6所示。

圖5 焊點效果

圖6 焊點效果

3）形成焊錫絲端頭的助焊劑球體：在自動焊接過程中，為了保證焊接質量，必須在自動焊接程序中加入必要的烙鐵頭清潔程序，在清潔烙鐵頭過程中，潔凈的干燥空氣不僅能夠保證能夠清理掉烙鐵頭端部的死錫，還能夠通過自動進錫和抽錫的過程使焊錫絲端部形成球狀助焊劑，這樣能夠更好的保證下一個焊接點的良好潤濕性，同時更能夠大大的減少焊點拉尖與虛焊現(xiàn)象。如圖7所示。

圖7 助焊劑成型

2.2 元器件自動放置

針對不同規(guī)格形式的貼片元器件，設備采用了兩種形式的貼片元器件送料裝置，實現(xiàn)了對0805、1206、1210、1410、2010等不同規(guī)格元器件的自動供應。器件放置機器人具備如下特點：

1）器件表面字符內容判定：對于功率管等軸對稱器件，通過機器人的視覺系統(tǒng)識別器件表面的字符，將字符提取出來后進行判斷器件是否正確組盤，如圖8所示，紅色查找框內功率管上表面有CETC等字符，如果組盤錯誤，如圖9所示，該查找框內字符為0255。

圖8 視覺識別1

圖9 視覺識別2

2）特殊視覺圖像處理：對于電容器等元器件，將視覺圖片進行特定處理，并且對器件進行嵌套式查找定位，從而確保了器件的吸取位置。首先通過查找送料器固定特征，確定元器件大致位置，如圖10所示；然后將該區(qū)域圖片進行處理，將元器件與周圍環(huán)境更明顯的區(qū)分出來，以便于準確定位器件位置，如圖11所示。

圖10 視覺處理1

圖11 視覺處理2

3）吸嘴放置器件的特殊處理：機器人將器件吸取、放置在印制板上之后，不立即撤離而是將器件壓緊，從而配合焊接機器人完成器件的焊接。由于器件過小，在焊接過程中產生的助焊劑會流到吸嘴上，對吸嘴造成阻塞現(xiàn)象。為解決助焊劑阻塞吸嘴現(xiàn)象，在焊接完成后吸嘴進行一定時間的吹氣，并且通過多次試驗確定了吹氣時機，一方面確保吹氣不會對焊點形狀造成影響，另一方面確保吸嘴不被阻塞。

3 結束語

電子元器件高精度自動裝配與焊接系統(tǒng)彌補了SMT

自動線中只能自動安裝平板類表貼元器件在電子裝配領域的不足之處，系統(tǒng)依靠其精度高、穩(wěn)定性好等技術特點更好地完成了電子元器件的自動裝配工作，對于電子裝配行業(yè)的未來發(fā)展具有重要意義。

[1] 張貝克.組態(tài)軟件基礎與工程應用（易控INSPEC）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.

[2] 郎為民,稽英華.表面組裝技術(SMT)及其應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013.

[3] 熊有倫.機器人技術基礎[M].武漢:華中科技大學出版社,2004.