自動平行縫焊機中對位機構的設計

2018-06-07 06:48:21張澤義田志峰

電子工業專用設備 2018年3期

張澤義，張媛，田志峰

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024)

平行縫焊工藝作為一種高可靠的氣密性封裝方法，在金屬陶瓷管殼及金屬管殼封裝中應用廣泛[1]。隨著軍工、航空、航天等領域電子信息裝備中對電子器件的要求越來越苛刻，低效率的手動平行縫焊封蓋方式已不能滿足裝備快速發展的需求。半自動平行縫焊設備的人為干預因素較多，導致平行縫焊質量波動較大，生產效率低；手動方式的平行縫焊還存在一系列問題，如蓋板對準偏差和污染，對準偏差大導致焊接時打火燒蝕表面焊縫，焊接面污染易形成氣孔、夾渣等缺陷，這些最終導致氣密性降低。本文介紹自動平行縫焊機設備中的自動對位機構，該機構可以實現管殼蓋板的自動對位，有效的解決了半自動設備人工對位的諸多缺點，對生產線的自動化操作具有重大意義[2-4]。

1 管殼蓋板對位機構設計原理

實現蓋板與管殼對位的方法有以下三種：

（1）管殼在視場坐標系中位置固定，將蓋板移動到管殼位置；

（2）蓋板在視場坐標系中位置固定，將管殼移動到管殼位置；

（3）視覺系統分別對管殼、蓋板進行圖像處理建立位置關系，然后對位。

對這三種方法進行分析，第一、第二兩種方法都需要將蓋板或者管殼進行轉移，管殼和蓋板相比較，蓋板的轉移更方便，所以排除第一種方法；第三種需要對蓋板和管殼分別進行圖像處理，需要兩個相機，因此，對位機構的結構布置很復雜，而且成本較高，綜合考慮優選第二種方法。

根據第二種對位方法，對位機構的工藝流程為：

（1）將蓋板從蓋板上料機構中取出，置于蓋板校正臺上進行定位；

（2）經過視覺系統的分析，管殼移動平臺對管殼的位置進行校正；

（3）將定位后的蓋板放到管殼上，并進行點焊。

工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 對位機構的結構設計

對位機構需要完成兩個功能：管殼蓋板對位與點焊。因此，對位機構由蓋板送料機構、蓋板校正機構、管殼移動平臺和點焊機構組成，各個部件按90°均勻布于同心圓上，且采用雙工位對稱布置，可以使效率提高1倍，如圖2所示。

圖2 對位機構示意圖

2.1 蓋板送料機構

蓋板自動送料機構的功能是將蓋板自動送到固定位置。由于產品的不同，蓋板的外形各不相同，有的蓋板無正、反面之分，且無方向要求，有的蓋板正、反面不同，根據蓋板的情況，蓋板自動送料機構有兩種方式：抖料盤式和子彈式。兩種方式優缺點如表1所示。送料方式的選擇原則是在蓋板容許的情況下盡可能優先選擇抖料盤送料方式。由于我們設計的全自動平行縫焊機產品種類繁多，所以采用子彈式送料方式，如圖3所示。

表1 抖料盤式和子彈式送料方式的優缺點

圖3 子彈式送料機構

2.2 蓋板校正臺

我們選擇的這種對位方法，需要對蓋板進行機械校正，建立蓋板的基準位置，來保證蓋板位置的一致性，從而保證定位精度。由于蓋板的形狀是方形的，所以我們選擇四爪校正機構進行定位，如圖4所示，其中兩個相鄰的卡爪是基準爪，另外兩個是輔助爪，卡爪夾緊后基準爪位置是固定的；選擇擺動氣缸、凸輪和彈簧的機構來實現四爪機構的夾緊與松開。

圖4 四爪機構

2.3 管殼移動平臺

管殼和蓋板均為方形，管殼移動平臺需要兩個直線運動和一個旋轉運動來實現對位，因此，管殼移動平臺由兩個90°安裝的X、Y直線軸和一個θ旋轉軸，通過電機驅動導軌絲杠來實現直線運動，直線運動和軸承的組合來將直線運動轉化為旋轉運動，如圖5所示。

圖5 管殼移動平臺

2.4 點焊機構

點焊機構需要完成蓋板在不同工位之間的轉移和點焊要求，因此，點焊機構由蓋板轉移機構、點焊頭和旋轉機構組成。蓋板轉移機構實現蓋板的拾取和放置；電焊頭實現蓋板的拾取、放置和管殼蓋板的點焊；旋轉機構實現蓋板在不同工位之間的轉移，點焊頭結構如圖6所示。

圖6 點焊頭

2.5 視覺系統

在視場坐標系中對經過校正后的蓋板建立模板并記錄蓋板的坐標，將管殼移動到視場中，通過圖像處理計算出管殼到模板位置所需要的Δx，Δy，Δθ移動量；通過控制系統控制管殼移動平臺進行移動，從而實現管殼與蓋板的對位。

設備的設計要求中產品尺寸范圍是（2 mm×2.5 mm）～（30 mm×30 mm），相機的工作距離在220 mm以上，根據以上要求，最終選擇的相機型號是FL3-GE-50S5M-C，它的相數是500 W，靶面大小是7～8.5 mm，工作距離337.6 mm，景深2 mm；鏡頭型號VSZ-0745+VSZ-03，放大倍數是0.21X～1.35X；根據以上參數可以得出視場范圍是（6.3mm×5.2 mm）～（40 mm×33 mm）。對不同尺寸的管殼進行光學實驗，從結果可以看出相機和鏡頭的選型可以滿足要求，實驗結果如圖7、圖8所示。

圖7 管殼2.5 mm×2 mm

圖8 管殼32 mm×32 mm

3 實驗

為了驗證自動對位機構能否解決手動對位存在的缺陷，我們選取了一組2 mm×2.5 mm產品進行試驗，將對位精度和對位時間和氣密性等指標進行了對比，如表2所示，從對比結果可以看出自動對位在各項指標上都有明顯的提高。因此自動對位在生產效率、產品質量上都具有優勢；另外，它還具有對操作員培訓快，適應周期短等優點，解決了操作人為因素對產品質量和效率的影響。