基于單片機控制的自動送料裝置的設計與應用*

徐平凡，李 海，徐鳴利，黃 健

（1.中山職業技術學院機電工程學院，廣東中山 528404；2.廣東省中山市松聯電子科技有限公司，廣東中山 518000）

0 引言

在電子產品裝配工藝中，插裝的電子元件具有抗干擾、功率大和穩定性好等特點被廣泛采用。隨著國內外大數據產業的發展，對整個電腦主板的生產節拍提出更高的要求，但由于內存條DIMM 連接器長度過長，形狀特異，現有插件機不帶DIMM 連接器自動送料裝置，只能依靠人工進行手插，手工作業勞動強度大，速度慢，工作效率低下，遠遠不能滿足電子產品組裝行業的發展需求。如何解決內存條DIMM 連接器的上料問題是整個主板代工行業亟待解決的難題[1-5]。

針對此問題，國內很多文獻提出不同的解決措辭，歸納后主要有：（1）采用插件專機及改變制造工藝[6-9]，編程復雜且后期升級改造難；（2）工業機械手自動夾取[10-12]，有一定的借鑒作用，但無法實現高效柔性生產。另外，由于內存條DIMM 連接器尺寸較長且為塑料件，很難用振動盤調整至縱向位置，也不易進行抓取和調整方向。

本文根據現有SMT 設備的送料結構，設計了一種電腦內存條插槽連接器自動送料裝置，包括安裝底板、高速振動盤、送料盤、兩道送料導軌和單片機控制系統。通過采用自動化送料裝置代替手工作業，能夠匹配現有的松下自動貼片機及插件機等設備，實現DIMM 連接器的自動送料，有效提高了工作效率，降低了生產成本。除了補充物料，整個過程無需人工介入，有效降低了工人的勞動強度和危險性，各部件也不易出現錯位和偏移，效果明顯。

1 整體機械設計

圖1所示為一種電腦內存條插槽連接器（DIMM）自動送料裝置，安裝底板上安裝有振動器，振動器上裝有送料盤，送料盤內設置有兩道送料導軌，送料導軌與送料盤的側壁之間形成導向槽，送料導軌與DIMM 連接器上的凹口相匹配。

圖1 整體結構

如圖2所示，凹口外側形成的凸邊位于導向槽中，送料盤的一端設置有可上下運動的送料器料座，安裝底板和送料盤之間安裝有控制箱。

圖2 DIMM結構

另外，安裝底板上安裝有氣缸支座，氣缸支座上安裝有氣缸，送料器料座安裝在氣缸的活塞桿上，并在送料器料座上安裝有擋片，在送料器料座處設置有用于檢測是否有DIMM連接器送入的傳感器。

2 DIMM導向結構設計

為了運行平穩，送料器料座上設置有滑孔，氣缸支座設置有插入滑孔中的導桿，送料器料座受導桿的導向作用，在上下運動時不會發生歪斜。

如圖3所示，振動器和送料盤之間安裝有振動臺，振動臺與振動器固定連接，送料盤與振動臺固定連接，提高了整體的機械強度及連接的可靠性。

圖3 裝置側面圖

安裝底板的底部設置安裝有安裝導軌和固定錐，通過安裝導軌和固定錐，可以將自動送料裝置安裝在現有的插件機上。

3 控制電路設計

本系統以STM32H750VB 為控制器，把傳感器采集到的數據送入STM32 控制進行運算和處理，使用LM393對輸入信號進行滯環過零比較，選用L298N 為驅動模塊，包含有兩個H 橋的高電壓大電流雙橋式驅動器，如圖4所示。

圖4 L298N驅動電路

在電機的控制系統中，單片機輸出脈沖信號、方向信號、使能信號。其中，脈沖信號驅動步進電機運行，一個脈沖信號驅動步進電機運行一個步距角，保證DIMM 連接器的精確導入；方向信號控制步進電機運行方向，使能信號是鎖定步進電機；使能信號用于控制電機的啟停工作，當使能信號高電平時，步進電機啟動，將DIMM 連接器推入導向槽，為插件機抓料做準備，低電平時步進電機不運行。

將DIMM 連接器放入送料盤后，振動器工作，將DIMM連接器振動前移，擋片擋住DIMM連接器，在需要送料時，氣缸動作，將DIMM連接器頂起，DIMM連接器被插件機上的機械手吸取或夾取后（傳感器感應是否有DIMM 連接器），然后氣缸下移復位，進入下一個工作周期，整個過程簡潔、精確，能兼容現有的Panasonic 松下自動貼片機及插件機，實現自動化送DIMM 連接器，有效提高了工作效率，降低了產品的生產成本。

4 程序邏輯設計

整個送料裝置按照一定的運行流程完成，從開始的信號接收，到電機的驅動，再到備料和送料，最后實現與插件機的配合，每一步都涉及到精確的控制，詳細工序如下。

工序1 初始狀態：貼片機初次貼裝復位，步進電機復位，X軸閉環器與Y軸閉環器自動定位到初始設置的位置。

工序2 信號接收：單片機（STM32F407VE）接收上位機傳遞器件信息數據，單片機處理后驅動Y軸電機，為后續吸取器件做準備。

工序3 備料：備料裝置接收到使能信號，將DIMM連接器放入送料盤后，振動器工作，將DIMM 連接器振動沿X方向前移，擋片擋住DIMM 連接器，控制器給予閉環控制器一個合適的脈沖至合適距離。

工序4 送料：單片機輸出驅動信號，電機和氣缸將DIMM 連接器頂起，Z軸方向的高度與貼片機夾具一直，傳感器感應是否有DIMM連接器。DIMM連接器被插件機上的機械手吸取或夾取。

工序5復位：DIMM 連接器件吸取完成后，備料裝置回到初始位置。

梳理以上5 個工序后，得到整體程序設計邏輯圖，如圖5所示。

圖5 程序邏輯

通過模塊化的方式對主控制器控制程序、信號收發模塊程序、按鍵輸入程序、電機驅動程序等進行設計，當有送料需求信號輸入時，單片機輸出控制信號給驅動電路，驅動電路啟動對應電機和氣缸，完成DIMN 物料備料、進料和排料等工序。

5 試用驗證

為了驗證設計的可行性，完成了自動送料裝置的設計與制造，單片機STM32 給驅動模塊提供PWM 輸出信號，實現電機的精確控制。整個裝置的穩態誤差保持在0.5%以下，直流電機速度精度控制在93%以上，其穩態誤差為0.2%。

送料裝置已應用到中山市某臺資主板代工公司，經過近1 個月的調試和試運行，改造前后對比數據如表1所示。改造前，每個工位需要5 名工人同時進行插件操作，工作量很大，其中1名工人負責配料，4個員工負責插件作業，包括定位和按壓動作，由于針排很細，容易出現不良品；改進后，由于不需要人工對工件進行定位，整個插件只需1～2名工人負責上下料，員工數和勞動強度大大降低，且保證工藝的一致性。生產節拍達到4 s∕件，同時降至次品率小于3‰，達到合同驗收指標。

表1 送料裝置改造前后工作情況對比

6 結束語

本文針對現有SMT 生產線送料慢的問題，設計了一種電腦內存條插槽連接器自動送料裝置，包括安裝底板、振動器、送料裝置和單片機控制系統。采用自動化機械代替手工作業，能夠與現有的SMT 及插件機等對接，實現自動化送DIMM 連接器，有效提高了工作效率，降低了產品的生產成本。該設備已應用到實際生產中，通過對比改造前后的數據發現，員工人數從5 人減少至1 人，生產節拍從9 s∕件降低至4 s∕件，次品率從21‰大幅度下降至3‰，各項技術指標較好。

整個設備除了補充物料外，無需人工介入，有效降低了工人的勞動強度，各部件也不易出現錯位和偏移等問題，能有效提高生產效率和保證產品質量。經過實際應用驗證，效果明顯。