CN103874343B - 一种高精度全自动bga返修工作台 - Google Patents

Abstract

一种高精度全自动BGA返修工作台，包括机头部机构、X向马达、X向滑轨、Y向滑轨、Y向马达、拾料机构、PCB托撑装置、冷却装置、喂料机构、预热箱、X轴、Y轴、基准底板、预热装置、下部热风机构、下部CCD视觉机构、机身上罩、机身下罩；所述机头部机构设置在X向滑轨上，该机头部结构包括机头固定座、装贴机构、上部加热机构、上部CCD视觉机构、机头罩、加热马达、贴装马达、加热马达固定座、贴装马达固定座、联轴器、丝杆固定座、丝杆、Z向滑轨。本发明采用视觉自动对位系统，利用CCD将PCB板和BGA图像捕捉定位后，通过图象处理软件分析并纠偏来实现精准对位和贴装，贴装精度可达±0.025mm。保证了工作品质的一致性，轻松应对高端精密电子产品。

Description

一种高精度全自动BGA返修工作台

技术领域

本发明涉及BGA返修技术领域，尤其是涉及一种高精度全自动BGA返修工作台。

背景技术

在线路板自动化组装生产及返修领域中，高端精密电子产品越来越多，对元器件进行精密贴装、加热、冷却时，温度控制的准确性、均匀性、稳定性至关重要。近年来随着电子技术的飞速发展，电子产品组装的小型化和高密度化及高频、高效率对装机返修质量的要求也越来越高，需求越来越强烈，从而使BGA返修得到迅速发展。

现有传统的BGA返修台分光学对位与人工目测对位，光学对位通过光学模块采用裂棱镜成像；人工目测对位则是通过肉眼将BGA焊脚和PCB板丝印线及点对位；目前这两种返修方式远远达不到对高端精密电子产品最理想的返修，存在以下缺点：a、只能用手动完成； b、对高端精密电子产品的精度无法保证并容易出现虚焊、漏焊现象；c、返修效率低并无法保证返修成功率； d、自动化程度低，生产工作中误差大，导致工作质量低。

发明内容

本发明目的是提供一种高精度全自动BGA返修工作台。以解决现有技术所存在的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：高精度全自动BGA返修工作台，包括机头部机构、X向马达、X向滑轨、Y向滑轨、Y向马达、拾料机构、 PCB托撑装置、冷却装置、喂料机构、预热箱、X轴、Y轴、基准底板、 预热装置、下部热风机构、下部CCD视觉机构、机身上罩、机身下罩；所述机头部机构设置在X向滑轨上，该机头部结构包括机头固定座、装贴机构、上部加热机构、上部CCD视觉机构、机头罩、加热马达、贴装马达、加热马达固定座、贴装马达固定座、联轴器、丝杆固定座、丝杆、Z向滑轨；所述机身上罩顶部设有排气口与废气抽出系统的进气口连接，该机身上罩前端中间位置开设有工作仓口，两边分别设有急停开关；所述工作仓口两侧设有相互对应的光栅保护装置；所述机身下罩底端设有脚轮脚杯，该机身下罩侧部设有油雾分离器，机身下罩前端设有用于放置工控机的工控机仓；所述工控机仓内设有供电保护装置，该工控机仓一侧设有工具仓。

作为优选，所述机身下罩上方设有基准底板，该基准底板上方依次设有支柱、预热箱、拾料机构、 PCB托撑装置、 冷却装置、下部CCD视觉机构；其中基准底板四角处分别设有一支柱，所述预热箱内设有预热装置，该预热箱右侧部设有冷却装置；所述预热装置右侧部设有PCB托撑装置，该PCB托撑装置前端设有拾料机构和喂料机构；所述预热装置上方设有下部热风机构。

作为优选，所述基准底板两侧边的支柱上方分别上有Y轴，该Y轴内设有Y向马达、Y向滑轨、Y向滑轨丝杆；所述Y轴上方设有X轴，该X轴内设有X向马达、X向滑轨、X向滑轨丝杆；所述X向滑轨上方设有机头部机构。

作为优选，所述机头固定座上设有贴装马达固定座、加热马达固定座、Z向滑轨、上部CCD视觉机构；其中贴装马达固定座、加热马达固定座上方分别固定有贴装马达和加热马达；所述贴装马达和加热马达下方分别设有丝杆固定座、丝杆，其中贴装马达和加热马达通过联轴器与丝杆相连；所述Z向滑轨设置在机头固定座下方，该Z向滑轨上分别设有贴装机构及上部加热机构，其中贴装机构及上部加热机构分别与丝杆连接。

作为优选，所述装贴机构，包括贴装运动连接块、贴装连接板、上下调节座、调节支柱、调节固座、吸管微调座、拔叉固定套、拔杆固定圈、旋转马达、旋转马达固板、光电感应器、圆形感应器、旋转接头、旋转轴套、线性轴承、吸管、吸嘴固定套、吸嘴、旋转制动轮、同步皮带、旋转从动轮、感应限块；其中贴装运动连接块通过贴装连接板与吸管微调座连接；所述吸管上方设有旋转从动轮、感应限块、圆形感应器，吸管顶端设有旋转接头；所述调节固座上设有调节支柱，该调节支柱上设有可上下滑动的上下调节座，该上下调节座与光电感应器连接；所述吸管下方设有拔杆固定圈、吸嘴固定套、吸嘴，其中吸嘴固定在吸嘴固定套上；所述旋转马达固板下方设有旋转马达，该旋转马达上方设有旋转制动轮，所述旋转制动轮通过同步皮带与旋转从动轮相连。

作为优选，所述上部加热机构，包括离心风机、加热运动连接块、L形连扳、发热筒连接板、加热风头、刻度圈、风机连扳、发热筒固板、发热筒、隔热板、外罩支撑板、感应安装板、发热滑轨、风咀、风机隔热板；所述加热运动连接块上设有发热滑轨，该发热滑轨与L形连扳连接；所述L形连扳连接在发热筒连接板一端，该发热筒连接板另一端与隔热板连接；所述隔热板上方与发热筒固板连接，该发热筒固板上设有风机隔热板；所述风机连扳固定在风机隔热板上，该风机隔热板上还设有离心风机，离心风机连接在风机连扳上；所述隔热板下方与加热风头连接，该加热风头处设有刻度圈、风咀。

作为优选，所述上部CCD视觉机构，包括Y向调整轴、上下调整座、X向调整轴、上部摄像机、上部镜头、摄像机固板；所述Y向调整轴一端固定在上下调整座下方，该Y向调整轴另一端穿过调整座；所述X向调整轴穿过调整座并固定在摄像机固板上；所述上部摄像机连接在摄像机固板上，该上部摄像机前端设有上部镜头。

作为优选，所述下部CCD视觉机构，包括下部CCD外罩、光源、光源撑件、下部镜头、下部摄像机、外罩固定条、固定下座、固定筋、摄像固定板、高清光学玻璃；所述CCD外罩内设有外罩固定条，并将其固定；所述固定下座上方设有摄像固定板，该摄像固定板通过固定筋与固定下座连接；下部摄像机连接在摄像固定板侧面，该下部摄像机顶端设有下部镜头；所述光源撑件固定在摄像机固定板处，该光源撑件上方设有光源、高清光学玻璃。

作为优选，所述机身上罩右前方上至下设有显示器、显示器固定板、键盘放置板 、显示器旋动轴、显示器旋动柱；其中显示器通过显示器固定板与键盘放置板连接，该键盘放置板底部设有一显示器旋动轴与显示器旋动柱连接，该显示器旋动柱与基准底板连接。

本发明的有益效果为：

1）、不需手动对位、贴装、拆焊，避免了人工操作产生的不确定因素，降低了返修报废率，节能 环保；

2）、电脑控制，操作简单，全自动智能化运动系统，减小了工作误差，降低了成本，提高了工作效率；

3）、 视觉自动对位系统，实现了精准的对位和贴装，贴装精度可达±0.025mm；

4）、上部加热和贴装，独立设计，实现全自动识别吸料和贴装高度，及自动对位、自动贴装、自动焊接和自动拆焊功能；

5）、 工作区域设有光栅保护系统，无安全隐患；

6）、运行过程中自动产生温度曲线分析报告, 追朔返修历史。

本发明全自动BGA返修工作站，采用视觉自动对位系统，利用CCD将PCB板和BGA图像捕捉定位后，通过图象处理软件分析并纠偏来实现精准对位和贴装，贴装精度可达±0.025mm。所采集的图像可放大、缩小和微调，使图象显示更清晰。通过工控机控制的方式和视觉自动对位方法，使X、Y、Z轴和ф角度调节均采用马达驱动，来实现自动对位、智能化运动、自动识别吸料和贴装高度、自动对位、自动贴装、自动焊接、自动拆焊的功能。保证了工作品质的一致性，轻松应对高端精密电子产品。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明拆除机身上罩后的整体结构示意图。

图3是本发明拆除机身上罩后上部分结构示意图。

图4是本发明机头部机构结构示意图。

图5是本发明机头部机构拆除机头罩后结构示意图。

图6是本发明贴装机构结构示意图。

图7是图6所示A-A剖视图。

图8a、8b是本发明上部加热机构结构示意图。

图9是本发明上部CCD视觉机构结构示意图。

图10是本发明下部CCD视觉机构结构示意图。

图11是本发明下部CCD视觉机构拆除外罩后结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1是本发明整体结构示意图；图2是本发明拆除机身上罩后的整体结构示意图；图3是本发明拆除机身上罩后上部分结构示意图。由图1结合图2、图3可知，高精度全自动BGA返修工作台，主要由机头部机构17、X向马达18、X向滑轨28、Y向滑轨19、Y向马达20、拾料机构21、 PCB托撑装置100、冷却装置22、喂料机构23、预热箱25、X轴27、Y轴26、基准底板98、预热装置29、下部热风机构30、下部CCD视觉机构31、机身上罩1、机身下罩7等组成。其中机头部机构17设置在X向滑轨28上，该机头部结构17包括机头固定座44、装贴机构40、上部加热机构42、上部CCD视觉机构41、机头罩32、加热马达33、贴装马达34、加热马达固定座43、贴装马达固定座35、联轴器36、丝杆固定座37、丝杆38、Z向滑轨39。

机身上罩1顶部设有排气口与废气抽出系统2的进气口连接，废气抽出系统2用于排出工作中产生的废气，起到净化室内空气、避免空气污染。机身上罩1前端中间位置开设有工作仓口，两边分别设有急停开关3；所述工作仓口两侧设有相互对应的光栅保护装置4，该光栅保护装置4用于保护工作人员在工作中的人生安全保护。机身下罩7底部设有脚轮脚杯5，该机身下罩7侧部设有油雾分离器6，机身下罩7前端设有用于放置工控机8的工控机仓16；所述工控机仓16内设有供电保护装置9，该工控机仓16一侧设有工具仓10。工控机8机箱与设置在机身上罩1右前方的显示器11联接，该显示器11通过显示器固定板12与键盘放置板13连接，该键盘放置板13底部设有一显示器旋动轴14与显示器旋动柱15连接，该显示器旋动柱15与基准底板98连接。

机身下罩7上方设有基准底板98，该基准底板98上方依次设有支柱24、预热箱25、拾料机构21、 PCB托撑装置100、 冷却装置22、下部CCD视觉机构31；其中基准底板98四角处分别设有一支柱24，所述预热箱25内设有预热装置29，该预热装置29用于对整个PCB板进行预热，预防在作业过程中的热变形。预热箱25右侧部设有用于快速冷却返修产品的冷却装置22。预热装置29右侧部设有PCB托撑装置100，该PCB托撑装置100前端设有拾料机构21和喂料机构23；所述预热装置29上方设有下部热风机构30。

基准底板98两侧边的支柱上方分别上有Y轴26，该Y轴26内设有Y向马达20、Y向滑轨19、Y向滑轨丝杆；所述Y轴26上方设有X轴27，该X轴27内设有X向马达18、X向滑轨28、X向滑轨丝杆；所述X向滑轨28上方设有机头部机构17。在工作时，Y向马达20通过Y向滑轨丝杆带动设置在Y轴26上方的X轴27沿着Y向滑轨19移动；同时，X向马达18通过X向滑轨丝杆带动机头部机构17沿着X轴27的X向滑轨28移动，从而使机头部机构17到达PCB板的任意位置。

图4是本发明机头部机构结构示意图。图5是本发明机头部机构拆除机头罩后结构示意图。结合图4、图5可知，机头固定座44上设有贴装马达固定座35、加热马达固定座43、Z向滑轨39、上部CCD视觉机构41、上部加热机构42、贴装机构40；其中贴装马达固定座35、加热马达固定座43上方分别固定有贴装马达34和加热马达33；所述贴装马达34和加热马达33下方分别设有丝杆固定座37、丝杆38，其中贴装马达34和加热马达33通过联轴器36与丝杆38相连；所述Z向滑轨39设置在机头固定座44下方，该Z向滑轨39上分别设有贴装机构40及上部加热机构42，贴装机构40及上部加热机构42分别与丝杆38连接，贴装机构40用于自动贴装和ф角度调节，精度达±0.025mm。

图6是本发明贴装机构结构示意图。图7是图6所示A-A剖视图。结合图6、图7可知，装贴机构40包括贴装运动连接块66、贴装连接板45、上下调节座46、调节支柱47、调节固座48、吸管微调座49、拔叉固定套50、拔杆固定圈51、旋转马达52、旋转马达固板53、光电感应器54、圆形感应器55、旋转接头56、旋转轴套57、线性轴承58、吸管59、吸嘴固定套60、吸嘴61、旋转制动轮62、同步皮带63、旋转从动轮64、感应限块65；其中贴装运动连接块66通过贴装连接板45与吸管微调座49连接；所述吸管61上方设有旋转从动轮64、感应限块65、圆形感应器55，吸管59顶端设有旋转接头56；所述调节固座48上设有调节支柱47，该调节支柱47上设有可上下滑动的上下调节座46，该上下调节座46与光电感应器54连接；所述吸管59下方设有拔杆固定圈51、吸嘴固定套60、吸嘴61，其中吸嘴61固定在吸嘴固定套60上；所述旋转马达固板53下方设有旋转马达52，该旋转马达52上方设有旋转制动轮62，所述旋转制动轮62通过同步皮带63与旋转从动轮64相连。

图8a、8b是本发明上部加热机构结构示意图。由图8a、8b可知，上部加热机构42包括离心风机67、加热运动连接块68、L形连扳99、发热筒连接板69、加热风头70、刻度圈71、风机连扳72、发热筒固板73、发热筒74、隔热板75、外罩支撑板76、感应安装板77、发热滑轨78、风咀79、风机隔热板80；所述加热运动连接块68上设有发热滑轨78，该发热滑轨78与L形连扳99连接；所述L形连扳99连接在发热筒74连接板一端，该发热筒74连接板另一端与隔热板75连接；所述隔热板75上方与发热筒固板73连接，该发热筒固板73上设有风机隔热板80；所述风机连扳72固定在风机隔热板80上，该风机隔热板80上还设有离心风机67，离心风机67连接在风机连扳72上；所述隔热板75下方与加热风头70连接，该加热风头70处设有刻度圈71、风咀79。

图9是本发明上部CCD视觉机构结构示意图。由图9可知，上部CCD视觉机构41包括Y向调整轴81、上下调整座87、X向调整轴83、上部摄像机84、上部镜头85、摄像机固板86；所述Y向调整轴81一端固定在上下调整座87下方，该Y向调整轴81另一端穿过调整座82；所述X向调整轴83穿过调整座82并固定在摄像机固板86上；所述上部摄像机84连接在摄像机固板86上，该上部摄像机84前端设有上部镜头85。

图10是本发明下部CCD视觉机构结构示意图；图11是本发明下部CCD视觉机构拆除外罩后结构示意图。由图10结合图11可知，下部CCD视觉机构31包括下部CCD外罩88、光源89、光源撑件90、下部镜头91、下部摄像机92、外罩固定条93、固定下座94、固定筋95、摄像固定板96、高清光学玻璃97；所述CCD外罩88内设有外罩固定条93并将其固定；所述固定下座94上方设有摄像固定板96，该摄像固定板96通过固定筋95与固定下座94连接；下部摄像机92连接在摄像固定板96侧面，该下部摄像机92顶端设有下部镜头91；所述光源撑件90固定在摄像机固定板96处，该光源撑件90上方设有光源89、高清光学玻璃97。

下部CCD视觉机构31用于采集BGA图像及设置视觉图像；上部CCD视觉机构41用于采集图像，设置Mark的参数、温度参数、视觉图像，上、下部CCD视觉机构将采集到的视觉图像信息和各种参数信息传输给工控机8，通过工控机8内的运算编程，从而控制全自动BGA返修工作站的工作。通过工控机控制的方式，并采用视觉自动对位系统，使X、Y、Z轴和ф角度调节均采用伺服驱动，精度可达±0.025mm，并实现了精准的对位、智能化运动系统、自动识别吸料和贴装高度、自动对位、自动贴装、自动焊接、自动拆焊功能。保证了工作品质，轻松应对高端精密电子产品。

Claims (9)

1.高精度全自动BGA返修工作台，包括机头部机构、X向马达、X向滑轨、Y向滑轨、Y向马达、拾料机构、 PCB托撑装置、冷却装置、喂料机构、预热箱、X轴、Y轴、基准底板、 预热装置、下部热风机构、下部CCD视觉机构、机身上罩、机身下罩；其特征是，所述机头部机构设置在X向滑轨上，该机头部结构包括机头固定座、装贴机构、上部加热机构、上部CCD视觉机构、机头罩、加热马达、贴装马达、加热马达固定座、贴装马达固定座、联轴器、丝杆固定座、丝杆、Z向滑轨；所述机身上罩顶部设有排气口与废气抽出系统的进气口连接，该机身上罩前端中间位置开设有工作仓口，两边分别设有急停开关；所述工作仓口两侧设有相互对应的光栅保护装置；所述机身下罩底端设有脚轮脚杯，该机身下罩侧部设有油雾分离器，机身下罩前端设有用于放置工控机的工控机仓；所述工控机仓内设有供电保护装置，该工控机仓一侧设有工具仓；采用视觉自动对位系统，利用CCD将PCB板和BGA图像捕捉定位后，通过图像处理软件分析并纠偏来实现精准对位和贴装，通过工控机内的运输编程，从而控制全自动BGA返修工作站的工作；通过工控机控制的方式，并采用视觉自动对位系统，使X、Y、Z轴和ф角度调节均采用伺服驱动。

2.根据权利要求1所述的高精度全自动BGA返修工作台，其特征是，所述机身下罩上方设有基准底板，该基准底板上方依次设有支柱、预热箱、拾料机构、 PCB托撑装置、 冷却装置、下部CCD视觉机构；其中基准底板四角处分别设有一支柱，所述预热箱内设有预热装置，该预热箱右侧部设有冷却装置；所述预热装置右侧部设有PCB托撑装置，该PCB托撑装置前端设有拾料机构和喂料机构；所述预热装置上方设有下部热风机构。

3.根据权利要求1或2所述的高精度全自动BGA返修工作台，其特征是，所述基准底板两侧边的支柱上方分别上有Y轴，该Y轴内设有Y向马达、Y向滑轨、Y向滑轨丝杆；所述Y轴上方设有X轴，该X轴内设有X向马达、X向滑轨、X向滑轨丝杆；所述X向滑轨上方设有机头部机构。

4.根据权利要求1所述的高精度全自动BGA返修工作台，其特征是，所述机头固定座上设有贴装马达固定座、加热马达固定座、Z向滑轨、上部CCD视觉机构；其中贴装马达固定座、加热马达固定座上方分别固定有贴装马达和加热马达；所述贴装马达和加热马达下方分别设有丝杆固定座、丝杆，其中贴装马达和加热马达通过联轴器与丝杆相连；所述Z向滑轨设置在机头固定座下方，该Z向滑轨上分别设有贴装机构及上部加热机构，其中贴装机构及上部加热机构分别与丝杆连接。

5.根据权利要求1或4所述的高精度全自动BGA返修工作台，其特征是，所述装贴机构，包括贴装运动连接块、贴装连接板、上下调节座、调节支柱、调节固座、吸管微调座、拔叉固定套、拔杆固定圈、旋转马达、旋转马达固板、光电感应器、圆形感应器、旋转接头、旋转轴套、线性轴承、吸管、吸嘴固定套、吸嘴、旋转制动轮、同步皮带、旋转从动轮、感应限块；其中贴装运动连接块通过贴装连接板与吸管微调座连接；所述吸管上方设有旋转从动轮、感应限块、圆形感应器，吸管顶端设有旋转接头；所述调节固座上设有调节支柱，该调节支柱上设有可上下滑动的上下调节座，该上下调节座与光电感应器连接；所述吸管下方设有拔杆固定圈、吸嘴固定套、吸嘴，其中吸嘴固定在吸嘴固定套上；所述旋转马达固板下方设有旋转马达，该旋转马达上方设有旋转制动轮，所述旋转制动轮通过同步皮带与旋转从动轮相连。

6.根据权利要求1或4所述的高精度全自动BGA返修工作台，其特征是，所述上部加热机构，包括离心风机、加热运动连接块、L形连扳、发热筒连接板、加热风头、刻度圈、风机连扳、发热筒固板、发热筒、隔热板、外罩支撑板、感应安装板、发热滑轨、风咀、风机隔热板；所述加热运动连接块上设有发热滑轨，该发热滑轨与L形连扳连接；所述L形连扳连接在发热筒连接板一端，该发热筒连接板另一端与隔热板连接；所述隔热板上方与发热筒固板连接，该发热筒固板上设有风机隔热板；所述风机连扳固定在风机隔热板上，该风机隔热板上还设有离心风机，离心风机连接在风机连扳上；所述隔热板下方与加热风头连接，该加热风头处设有刻度圈、风咀。

7.根据权利要求1或4所述的高精度全自动BGA返修工作台，其特征是，所述上部CCD视觉机构，包括Y向调整轴、上下调整座、X向调整轴、上部摄像机、上部镜头、摄像机固板；所述Y向调整轴一端固定在上下调整座下方，该Y向调整轴另一端穿过调整座；所述X向调整轴穿过调整座并固定在摄像机固板上；所述上部摄像机连接在摄像机固板上，该上部摄像机前端设有上部镜头。

8.根据权利要求1所述的高精度全自动BGA返修工作台，其特征是，所述下部CCD视觉机构，包括下部CCD外罩、光源、光源撑件、下部镜头、下部摄像机、外罩固定条、固定下座、固定筋、摄像固定板、高清光学玻璃；所述CCD外罩内设有外罩固定条，并将其固定；所述固定下座上方设有摄像固定板，该摄像固定板通过固定筋与固定下座连接；下部摄像机连接在摄像固定板侧面，该下部摄像机顶端设有下部镜头；所述光源撑件固定在摄像机固定板处，该光源撑件上方设有光源、高清光学玻璃。

9.根据权利要求1所述的高精度全自动BGA返修工作台，其特征是，所述机身上罩右前方上至下设有显示器、显示器固定板、键盘放置板、显示器旋动轴、显示器旋动柱；其中显示器通过显示器固定板与键盘放置板连接，该键盘放置板底部设有一显示器旋动轴与显示器旋动柱连接，该显示器旋动柱与基准底板连接。