CN103547136A

CN103547136A - 旋臂式贴片机的上料方法和并行上料方法

Info

Publication number: CN103547136A
Application number: CN201310495323.8A
Authority: CN
Inventors: 陈安; 牛志博; 吴忻生; 胡跃明
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: CN103547136B

Abstract

本发明涉及旋臂式贴片机的上料方法，包括如下步骤：a.吸料头在取料点中吸取元件；b.吸料头带动元件至校正点进行检验和校正；c.吸料头带动元件至放置点，吸料头自转摆正元件的角度；d.吸料头执行放置元件动作；工作台调整PCB板位置的步骤穿插在a至c步骤中进行。本发明还涉及旋臂式贴片机的并行上料方法，采用多组并行工作的旋臂式贴片机配合一个独立的工作台，同时对一块PCB板进行上料；各组旋臂式贴片机采用旋臂式贴片机的上料方法上料。本发明具有结构简单、实用，具有比较高的工作效率的优点，属于贴片机技术领域。

Description

旋臂式贴片机的上料方法和并行上料方法

技术领域

本发明涉及贴片机技术领域，尤其是旋臂式贴片机的上料方法和并行上料方法。

背景技术

贴片机是现在业内对贴装设备的通称，又称贴装机。“表面贴装系统”（Surface Mounting System），是用来实现高速度、高精度地贴放元器件的设备，是整个SMT（表面贴装技术，Surface Mounted Technology的缩写）生产线中最关键、复杂的设备。贴片机是科技含量高的机电一体化设备，主要由上料机构和贴装机构构成，由于贴片机类型的不同，因此上料机构和贴装机构的工作方式也不尽相同。

常见贴片机上料机构的工作方式一般有如下几种：

1.拱架型贴片机的上料机构工作方式：元件供料槽和印刷电路板(PCB)是固定的，安装在X、Y运动轴上的贴片头(安装若干真空吸料嘴)在供料槽与印刷电路板之间往复运动，将元件从供料槽取出，经过对元件方向与位置的调整，之后贴放于PCB板上。由于贴片头是安装在拱架型的X-Y坐标移动横梁上，因而该类贴片机得名拱架型贴片机。这类上料工作方式的优势在于：可实现高精度，适用于各种形状、大小的元件，甚至是异型元件，供料槽有管状、带状、托盘形式；适用于中小批量生产，也可多台机器组合用于大批量生产。缺点在于：各贴片头之间串行工作，且贴片头往复移动的距离较长，在速度方面容易受到限制。

2.转塔型贴片机的上料机构工作方式：元件供料槽放于一个单坐标移动的料车上，PCB板放于一个在X-Y坐标系上移动的工作台上，贴片头则安装在一个可以旋转的转塔上，工作时，供料机构将元件供料槽传送到取料位置，安装于贴片头上的真空吸嘴在指定的取料位置吸取元器件，经转塔的转动送到指定的贴片位置(与取料位置成180度)，在转动过程中还需要经过对元件方向与位置的调整，将元件贴放于印刷电路板上。这类上料工作方式的优点在于：转塔上安装有十几到二十几个贴片头，每个贴片头上安装5至6个真空吸嘴，由于转塔机构的特点，能够使动作细微化，选换吸嘴、元件供料槽的移动、元器件的吸取、识别元器件、角度的调整、工作台的移动、元器件的贴放等动作可以在同一个时间周期内完成，实现并行工作，能够实现高速度贴装这一目标。目前最快的贴装时间能够达到0.08秒到0.10秒贴装一片元器件。缺点在于：贴装元件类型有较多限制，而且送料车体积过大，占用大量面积，并且价格昂贵。

当前多头贴片机提高贴装效率的方法一般有转塔式、双头式，并采用流水作业。其上料工作方式存在以下不足：1、拱架型贴片机贴片头安装在横梁上，通过x，y轴驱动电机配合运动至料槽区，然后通过Z轴驱动吸嘴下行取料，所需要控制的轴数量多，计算坐标为世界坐标系，控制策略复杂，并且各贴片头之间串行工作，速度低；2、转塔型贴片机贴装速度快，但贴装元件类型有较多限制，但是占地面积过大，并且价格昂贵。3、流水作业一般是两组贴片头轮流作业，效率还有待提高；贴片头运动行程较大，不利于精度的提高。

因此，现有的贴片机无法同时满足并行工作与低成本、占地面积小的矛盾。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：为了适应一种新型的旋臂式贴片机的结构特点，提供一种适合于旋臂式贴片机的高效率的旋臂式贴片机的上料方法和并行上料方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

旋臂式贴片机的上料方法，采用的旋臂式贴片机包括：旋转轴、旋臂、吸料头、喂料器和校正台；PCB板固定在独立设置的工作台上；旋臂绕旋转轴转动，吸料头安装在旋臂上，吸料头的运动轨迹为圆弧；沿着吸料头的运动方向，喂料器、校正台、带动PCB板在水平面的X-Y方向上移动的工作台依次设置；吸料头在喂料器上对应取料点，吸料头在校正台上对应校正点，吸料头在PCB板上对应放置点；包括如下步骤：a.吸料头在取料点中吸取元件；b.吸料头带动元件至校正点进行检验和校正；c.吸料头带动元件至放置点，吸料头自转摆正元件的角度；d.吸料头执行放置元件动作；工作台调整PCB板位置的步骤穿插在a至c步骤中进行。

喂料器的送料方向沿着圆弧的径向。

喂料器有多组，每组对应一个取料点，多个取料点依次排列在圆弧上。

一个取料点对应一组取料点坐标；经过旋转轴中心的n条法线划分了n+1个工作区，一个工作区对应一个放置点，所有放置点位于同一圆弧上；一个放置点对应一组放置点坐标；PCB板上一个待放置元件处对应一组待放置点坐标；根据当前待放置点坐标判断其属于哪个工作区，移动PCB板，使该待放置点与相应工作区的放置点重合；根据校正点、当前取料点和当前放置点的坐标，通过查表或坐标计算的方式获得旋臂的运动参数，完成旋臂从当前取料点到当前放置点的移动；根据旋转轴转动的角度和当前元件的放置角度，通过查表或坐标计算的方式确定吸料头的自转角度。

旋臂式贴片机的并行上料方法，采用多组并行工作的旋臂式贴片机配合一个独立的工作台，同时对一块PCB板进行上料；各组旋臂式贴片机采用旋臂式贴片机的上料方法上料。

当某组旋臂式贴片机上料处于d步骤时，工作台搭载PCB板移动至该组旋臂式贴片机对应的放置点处。

旋臂式贴片机有三组；第一组处于步骤a时，第二组处于步骤c和d，第三组处于步骤b；第一组处于步骤b时，第二组处于步骤a，第三组处于步骤c和d；第一组处于步骤c和d时，第二组处于步骤b，第三组处于步骤a。

旋臂式贴片机的上料方法的原理是：喂料器依次固定排列在以旋转轴的中心为圆心的圆弧上，每个喂料器均沿着径向设置，每个喂料器的喂料口对应一个取料点，一个取料点对应一组取料点坐标；取料时，旋臂根据该坐标旋转到合适的角度，吸料头吸取原料；然后旋臂移动到固定的校正点检查元件是否合格以及校正；PCB板放置在X-Y坐标系的工作台上，根据待放置点的当前坐标，工作台使当前待放置点移动到旋臂运动圆弧轨迹中最近的一个当前放置点。旋臂从校正点旋转移动到当前放置点，并根据两点之间的角度变换，计算放置元件时所需要的变换角度，然后吸料头自转并放置元件。

旋臂式贴片机的并行上料方法的原理是：采用多组旋臂式贴片机配合一个独立的工作台同时工作，每组旋臂式贴片机单独完成取料，校正，旋转，放置动作，PCB板依次在各个旋臂对应的放置点工作，PCB板的运动与旋臂运动并行进行，所以PCB元件放置间歇时间只有PCB运动的时间，并且由于PCB运动距离比较短，所以间歇时间短。

总的说来，本发明具有如下优点：为新型的旋臂式贴片机提供了一种合适的上料方法，尤其当其并行工作时，结构简单、实用，具有比较高的工作效率，同时具备并行工作、低成本、占地面积小的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是旋臂式贴片机的原理图。

图中1.旋转轴，2.旋臂，3.吸料头，4.喂料器固定装置，5.放置点对应区域，6.PCB板，7.圆弧，8.放置点，9.吸料头的自转角度（元件旋转角度），10.取料点,11.校正点。

图2是三组旋臂式贴片机的整体结构示意图。

图3是旋臂式贴片机的并行上料方法的工作流程图。

图4是旋臂式贴片机的上料方法的工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

在图1中，旋臂式贴片机包括：旋转轴、旋臂、吸料头、喂料器、校正台和工作台。旋臂的一端连接在旋转轴上并绕旋转轴转动，吸料头安装在旋臂的另一端上，吸料头的运动轨迹为圆弧。沿着吸料头的运动方向，喂料器、校正台、带动PCB板在水平面的X-Y方向上移动的工作台依次设置。

喂料器固定装置安装在以旋转轴中心为圆心的圆弧上，喂料器安装在喂料器固定装置上，喂料器有三组。每组喂料器沿着圆弧的径向指向圆心向取料点送料。

校正台位于喂料器和工作台之间。

工作台带动PCB板在水平面上沿X、Y轴方向运动。

吸料头在喂料器上对应取料点，吸料头在校正台上对应校正点，吸料头在PCB板上对应放置点。元件旋转角度是元件从取料点移动到放置点过程中旋转轴转动所产生的变化角度。

旋臂式贴片机的上料方法过程如下：包括如下步骤：a.吸料头在取料点中吸取元件；b.吸料头带动元件至校正点进行检验和校正；c.吸料头带动元件至放置点，吸料头自转摆正元件的角度；d.吸料头执行放置元件动作；工作台调整PCB板位置的步骤穿插在a至c步骤中进行。一个取料点对应一组取料点坐标；经过旋转轴中心的4条法线划分了5个工作区，一个工作区对应一个放置点，所有放置点位于同一圆弧上；一个放置点对应一组放置点坐标；PCB板上一个待放置元件处对应一组待放置点坐标；根据当前待放置点坐标判断其属于哪个工作区，移动PCB板，使该待放置点与相应工作区的放置点重合；根据校正点、当前取料点和当前放置点的坐标，通过查表或坐标计算的方式获得旋臂的运动参数，完成旋臂从当前取料点到当前放置点的移动；根据旋转轴转动的角度和当前元件的放置角度，通过查表或坐标计算的方式确定吸料头的自转角度。

旋臂式贴片机的并行上料方法过程如下：采用三组旋臂式贴片机同时上料，一个独立的工作台搭载PCB板在各组旋臂式贴片机对应的放置点移动。各个旋臂动作依次错开，上料时间互不影响。第一组处于步骤a时，第二组处于步骤c和d，第三组处于步骤b；第一组处于步骤b时，第二组处于步骤a，第三组处于步骤c和d；第一组处于步骤c和d时，第二组处于步骤b，第三组处于步骤a。

每个喂料器对应一个取料点，多个取料点依次排列在以旋转轴中心为圆心的吸料头的运动轨迹圆弧上，每个取料点对应一组取料点坐标。经过旋转轴中心的4条法线划分了5个工作区，共对应5个放置点，各个放置点依次排列在以旋转轴中心为圆心的吸料头的运动轨迹圆弧上，每个放置点对应一组放置点坐标。

工作时旋臂根据所需取料点坐标旋转到当前取料点，吸取元件，移动到校正点进行校正，然后根据PCB板上元件的待放置点坐标判断所属工作区，然后移动PCB板使PCB板上的待放置点与该工作区对应的放置点重合，旋臂根据校正点、当前取料点和当前放置点通过查表或者坐标计算的方式获得运动参数，完成从取料点到放置点的移动，然后根据旋臂所旋转角度和当前元件所需放置角度计算吸料头的自转角度并旋转吸料头，然后放置元件。

本坐标变换方式中将取料点和放置点分别对应到旋臂运动圆弧上的几个固定的点，大大简化了坐标变换的方法，由于吸料头的自转角度与旋转轴转动的角度相关，所以只需要计算旋转轴转动的角度就可以完成整个的坐标变换过程。变换的计算方式采用查表法或者坐标计算的方式。

查表法的实现方式为：

角度变换分两步进行，一步是从取料点到校正点的变换，另一步是从校正点到放置点的变换。

第一步中，需要变换的角度通过以取料点为横坐标，以校正点为纵坐标的方式查表获得。示意表格如下：

校正点对应Q，四个取料点分别对应X1、X2、X3、X4，旋臂需要变换的的角度分别为α₁、α₂、α₃、α₄。

第二步中，需要变换的角度通过以放置点为横坐标，以校正点为纵坐标的方式查表获得。示意表格如下：

校正点对应Q，四个放置点分别对应Y1、Y2、Y3、Y4，旋臂需要变换的角度分别为β₁、β₂、β₃、β₄。最终吸料头的旋转角度为PCB板上的元件放置角度与取料点元件角度的差值加上旋臂需要变换的角度获得。

坐标计算法的计算方式为：

根据取料点和放置点的当前坐标，直接计算变换角度。

对应点

Q

X1

X2

X3

X4

Y1

Y2

Y3

Y4

坐标值

δ₁

δ₂

δ₃

δ₄

δ₅

δ₆

δ₇

δ₈

δ₉

当从第二个取料点（X2）移动到校正点时需变换的角度为δ₁-δ₃，当从校正点移动到第三个放置点（Y3）时需变换的角度为δ₈-δ₁。最终吸料头的旋转角度为PCB板上的元件放置角度与取料点元件角度的差值加上旋臂需要变换的角度获得。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.旋臂式贴片机的上料方法，采用的旋臂式贴片机包括：旋转轴、旋臂、吸料头、喂料器和校正台；PCB板固定在独立设置的工作台上；旋臂绕旋转轴转动，吸料头安装在旋臂上，吸料头的运动轨迹为圆弧；沿着吸料头的运动方向，喂料器、校正台、带动PCB板在水平面的X-Y方向上移动的工作台依次设置；吸料头在喂料器上对应取料点，吸料头在校正台上对应校正点，吸料头在PCB板上对应放置点；其特征在于：包括如下步骤：

a.吸料头在取料点中吸取元件；

b.吸料头带动元件至校正点进行检验和校正；

c.吸料头带动元件至放置点，吸料头自转摆正元件的角度；

d.吸料头执行放置元件动作；

工作台调整PCB板位置的步骤穿插在a至c步骤中进行。

2.按照权利要求1所述的旋臂式贴片机的上料方法，其特征在于：所述喂料器的送料方向沿着圆弧的径向。

3.按照权利要求2所述的旋臂式贴片机的上料方法，其特征在于：所述喂料器有多组，每组对应一个取料点，多个取料点依次排列在圆弧上。

4.按照权利要求3所述的旋臂式贴片机的上料方法，其特征在于：所述一个取料点对应一组取料点坐标；经过旋转轴中心的n条法线划分了n+1个工作区，一个工作区对应一个放置点，所有放置点位于同一圆弧上；一个放置点对应一组放置点坐标；PCB板上一个待放置元件处对应一组待放置点坐标；根据当前待放置点坐标判断其属于哪个工作区，移动PCB板，使该待放置点与相应工作区的放置点重合；根据校正点、当前取料点和当前放置点的坐标，通过查表或坐标计算的方式获得旋臂的运动参数，完成旋臂从当前取料点到当前放置点的移动；根据旋转轴转动的角度和当前元件的放置角度，通过查表或坐标计算的方式确定吸料头的自转角度。

5.旋臂式贴片机的并行上料方法，其特征在于：采用多组并行工作的旋臂式贴片机配合一个独立的工作台，同时对一块PCB板进行上料；各组旋臂式贴片机采用权利要求1至4中任一项所述的旋臂式贴片机的上料方法上料。

6.按照权利要求5所述的旋臂式贴片机的并行上料方法，其特征在于：当某组旋臂式贴片机上料处于d步骤时，工作台搭载PCB板移动至该组旋臂式贴片机对应的放置点处。

7.按照权利要求6所述的旋臂式贴片机的并行上料方法，其特征在于：所述旋臂式贴片机有三组；第一组处于步骤a时，第二组处于步骤c和d，第三组处于步骤b；第一组处于步骤b时，第二组处于步骤a，第三组处于步骤c和d；第一组处于步骤c和d时，第二组处于步骤b，第三组处于步骤a。