電子元器件高精度自動(dòng)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(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所 專用系統(tǒng)與電子技術(shù)工程研究中心，北京 100120）

0 引言

在SMT自動(dòng)化生產(chǎn)線早已普及的今日，表貼電子元器件的自動(dòng)裝配已經(jīng)完全成熟，但自動(dòng)貼片機(jī)的使用有其自身特有的局限性，對(duì)于腔體類產(chǎn)品的內(nèi)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(dòng)裝配與焊接系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，本系通過采用高精度機(jī)器人配合視覺成像系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)腔體類和平板類不同類型產(chǎn)品的分立元器件及表貼元器件的自動(dòng)裝配及焊接。系統(tǒng)重復(fù)定位精度能夠達(dá)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(chǎn)原料供應(yīng)工位、螺釘自動(dòng)安裝工位、元器件自動(dòng)放置及焊接工位1、元器件自動(dòng)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(diǎn)

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(jī)器人配合視覺成像系統(tǒng)、及自動(dòng)焊接裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)相關(guān)分立元器件與貼片元器件的自動(dòng)放置與焊接。

2.1 元器件自動(dòng)焊接

采用UNIX自動(dòng)焊接裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)分立元器件和貼片元器件的自動(dòng)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(diǎn)如下：

1）腔體內(nèi)焊接：由于腔體內(nèi)產(chǎn)品焊接空間有限，導(dǎo)致焊接機(jī)器人與元器件放置機(jī)器人的配合間距小，為了保證高精度，機(jī)器人的焊接和放置姿勢經(jīng)過了反復(fù)優(yōu)化及驗(yàn)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(diǎn)焊方式、而相對(duì)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(diǎn)更加美觀。如圖5和圖6所示。

圖5 焊點(diǎn)效果

圖6 焊點(diǎn)效果

3）形成焊錫絲端頭的助焊劑球體：在自動(dòng)焊接過程中，為了保證焊接質(zhì)量，必須在自動(dòng)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(dòng)進(jìn)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(gè)焊接點(diǎn)的良好潤濕性，同時(shí)更能夠大大的減少焊點(diǎn)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(dòng)放置

針對(duì)不同規(guī)格形式的貼片元器件，設(shè)備采用了兩種形式的貼片元器件送料裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)0805、1206、1210、1410、2010等不同規(guī)格元器件的自動(dòng)供應(yīng)。器件放置機(jī)器人具備如下特點(diǎn)：

1）器件表面字符內(nèi)容判定：對(duì)于功率管等軸對(duì)稱器件，通過機(jī)器人的視覺系統(tǒng)識(shí)別器件表面的字符，將字符提取出來后進(jìn)行判斷器件是否正確組盤，如圖8所示，紅色查找框內(nèi)功率管上表面有CETC等字符，如果組盤錯(cuò)誤，如圖9所示，該查找框內(nèi)字符為0255。

圖8 視覺識(shí)別1

圖9 視覺識(shí)別2

2）特殊視覺圖像處理：對(duì)于電容器等元器件，將視覺圖片進(jìn)行特定處理，并且對(duì)器件進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)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(jī)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(jī)器人完成器件的焊接。由于器件過小，在焊接過程中產(chǎn)生的助焊劑會(huì)流到吸嘴上，對(duì)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(jìn)行一定時(shí)間的吹氣，并且通過多次試驗(yàn)確定了吹氣時(shí)機(jī)，一方面確保吹氣不會(huì)對(duì)焊點(diǎn)形狀造成影響，另一方面確保吸嘴不被阻塞。

3 結(jié)束語

電子元器件高精度自動(dòng)裝配與焊接系統(tǒng)彌補(bǔ)了SMT

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

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