CN105856437A - 一种片式电子元件高速智能切割机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子元件制造装备领域的一种片式电子元件高速智能切割机，包括机体结构、载台、检测定位机构、切割机构和控制系统；在载台左右两侧，设置包括真空吸盘、传送电机和巴块仓的送料机构和收料机构，在巴块仓底部设有电动顶杆；载台下部连接为承载板，在载台和承载板中间连接处，设有可以让载台相对于承载板转动的DD直驱伺服转动机构，承载板下面设置可以令承载板前后直线移动的直线驱动伺服电机；检测定位机构为CCD检测仪，其设有能带动CCD移动、寻找巴块标记点并自动对焦的电机；设置自动送料和收料机构，替代人工操作，提高产品质量，CCD检测仪、DD直驱伺服转动机构和直线驱动伺服电机实现自动对位检测，检测准确，智能识别，切割精度高，可切割小尺寸产品。

Description

一种片式电子元件高速智能切割机

技术领域

本发明涉及电子元件制造装备领域，具体是指片式电子元件高速智能切割机。

背景技术

电子产品品种越来越多，功能日益强大，体积越来越小。这就要求制造电子产品的主要电子元件如电容、电阻、电感、传感器等，体积要尽量小，可靠性要尽量高。目前，只有片式陶瓷电子元件才能同时满足上述要求，陶瓷电子元件经过1000°C以上高温煅烧，其绝缘性、耐热性、耐久性及其他方面的均呈现优异性能。因此，片式陶瓷电子元件的制造、销售和使用得到蓬勃的发展。

生产片式陶瓷电子元件的过程为：

1、将电子陶瓷粉料加入粘合剂和溶剂，经过分散成为可流动性的陶瓷浆料；

2、陶瓷浆料经过钢带流延机或者PET薄膜流延机，流延干燥成陶瓷膜片，厚度为5-30μm；

３、将数张陶瓷膜片组成的底保护层，用压力固定在载板即不锈钢板上，印刷内电极，再人工压上第二张陶瓷膜片，再印刷电极，直至达到需要的层数，最后压上由数张陶瓷膜片组成的面保护层；

４、经过高压静水压的层压成为结实的巴块，然后用切割机进行切割，最后用将电子元件生坯从不锈钢板上分离；

５、电子元件生坯经过1000℃以上的高温烧结后，进行抛光、上端电极、电镀，成为成品。

上述第4步提到的切割机，即本发明涉及到的切割机。上述提及的巴块，其上层为未切割的电子元件生坯，下层为不锈钢板，两层经过高压静水压层压后，紧密结合在一起的物体，行业内统一称为巴块。

现有技术陶瓷膜片切割机采用伺服电机、丝杆和导轨组成传动系统，在高速传送与定位过程中丝杆会有以下不良现象：响声大、易磨损、传送丝杆螺母压力变化、丝杆直线度变化造成传送阻力变化会影响传送力矩和速度，造成切割精度的下降，无法切割小尺寸片式陶瓷电子元件，如0201，0402产品，0201即长宽高为0.5╳0.25╳0.25mm,0402即长宽高为1.0╳0.5╳0.5mm。现有技术陶瓷膜片切割机是由伺服电机的转动，带动丝杆转动，驱动吸附巴块的载台，沿着导轨进行直线运动，切割机上的切刀，依次对巴块进行一刀一刀的切割，切割完X轴，巴块和载台转动90度，进给到切刀下，继续切割Y轴，直到全部切割完成。巴块和载台的前进和后退，均由电机的转动转变为载台直线运动来完成。

现有技术陶瓷膜片切割机，其送料和收料，采用人工操作，巴块很难整齐对位，切割精度下降，效率低。

现有技术陶瓷膜片切割机，其检测定位机构中的摄像机，其摄像头没有自动调整和自动对焦功能，也降低了切割精度，容易出现切错切割线的问题，错误的切割是：对位时，切割刀左边对准巴块左边第一条切割线，而切割刀右边则对准巴块右边第二条切割线，这样切割下来，整个巴块数千只产品，无一合格，全部作废。

从国家专利网查询到的专利：片式多层陶瓷电容电感切割机，专利号2003101077178，公告号CN 1260049 C,介绍了一种由机床架、承载板、切刀机构、摄像装置和控制系统构成的切割机，其为人工送料，摄像装置没有自动对焦、自动寻找巴块标记点功能，承载板的前进后退使用普通的伺服电机，达不到高切割精度，切割小尺寸产品的能力。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种自动化、实用、效率高、误判率低的一种片式电子元件高速智能切割机。

本发明的目的：提高切割定位精度要求高、切割厚度要求大、切割速度高、变形小的问题，可适应小规格产品切割如0201、0402尺寸产品。

本发明使用的技术方案如下：

一种片式电子元件高速智能切割机，包括机体结构、载台、检测定位机构、切割机构和控制系统，载台内部设有真空通道，在所述载台左右两侧，还分别设置包括真空吸盘、传送电机和巴块仓的送料机构和收料机构，在巴块仓底部的机体结构中，设有可令巴块上下移动的电动顶杆；所述载台下部连接承载板，在载台和承载板连接处内部，设有可以让载台相对于承载板转动一定角度的DD直驱伺服转动机构，承载板下面设置可以令承载板前后直线移动的直驱机构，直驱机构采用磁悬浮结构的直线驱动伺服电机；所述检测定位机构为左右设置的两组CCD检测仪，CCD检测仪设有能带动CCD移动、寻找巴块标记点并且自动对焦的电机；所述切割机构包括刀座机构和切割电机，所述刀座机构采用由刀座、切割刀、导向柱、导柱轴承、夹刀块、护刀块、弹簧机构构成的一体化结构，护刀块相对于夹刀块可移动。

所述切割刀为双刃刀口，即刀口截面为Ｖ形；所述控制系统为工业计算机，工业计算机与CCD检测仪、DD直驱伺服转动机构、直线驱动伺服电机、切割机构、送料和收料机构电连接；所述机体结构为铸造的框架结构。

设置电动顶杆的目的，是缩短送料机构和收料机构的真空吸盘的行程，减少送料和收料的时间，提高效率。

切割时，护刀块下降压住巴块，然后切割刀下切、升起，最后护刀块升起，载台和承载板向前位移一定距离后停止，护刀块再下降压住巴块，切割刀下切、升起，最后护刀块升起，进入下一个切割循环。

使用双刃刀口，切割时刀口两边的电子元件受力均匀，切割整齐划一。

本发明有如下特点：

１、具备巴块（29）自动送料传送功能及切割后自动收料功能；通过采用电机传送控制，实现更优的加速、恒速、减速阶段控制使巴块运行平稳，运行时间达到最优；

２、采用DD直驱伺服转动机构控制巴块的角度调整，DD直驱伺服转动机构，控制系统内藏高精度编码系统，具有定位精度高、平稳、静声、速度快；

３、采用铸件框架减振机构，吸收切割过程产生的振动，切割性能稳定；

４、采用CCD高速摄像定位机构进行检测定位，通过电机带动CCD根据切割标记实时调整位置，自动采集定位标记图像及自动定位切割数据，智能识别图像，响应速度快，定位精度高。

５、采用直驱伺服电机系统驱动切割载台高速精密传送的切割方式，响应速度快,定位精度高。本发明采用的直线伺服电机是由动子和定子组成，采用磁悬浮原理传送，动子与定子间保持一定间隙，具有以下优点：传送声小、不磨损、传送平稳、高速、定位准确、一致性高；

６、采用双刃刀片直动切割方式，双刃刀片通过设计两级斜度，能有效的减少切入产品时对产品挤压力和挤压变形、崩裂现象，切割缝隙窄、切割阻力小、切割厚度大。多刃刀口设计可实现切厚产品；

7、采用半穹形三色光源，设计专用的半穹形三色光源，光源灯珠由红、绿、蓝三色组成，设置了多路独立控制电路，可单独控制各向光的强弱，可适应不同机体材料的清晰图像采集。光源主要由光源外壳、光源内壳和光源灯珠组成。

本发明的有益效果是：

1、全自动切割功能，自动送料和自动收料功能，能减少人工操作，提高产品质量，运行平稳，运行时间达到最优；有效解决目前生瓷片切割工序一人一机、管理难、劳动强度高的问题；

2、高精度定位结构：采用直线驱动伺服电机控制载台切割过程的精确移动,载台采用真空吸附方式对产品吸附固定，响应速度快,定位精度高，相对目前丝杆传动的切割机在速度上提高40%以上，噪声降低10分贝以上，使用寿命提高近10倍；

3、一体化刀夹结构，采用由夹刀块和护刀块组成一体化结构，护刀块与导向柱连接，通过导向柱与导柱轴承相互移动，使护刀块相对于夹刀块可移动。切割时, 护刀块起到压住被切巴块,使切割刀切割后易于从被切巴块脱离。具有各规格更换快速，可独立检验，切割一致性好，相对更换刀片的换刀方式可降低20%换刀停机时间，消除刀片安装失误，可靠性提高；

4、全自动精准对位检测，通过电机带动CCD移动自动调整焦距定位检测标记点，实现自动对位检测，检测准确，智能识别；

5、双刃刀可实现切割厚度达到5mm，比现有技术提高66%以上，也可延伸设计多刃刀实现更厚的巴块，适应更多类别生陶瓷产品切割需求；

6、设备正常运行后可实现1人管5台设备，单台生产效率提高一倍，合格率提高10%,实现最小规格0.5╳0.25╳0.25mm的切割。

附图说明

图1为片式电子元件高速智能切割机示意图。

图2为送料机构和收料机构示意图。

图3为CCD高速智能检测定位机构示意图。

图4为图1中B-B剖视示意图。

图5为图4中未切割巴块示意图。

图6为切割刀座机构在本发明中的位置示意图。

图7为图6中切割刀座机构放大示意图。

图8为图7中A-A剖视示意图。

图9为片式电子元件高速智能切割机立体示意图。

图10为DD直驱伺服转动机构和承载板直驱机构立体放大示意图。

图11为本发明与现在技术设备的技术经济指标对比表。

图12为右CCD检测仪放大示意图。

图13为图12中光源立体放大图。

图14为切割刀座机构放大示意图。

图15为图14中C-C剖视示意图。

图16为图9中承载板直驱机构即磁悬浮结构的直线驱动伺服电机放大示意图。

图中 1—机体结构，2—切割机构，3—承载板，4—送料机构，5—收料机构，6—操作屏，7—左CCD检测仪，8—右CCD检测仪，9—载台，10—承载板直驱机构，11—未切割巴块，12—已切割X轴巴块，13—切割完成巴块，14—正确切割线，15—错误切割线，16—巴块标记点，21—刀座机构，22—切割电机，23—刀座，24—夹刀块，25—护刀块，26—切割刀，27—弹簧机构,28—巴块盒,29—巴块，30—电动顶杆, 31—滚珠导套，33—DD直驱伺服转动机构，41—送料机构传送电机，51—收料机构传送电机，81—传感器，82—CCD镜头，83—电机，84—光源，85—角度调整块，86—高度调整块，87—光源内壳，88—光源外壳，89—光源灯珠，101－动子，102－定子。

具体实施方式

图1为片式电子元件高速智能切割机示意图。包括机体结构1、载台9、检测定位机构、切割机构2和控制系统，以及操作屏6，载台9内部设有真空通道，在载台9左右两侧上方，设置送料和收料机构5，见图2，送料和收料机构5设有真空吸盘和送料收料传送电机，在真空吸盘下方，设置用于存取巴块29的巴块仓，在巴块仓底部的机体结构1中，设有令巴块29上下位移的电动顶杆30，见图4、5，载台9下部连接承载板3，在载台9和承载板3连接处，设有可以让载台9相对于承载板3转动180度的DD直驱伺服转动机构33，承载板3下面设置可以令承载板3前后直线移动的直驱机构10，直驱机构10采用磁悬浮结构的直线驱动伺服电机。

检测定位机构为左右设置的两组CCD检测仪，见图3，CCD检测仪设有能带动CCD移动、寻找巴块29标记点并且自动对焦的电机。

切割机构2包括刀座机构21和切割电机22，见图6、7、8，刀座机构21采用由刀座23、切割刀26、夹刀块24、护刀块25、弹簧机构27构成的一体化结构，护刀块25相对于夹刀块24可移动。

切割刀26为双刃刀口，即刀口截面为Ｖ形；控制系统与CCD检测仪、直驱机构10、切割机构2、送料和收料机构5电连接（图中未示出）；所述机体结构1为铸造的框架结构，使用时牢固不振动。

本发明的工作过程：

1、人工将待切割的巴块29放进本发明左侧巴块仓；

2、电动顶杆30将巴块29往上顶到上传感位置，送料机构4的真空吸盘下降，吸住巴块29，升高，右移至载台9上，下降载台9，放下巴块29，载台9真空吸住巴块29；

3、载台9和巴块29在直驱机构10作用下前进，进入刀座机构21下面；

4、CCD检测仪自动移动、寻找巴块29标记点并且自动对焦，载台9和巴块29在控制系统指挥直驱机构10作用下前进到位，停止；

5、刀座机构21下降，切割刀26对准巴块29左右标记点下面的第一条切割线，护刀块25下降压住巴块29，然后切割刀26下切、升起，最后护刀块25升起，载台9和承载板3向前位移一定距离后停止，护刀块25再下降压住巴块29，切割刀26下切、升起，进入下一个切割循环，直到切割完成全部X轴切割线；

6、巴块29、载台9和承载板3在直驱机构10作用下后退，巴块29和载台9在DD直驱伺服转动机构33作用下转动90度换向，巴块29、载台9和承载板3在控制系统指挥直驱机构10作用下前进，CCD检测仪移动、寻找巴块29标记点并且自动对焦，载台9和巴块29在控制系统指挥直驱机构10作用下前进到位，停止；

7、刀座机构21下降，切割刀26对准左右标记点下面的第一条切割线，护刀块25下降压住巴块29，然后切割刀26下切、升起，最后护刀块25升起，巴块29、载台9和承载板3向前位移一定距离后停止，护刀块25再下降压住巴块29，切割刀26下切、升起，进入下一个切割循环，直到切割完成全部Y轴切割线；

8、巴块29、载台9和承载板3在直驱机构10作用下后退，到位后停止，关闭载台9真空系统，收料机构5的真空吸盘移动至载台9和巴块29上方，下降，吸住巴块29，上升，右移，下降，电动顶杆30往上顶，迎接巴块29，将已经切割完成的巴块29放进右边的巴块仓，人工将巴块仓中全部巴块29取出，本发明的全部工作完成。

本发明主要技术参数：

（1）自动上下料功能：效率比人工提高5-7倍，过去一人只可以操作2-3台机器，提高至一人可以操作10-20台机器；

（2）切割标记线自动检测定位功能：解决了切错切割线，巴块（29）报废问题，见图5：错误的切割线和正确的切割线；

（3）Y轴重复定位精度±0.01mm；

（4）切割巴块最大尺寸:220mm╳220mm；

（5）最快切割速度≥2刀/s(巴块厚度≤3mm,切割间距为1mm)。

本发明的研制成功，有效提升国内基于视觉系统的全自动切割机的制造技术，将促进设备国产化和元件小型化的发展。

本发明图4、5表现的巴块29上的切割线，为方便理解，采用超宽布置，实际上若切割0201产品，切割线宽度为：X轴0.5mm,Y轴0.25mm，在附图上表现出来的是一片灰黑色，无法理解及解决问题。

本发明自主开发的软件已取得软件著作权。

本发明与现在技术设备的技术经济指标对比表，见图11。

Claims (3)

1.一种片式电子元件高速智能切割机，包括机体结构（1）、载台（9）、检测定位机构、切割机构（2）和控制系统，载台（9）内部设有真空通道，其特征在于：在所述载台（9）左右两侧，还分别设置包括真空吸盘、传送电机和巴块仓的送料机构（4）和收料机构（5），在巴块仓底部的机体结构（1）中，设有可令巴块（29）上下移动的电动顶杆（30）；所述载台（9）下部连接承载板（3），在载台（9）和承载板（3）连接处内部，设有可以让载台（9）相对于承载板（3）转动一定角度的DD直驱伺服转动机构（33），承载板（3）下面设置可以令承载板（3）前后直线移动的直驱机构（10），直驱机构（10）采用磁悬浮结构的直线驱动伺服电机；所述检测定位机构为左右设置的两组CCD检测仪，CCD检测仪设有能带动CCD移动、寻找巴块（29）标记点并且自动对焦的电机；所述切割机构（2）包括刀座机构（21）和切割电机（22），所述刀座机构（21）采用由刀座（23）、切割刀（26）、夹刀块（24）、护刀块（25）、弹簧机构（27）构成的一体化结构，护刀块（25）相对于夹刀块（24）可移动。

2.根据权利要求1所述的一种片式电子元件高速智能切割机，其特征在于：所述切割刀（26）为双刃刀口，即刀口截面为Ｖ形。

3. 根据权利要求1所述的控制系统为工业计算机与CCD检测仪、DD直驱伺服转动机构、直线驱动伺服电机、切割机构（2）、送料和收料机构（5）电连接；所述机体结构（1）为铸造的框架结构。