新型自動(dòng)平行縫焊設(shè)備機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

閆旭冬，趙 雷，丁永生

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

平行縫焊機(jī)是微波毫米波器件、混合電路及光電器件等軍用核心電子器件氣密封裝工藝的后道必需設(shè)備，該設(shè)備為核心電子器件小型化、輕量化、高可靠、長(zhǎng)壽命等高技術(shù)要求提供可靠的管殼封裝工藝[1]。

目前諸多廠商依靠半自動(dòng)設(shè)備對(duì)管殼及蓋板進(jìn)行人工對(duì)位的生產(chǎn)方式很大程度上增加了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，此外由于人為干預(yù)因素，對(duì)位質(zhì)量及產(chǎn)品表面清潔度不能很好保證。而目前已有的全自動(dòng)設(shè)備雖然效率大大提高，但更換不同產(chǎn)品時(shí)，需要對(duì)設(shè)備諸多機(jī)構(gòu)進(jìn)行更換，期間裝配及再次調(diào)試時(shí)間較長(zhǎng)，所需人員專業(yè)度較強(qiáng)，因此對(duì)不同產(chǎn)品的兼容性較差[2-4]。

本文中提出的一種高兼容自動(dòng)平行縫焊方式很好地平衡了使用半自動(dòng)設(shè)備勞動(dòng)強(qiáng)度大與使用已有全自動(dòng)設(shè)備對(duì)不同產(chǎn)品兼容性差的境況。本文著重對(duì)設(shè)備中五種功能實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行論述。

1 功能實(shí)現(xiàn)

1.1 夾具設(shè)計(jì)

目前已有的全自動(dòng)平行縫焊設(shè)備主要是針對(duì)種類較為單一且批量較大的產(chǎn)品，當(dāng)產(chǎn)品變化時(shí)需要更換的工時(shí)及人力較大。本文中提出的以托盤為傳輸單元，如圖1所示。針對(duì)不同尺寸產(chǎn)品，該設(shè)備只需要按照一定設(shè)計(jì)要求更換相應(yīng)托盤即可，大大降低了更換周期及調(diào)試人員專業(yè)度。將管殼與相應(yīng)尺寸大小的蓋板擺放到托盤中，整個(gè)設(shè)備以托盤為傳輸載體，進(jìn)行熱處理、自動(dòng)上料、自動(dòng)點(diǎn)焊、自動(dòng)陣列縫焊、自動(dòng)出料等工序。

圖1 托盤設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

1.2 多向傳輸裝置設(shè)計(jì)

如上所述，通過如圖2所示的多向傳輸裝置對(duì)上述托盤載體進(jìn)行整體傳輸。該傳輸裝置由底部到頂部依次可實(shí)現(xiàn)任意方向旋轉(zhuǎn)(θ)、上升與下降(Z)、伸出與收回(X)的功能。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，尤其是實(shí)現(xiàn)X方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)具有較大的運(yùn)動(dòng)行程。該機(jī)構(gòu)對(duì)微電子行業(yè)小型化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。

圖2 多向傳輸裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

1.3 自動(dòng)點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)平行縫焊首先必須克服的技術(shù)難點(diǎn)在于管殼與蓋板的自動(dòng)精確對(duì)位。目前實(shí)現(xiàn)二者精確對(duì)位的方法有以下兩種思路：一是通過一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)管殼或者蓋板其中之一進(jìn)行位置精確化，而對(duì)另外之一通過視覺定位得到相對(duì)偏差值，最終通過運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確對(duì)位；二是通過視覺系統(tǒng)分別對(duì)管殼及蓋板進(jìn)行位置記錄，通過一定算法計(jì)算得到二者偏差值，最終通過運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二者精確對(duì)位。

針對(duì)上述兩種對(duì)位思路分析，第一種思路需要通過一定的機(jī)械裝置將蓋板或者管殼進(jìn)行位置精確化，這就增大了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。因此提出本文的設(shè)計(jì)思路:通過一套視覺系統(tǒng)分別對(duì)托盤中管殼與蓋板的位置進(jìn)行識(shí)別，通過計(jì)算得到二者的偏差值，最終由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)位。

文中可實(shí)現(xiàn)上述對(duì)位功能的點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)如圖3所示。具體功能實(shí)現(xiàn)過程如下：1) 對(duì)托盤中的管殼位置進(jìn)行視覺識(shí)別；2) 對(duì)托盤中的蓋板位置進(jìn)行視覺識(shí)別，并通過吸嘴對(duì)其進(jìn)行吸?。?) 通過一定的算法得到二者的偏差值，通過運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)克服其偏差值，同時(shí)通過點(diǎn)焊電極輪對(duì)二者進(jìn)行單點(diǎn)焊。4) 對(duì)經(jīng)過點(diǎn)焊的半成品進(jìn)行視覺識(shí)別，判斷二者的對(duì)位精度是否滿足下一工序的陣列縫焊。若精度超出設(shè)定值，則對(duì)該半成品進(jìn)行位置記錄，在下一步的陣列縫焊中不對(duì)該半成品進(jìn)行操作。

圖3 點(diǎn)焊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

1.4 自動(dòng)陣列縫焊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

該結(jié)構(gòu)裝置可對(duì)上述托盤中經(jīng)過點(diǎn)焊的半成品進(jìn)行陣列雙向焊接。陣列縫焊考驗(yàn)設(shè)備焊接電源和縫焊電極輪的持續(xù)縫焊能力。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，其中影響其能力的主要原因是電極輪的發(fā)熱嚴(yán)重。后期主要通過增加散熱塊及通過風(fēng)冷裝置降低電極輪在焊接過程中的過熱現(xiàn)象。

圖4 自動(dòng)陣列縫焊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.5 托盤傳輸卡緊裝置

圖5 托盤傳輸卡緊裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

多向傳輸裝置可將整個(gè)托盤傳輸?shù)饺鐖D5所示的托盤傳輸卡緊裝置。由于在陣列縫焊的過程中縫焊電極輪施加到每個(gè)管殼半成品上約1.5 kg，因此必須將托盤在縫焊過程中加以固定。該機(jī)構(gòu)可通過雙氣缸在最低點(diǎn)的位置，利用兩側(cè)擋板的壓力將托盤整體加以固定。此外，該結(jié)構(gòu)可通過銷釘作用使托盤旋轉(zhuǎn)90°，以滿足縫焊中短邊方向陣列縫焊。

2 結(jié)論

高兼容自動(dòng)平行縫焊整機(jī)設(shè)備可通過上述功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組合完成。該設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，可平衡半自動(dòng)設(shè)備勞動(dòng)強(qiáng)度大與已有全自動(dòng)設(shè)備對(duì)不同產(chǎn)品兼容性差的境況。