一種帶自動檢測功能的SMT備料裝置

徐平凡，李 海，徐鳴利，黃 健

（1.中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院，廣東 中山 528404；2.中山市松聯(lián)電子科技有限公司，廣東 中山 528408）

0 引言

SMT（Surface Mounted Technology表面貼裝技術(shù)）貼片機是一種通過移動貼裝頭把表面貼裝元器件準(zhǔn)確放置在PCB焊盤上的一種設(shè)備。在貼片過程中，為了提高工作效率，需要提前備料?，F(xiàn)有的SMT備料，一般通過人工方式進行備料，但人工備料有時會使得貼裝頭吸料位置不正確，材料空格多或備料器沒有推到位，導(dǎo)致SMT設(shè)備故障率高和擋機（或停機、死機）時間長等問題，降低了生產(chǎn)效率，而占用較多的車間空間。針對此問題，國內(nèi)很多文獻提出不同的解決措辭，歸納后主要有：

（1）采用先進智能倉儲和物流控制系統(tǒng)[1-2]，可以提高整個物料供應(yīng)準(zhǔn)備效率，但SMT人工備料問題沒有解決；

（2）采用特殊機械結(jié)構(gòu)設(shè)計[3-4]，結(jié)構(gòu)復(fù)雜后期升級改造難；

（3）采用AGV小車代替人工[5-6]，有一定的借鑒作用，但價格昂貴，維護成本高。

為解決以上問題，設(shè)計了一種應(yīng)用于SMT貼片機的備料裝置，通過吸料檢測系統(tǒng)、位檢測系統(tǒng)、Feeder檢測系統(tǒng)和視覺檢測系統(tǒng)等自動檢測吸料位置，減少或避免備料吸料位置不正確的問題，降低報錯率和擋機時間，從而降低生產(chǎn)成本。

1 整體機械設(shè)計

設(shè)計的備料裝置，包括機架以及設(shè)于機架的吸料檢測機構(gòu)、固定機構(gòu)、車位檢測機構(gòu)、Feeder送料器檢測機構(gòu)、防護罩和觸摸屏，如圖1所示。

機架包括一置物空間，以供備料車沿y軸方向至少部分推入置物空間內(nèi)；吸料檢測系統(tǒng)包括電機、絲桿、x軸方向?qū)к?、安裝部件和視覺檢測鏡頭，安裝部件與導(dǎo)軌滑動連接并可沿導(dǎo)軌在x軸方向移動，視覺檢測鏡頭設(shè)于備料車的上方且用于檢測吸料位置。備料車沿y軸方向至少部分推入置物空間內(nèi)，機架包括沿x軸方向延伸的多個橫梁、沿y軸方向延伸的多個縱梁以及沿z軸方向延伸的多個豎梁。機架的底部設(shè)有多個移動輪和多個螺絲腳墊，方便機架的移動。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

2 吸料檢測裝置的設(shè)計

如圖2所示為吸料檢測裝置，包括電機、與電機連接的絲桿、x軸方向延伸的導(dǎo)軌、與絲桿連接的安裝部件、與安裝件連接的視覺檢測鏡頭。絲桿包括螺桿和各類固定部件。

圖2 吸料檢測裝置正面結(jié)構(gòu)圖

沿x軸方向設(shè)置有兩條導(dǎo)軌，絲桿位于兩條導(dǎo)軌之間。導(dǎo)軌橫梁沿x軸方向的兩端分別有限位塊，安裝部件可在兩個限位塊之間移動。限位塊固定于橫梁。安裝件與導(dǎo)軌滑動連接并可沿導(dǎo)軌在x軸方向移動。視覺檢測鏡頭設(shè)于備料車的上方且用于檢測吸料位置，視覺檢測鏡頭為現(xiàn)有的檢測鏡頭。

在檢測時，電機驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，帶動螺母在x軸方向上移動，從而驅(qū)動安裝件和視覺檢測鏡頭在x軸方向移動。視覺檢測鏡頭通過沿x軸的移動檢測，從而準(zhǔn)確地對Feeder送料器的貼片元器件進行檢測以確保貼裝頭在正確的位置進行吸料。備料車沿y軸推入機架，通過設(shè)置可沿x軸移動的視覺檢測鏡頭，可對備料車上的物料進行移動檢測，可確保貼片機的貼裝頭吸料位置的正確性，降低報錯率，節(jié)約擋機成本，并且不額外占用車間空間。

3 備料車的結(jié)構(gòu)改進

備料車承載有Feeder送料器，貼片元器件安裝在Feeder送料器上，F(xiàn)eeder送料器為貼片機提供元件進行貼片。備料車設(shè)有推桿且其底部設(shè)有滑輪，如圖3所示。

圖3 裝料車的結(jié)構(gòu)圖

4 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖4所示為備料裝置的整體結(jié)構(gòu)圖，沿x軸方向設(shè)置有兩個固定氣缸，分別位于備料車的兩側(cè)，兩個固定氣缸的伸縮桿相向移動以鎖緊備料車。車位檢測系統(tǒng)用于檢測備料車是否到位。車位檢測機構(gòu)可以包括行程開關(guān)。當(dāng)備料車推入置物空間時，備料車與行程開關(guān)觸碰即可觸發(fā)開關(guān)信號，從而確定備料車到位。

圖4 裝置整體結(jié)構(gòu)圖

Feeder送料器檢測系統(tǒng)用于檢測Feeder送料器是否到位，備料車在推動過程中，F(xiàn)eeder送料器也會隨之移動。Feeder送料器與行程開關(guān)觸碰即可觸發(fā)開關(guān)信號，從而確定Feeder送料器到位。置物空間內(nèi)設(shè)有第一橫梁和第二橫梁，車位檢測系統(tǒng)的行程開關(guān)設(shè)于第一橫梁，F(xiàn)eeder送料器檢測機構(gòu)的行程開關(guān)設(shè)于第二橫梁。

整個裝置使用24 V電源，通過觸摸屏設(shè)置工作模式。人工將物料安裝至備料車，并將其沿y軸方向推入機架的置物空間內(nèi)，車位檢測系統(tǒng)檢測備料車到位，發(fā)出信號，使得兩個固定氣缸啟動并鎖緊備料車。同時，F(xiàn)eeder送料器檢測系統(tǒng)檢測是否到位，電機帶動視覺檢測鏡頭沿x軸方向移動對Feeder送料器進行移動檢測，自動檢測吸料位置。如果觸摸屏提示NG（工作不良），則進行人工處理，通過觸摸屏重新設(shè)置，以進行下一輪的自動檢測。

5 試用驗證

為了驗證設(shè)計的可行性，完成了設(shè)備的設(shè)計與制造，并應(yīng)用到中山市某電子產(chǎn)品制造公司，經(jīng)過近1個月的調(diào)試和試運行，改造前后對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 改進前后數(shù)據(jù)對比

改造前，貼片機備料全部由人工完成，人工備料易出現(xiàn)貼裝頭吸料位置不正確，材料空格多使得備料器沒有推到位，不僅導(dǎo)致安裝到SMT機臺上報錯率高，而且擋機的時間長。并且位置若有偏差會損壞電路板上的元器件，對人工的熟練程度要求很高，因為人為原因造成的次品率達12‰。改進后，人工介入比較少，且對操作工人的要求不高，每次更換插貼產(chǎn)品，只需花3~5 min肉眼檢測一遍就可以，大大降低了勞動強度，同時降至次品率＜3‰，達到合同驗收指標(biāo)。

6 總結(jié)

為解決人工備料帶來的錯誤問題，設(shè)計了一種應(yīng)用于SMT貼片機的備料裝置，包括吸料檢測機構(gòu)、車位檢測機構(gòu)、Feeder送料器檢測機構(gòu)和視覺檢測系統(tǒng)。備料車沿y軸方向推入置物空間內(nèi)，吸料檢測機構(gòu)與絲桿沿x軸方向延伸，視覺檢測鏡頭與導(dǎo)軌滑動連接并可沿導(dǎo)軌在x軸方向移動，視覺檢測鏡頭可自動檢測吸料位置，檢測裝置可通過觸摸屏進行操作，車位檢測機構(gòu)檢測備料車是否到位，電機帶動視覺檢測鏡頭自動檢測吸料位置，大大減少或避免備料吸料位置不正確的問題，降低了報錯率和擋機時間，從而降低生產(chǎn)成本。該設(shè)備已應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，整個過程無需人工檢測，次品率從12‰大幅度下降至3‰，各項技術(shù)指標(biāo)較好。