CN107041080B - 一种集成电子装联装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成电子装联装置，包括机架、X轴导轨、X轴丝杆、滑块、第一Y轴导轨、第二Y轴导轨、Y轴丝杆、Z轴可调机构、工作头夹持夹具、工作头、基准CCD摄像头、元件识别摄像头、触屏式控制面板、PCB板支撑平台、PCB板夹持器、升降杆和底座，该装置标配五个工作头：点膏头、点胶头、贴装头、热风焊接头和光学检测头，完全仿照传统SMT生产工艺工序，可以使拥有电子制造经验的人员无缝对接到本装置进行生产，通过本装置进行实践学习的人员也可以将知识迁移到传统SMT生产线。

Description

一种集成电子装联装置

技术领域

本发明涉及集成电子装联技术，特别是涉及一种集成电子装联装置。

背景技术

电子产品的大批量制造方法通常是由电子制造企业采用SMT(SurfaceMountingTechnology：SMT)生产线依照传统工艺流程加工完成，这种SMT生产线体通常包括锡膏印刷机、贴片机、插件机、回流焊炉、波峰焊炉、在线测试仪、自动光学检测仪等多台主体生产与检测设备依次排成一条线体，这种线体往往有几十米长，占有较大空间，造价极其昂贵，必须由多人同时操作，比较适用于大批量生产。针对小批量，多品种，生产柔性较大的电子产品就具有了明显的局限性。当前很多中小型企业或生产单位依然采用模仿大型加工企业组建SMT生产线体的方式，仅仅是选配造价低、性能低、功能与可靠性低的台式、半自动或全自动设备，这样的线体尽管长度有所缩短，占地面积有所降低，总体价格能大幅降低，但依然需要多个岗位，不能实现单人集成化制造。对于各个实验室，各大院校实验实训室以及个人工作室这种价格依然偏高。随着个性化电子产品的订制越来越频繁，更多的类似于数控加工中心的集成电子装联方法与装置将更能满足广大生产制造企业的需要，尤其是适合中小型企业，甚至微型企业。

新产品的研究与试制、小批量电子产品加工、电子产品的返修与返工、新型塑封元器件单元的制作以及各大中专院校实验实训室以及教学工厂开展电子产品制造的教学与生产实践活动等多个生产制造环节往往并需要整条生产线，由一个熟练的操作人员采用集成化的电子装联设备在一个较小的空间加工完成对生产单位来说往往是最佳选择。

发明内容

本发明的目的是，提供一种集成电子装联装置，以满足新产品的研究与试制、小批量电子产品加工、电子产品的返修与返工、新型塑封元器件单元的制作以及各大中专院校实验实训室以及教学工厂开展电子产品制造的教学与生产实践活动等多个生产制造环节的需要。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种集成电子装联装置，包括机架、X轴导轨、X轴丝杆、滑块、第一Y轴导轨、第二Y轴导轨、Y轴丝杆、Z轴可调机构、工作头夹持夹具、工作头、基准CCD摄像头、元件识别摄像头、触屏式控制面板、PCB板支撑平台、升降杆和底座，第一Y轴导轨和第二Y轴导轨固定设置在机架上且相互平行，第一Y轴导轨和第二Y轴导轨上分别设置一根Y轴丝杆，X轴导轨两端设有螺纹孔且与第一Y轴导轨和第二Y轴导轨上的Y轴丝杆构成了螺纹副，X轴导轨上设置一根X轴丝杆，滑块设有螺纹孔且与X轴丝杆构成螺纹副，Z轴可调机构固定设在滑块的下端，工作头夹持夹具由两块L型夹块组成，两块L型夹块的竖边的中间部分分别设有一个凹槽以及两个螺纹孔，凹槽内壁上设有抗震硅胶，两块L型夹块的竖边通过螺钉组合在一起且两者的凹槽合成六边形的安装槽以固定工作头，两块L型夹块的底边设有螺纹孔且通过可调螺钉安装在Z轴可调机构的下端，Z轴可调机构可调节工作头夹持夹具的高度，基准CCD摄像头固定设置在工作头夹持夹具上且向正下方摄像，基准CCD摄像头与触屏式控制面板连接，PCB板支撑平台设置在工作头夹持夹具的正下方且由升降杆的上端支撑，PCB板支撑平台上设有若干支撑销，支撑销用于支撑PCB板，升降杆的下端设置在底座上，所述底座是固定在机架的底部，所述元件识别摄像头设置在PCB板支撑平台上表面的边缘，所述机架上固定设有元器件料盒，工作头可移动到元器件料盒上方取器件。

进一步地，所述工作头是点膏头、点胶头、贴装头、热风焊接头、光学检测头任意一种，所述点膏头包括夹持部、活塞、腔体和喷嘴，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设圆柱形空腔，所述活塞活动设置在圆柱形空腔内且将空腔分为气室和储膏室，所述气室与一根气管连通，气管用于输入大于标准气压的压缩空气，储膏室与喷嘴连通；点胶头和点膏头结构相同；贴装头包括夹持部、腔体、中空的吸嘴杆和吸嘴，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设空腔且上端与一根气管连通，下端与吸嘴杆连通，吸嘴安装在吸嘴杆下端；热风焊接头包括夹持部、腔体、风扇、电热丝、热风管和热风喷头，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设空腔，风扇设置在空腔内的上部、电热丝设置在空腔内的下部，风扇与电热丝并联且由触屏式控制面板供电，光学检测头包括夹持部、腔体、CCD图像传感器和LED灯，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，CCD图像传感器和LED灯设置在腔体的下端且两者与触屏式控制面板连接。

进一步地，包括PCB板夹持器、红外探测器、电动输送带、继电器和开关按钮，所述电动输送带具有一固定架、传送轮、马达和传送带，所述传送带围绕传送轮旋转，所述传送轮由一马达驱动旋转，所述传送轮和马达安装在固定架上，所述固定架的上端面要高出传送带，所述PCB板支撑平台设置在电动输送带的正下方，所述PCB板夹持器设置在固定架上，当PCB板支撑平台上升时，PCB板支撑平台上的支撑销穿插传送带后支撑PCB板上升到顶，且与PCB板夹持器一起夹紧PCB板，所述电动输送带一端伸出机架的输入口，其另一端伸出机架的输出口，所述开关按钮与继电器的常闭触点串联且接入到马达的电源线路中，继电器的电磁端与触屏式控制面板连接，红外探测器具有三个，分别分布于电动输送带的固定架上的前、后、中三个位置，红外探测器与触屏式控制面板连接，红外探测器可采集PCB板位置信息传送给触屏式控制面板，触屏式控制面板根据PCB板位置控制继电器的开关，从而控制马达的通断电。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：标配五个工作头，完全仿照传统SMT生产工艺工序，可以使拥有电子制造经验的人员无缝对接到本装置进行生产，通过本装置进行实践学习的人员也可以将知识迁移到传统SMT生产线，面对新产品试验试制，电子产品的个性订制，大中院校电子制造类学生的实验实训，电子产品的返工返修等非大批量，多品种电子产品生产时，找传统SMT代工企业加工费事费力，且往往找不到愿意代工的企业，本装置可以很好的解决上述问题，由一个操作人员按照传统的生产工序依次加工，随时停机修正，且装置占地面积小，可成为一台帮助使用人员进行研究开发的帮手。

附图说明

图1所示为本发明的结构示意图。

图2所示为本发明中的工作头夹持夹具的结构示意图，其中，图2a是正视图，图2b是俯视图。

图3所示为本发明中的五种工作头的结构示意图，图中，图3a是点胶头的结构示意图，图3b是点膏头的结构示意图，图3c是贴装头的结构示意图，图3d是热风焊接头的结构示意图，图3e是光学检测头的结构示意图。

图4所述为本发明中的PCB支撑升降部分的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1参考图1-图4，一种集成电子装联装置，包括机架1、X轴导轨2、X轴丝杆3、滑块4、第一Y轴导轨5、第二Y轴导轨6、Y轴丝杆7、Z轴可调机构8、工作头夹持夹具9、工作头10、基准CCD摄像头11、元件识别摄像头12、触屏式控制面板13、PCB板支撑平台14、升降杆16和底座17，第一Y轴导轨5和第二Y轴导轨6固定设置在机架1上且相互平行，第一Y轴导轨5和第二Y轴导轨6上分别设置一根Y轴丝杆7，X轴导轨2两端设有螺纹孔且与第一Y轴导轨5和第二Y轴导轨6上的Y轴丝杆7构成了螺纹副，X轴导轨2上设置一根X轴丝杆3，滑块4设有螺纹孔且与X轴丝杆3构成螺纹副，Z轴可调机构8固定设在滑块4的下端，工作头夹持夹具9由两块L型夹块组成，两块L型夹块的竖边的中间部分分别设有一个凹槽以及两个螺纹孔，凹槽内壁上设有抗震硅胶，两块L型夹块的竖边通过螺钉组合在一起且两者的凹槽合成六边形的安装槽以固定工作头10，两块L型夹块的底边设有螺纹孔且通过可调螺钉安装在Z轴可调机构8的下端，Z轴可调机构8可调节工作头夹持夹具9的高度，基准CCD摄像头11固定设置在工作头夹持夹具9上且向正下方摄像，基准CCD摄像头11与触屏式控制面板13连接，PCB板支撑平台14设置在工作头夹持夹具9的正下方且由升降杆16的上端支撑，PCB板支撑平台14上设有若干支撑销14-1，支撑销14-1用于支撑PCB板，升降杆16的下端设置在底座17上，所述底座17是固定在机架1的底部，所述元件识别摄像头12设置在PCB板支撑平台14上表面的边缘，所述机架1上固定设有元器件料盒18，工作头10可移动到元器件料盒上方取器件。所述元器件料盒18根据元器件大小设置相应大小的空格，每个空格放置一个元器件。

本装置中的X轴导轨2、X轴丝杆3、第一Y轴导轨5、第二Y轴导轨6、Y轴丝杆7、滑块4和Z轴可调机构8构成了三维移动平台，其中，X轴丝杆3由一个X轴驱动电极旋转,Y轴丝杆7由一个Y轴电极驱动旋转，Z轴可调机构8是一个高度调节装置，该三维移动平台可带动工作头夹持夹具9在X轴方向\Y轴方向\Z轴方向进行移动，从而调整XYZ轴位置，工作头夹持夹具9带动工作头在PCB板上进行相应的工艺操作。

本装置标配五个工作头10，完全仿照传统SMT生产工艺工序，可以使拥有电子制造经验的人员无缝对接到本装置进行生产，通过本装置进行实践学习的人员也可以将知识迁移到传统SMT生产线，具体地，五种工作头10主要包括点膏头、点胶头、贴装头、热风焊接头、光学检测头。

这五种工作头10分别实现电子产品装配制造的五种基本工艺即：焊膏涂覆工艺、点胶工艺、元器件贴装工艺、共晶焊料焊接工艺以及光学检测工艺，按照电子产品装配工艺流程依次选择工作头10来完成上述工艺过程。

这五种工作头10主要按照传统电子产品生产工序来依次配备，本装置可以根据需要单独选择某一种工作头10，也可以组合选择。

在操作时，从点膏头、点胶头、贴装头、热风焊接头、光学检测头选择任意一种所需要的工作头10安装在工作头夹持夹具9上，工作头夹持夹具9由两块L型夹块组成，两块L型夹块的竖边的中间部分分别设有一凹槽以及两个螺纹孔，凹槽内壁上设有抗震硅胶，两块L型夹块的竖边通过螺钉组合在一起且两者的凹槽合成六边形的安装槽以固定工作头10，抗震硅胶可实现夹紧工作头不受振动影响，具有抗震作用，与之对应的，点膏头、点胶头、贴装头、热风焊接头和光学检测头均有六边形的夹持部，通过将夹持部安装在安装槽中以实现可拆卸地固定安装工作头。

本装置中的五种工作头的具体结构如下：所述点膏头包括夹持部10-1、活塞10-3、腔体10-2和喷嘴10-4，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设圆柱形空腔，所述活塞活动设置在圆柱形空腔内且将空腔分为气室和储膏室，所述气室与一根气管连通，气管用于输入大于标准气压的压缩空气，储膏室与喷嘴连通；点胶头和点膏头结构相同；贴装头包括夹持部、腔体、中空的吸嘴杆和吸嘴，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设空腔且上端与一根气管连通，下端与吸嘴杆连通，吸嘴安装在吸嘴杆下端；热风焊接头包括夹持部、腔体、风扇、电热丝、热风管和热风喷头，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设空腔，风扇设置在空腔内的上部、电热丝设置在空腔内的下部，风扇与电热丝并联且由触屏式控制面板13供电，热风管一端与腔体的下部连通，另一端设置热风喷头，光学检测头包括夹持部、腔体、CCD图像传感器和LED灯，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，CCD图像传感器和LED灯设置在腔体的下端且两者与触屏式控制面板连接，CCD图像传感器和LED灯的安装位置是CCD图像传感器在上，LED灯在下且光线向正下方PCB板支撑平台14上的PCB进行照射。

五种工作头的工作原理及使用方法如下：点膏头利用气压完成焊膏滴涂，通过气管吸入大于标准气压的压缩空气进入气室，推动活塞向下运动，将安装在储膏室中的锡膏向下推动，从锡膏喷嘴喷出，完成锡膏在PCB焊盘上的准确涂覆。点胶头的工作原理和点膏头类似，只是将储膏室换成储胶室，但是锡膏和贴片胶的流动性不同，贴片胶的流动性要远大于锡膏，从而对气管引入的空气压力要求较小，且二者的滴涂速度也不一样。贴装头的主要功能是实现元器件的拾取与贴放，通过给贴装头的吸嘴杆安装对应的吸嘴，利用气管引入负压空气，在吸嘴形成负压，将贴装头移动到元器件料盒中对应的元器件上方，通过元件识别摄像头使吸嘴的中心和待贴元器件的正中心完全重合，移动Z轴可调机构确保吸嘴能够进行元器件的吸附，保持负压恒定，将吸附有元器件的吸嘴移动到PCB上待贴焊盘的正上方，利用元件识别摄像头完成对中识别，撤掉负压空气改成轻微正压空气，完成元器件的贴放。元器件放置在位于本装置中的元器件料盒中，不同元器件放置在不同的格子里面，可以根据格子是否空缺随时添加元器件。基准CCD摄像头和元件识别摄像头形成的影像均可以通过触屏式控制面板显示出来，以便操作者直观观看。热风焊接头主要实现热风焊接，将热风焊接头移动到贴好元器件的PCB正上方，打开风扇叶从进风口引入外面常温风，当常温风经过电热丝时受到电热丝的加热变成热风，并被风扇源源不断吹进热风管，由热风喷头向PCB板喷出，从而确保适量的热风均匀地在PCB表面铺展开来，完成锡膏的热融化，并利用熔融焊膏和焊盘的表面张力形成元器件的自定位效应，确保元器件与焊盘完成焊接。光学检测头通过CCD和补光LED灯将组装中的元器件进行放大显示，并在触屏式控制面板中显示出来，无论是组装过程中元器件放置位置的检测还是焊点焊接缺陷的检测均可以通过本检测头完成检测，对可能出现的故障做到及时返工与返修，确保从本装置中取出的电子产品为合格品。

在上述技术方案的基础上，一种集成电子装联装置，包括PCB板夹持器15、红外探测器(20、21)、电动输送带19、继电器和开关按钮，所述电动输送带19具有一固定架、传送轮、马达和传送带，所述传送带围绕传送轮旋转，所述传送轮由一马达驱动旋转，所述传送轮和马达安装在固定架上，所述固定架的上端面要高出传送带，所述PCB板支撑平台设置在电动输送带的正下方，所述PCB板夹持器15设置在固定架上端面，当PCB板支撑平台上升时，PCB板支撑平台14上的支撑销14-1穿插传送带后支撑PCB板上升到顶，且与PCB板夹持器15一起夹紧PCB板，所述电动输送带19一端伸出机架的输入口22，其另一端伸出机架的输出口23，所述开关按钮与继电器的常闭触点串联且接入到马达的电源线路中，继电器的电磁端与触屏式控制面板连接，红外探测器具有三个，分别分布于电动输送带的固定架上的前、后、中三个位置，红外探测器与触屏式控制面板连接，红外探测器可采集PCB板位置信息传送给触屏式控制面板，触屏式控制面板根据PCB板位置控制继电器的开关，从而控制马达的通断电。

手动情况下，继电器常闭，马达的电源由开关按钮控制通断，因此电动输送带19由开关按钮手动控制。

由触屏式控制面板自动控制，首先按下开关按钮，前端红外探测器20探测到PCB放入电动输送带19时，触屏式控制面板不给继电器通电，继电器常闭，电动输送带19前进，后端红外探测器21测到PCB位于红外探测器前时，触屏式控制面板给继电器通电，电动输送带19停止且状态锁死，中部红外探测器探测到PCB位于红外探测器前时，触屏式控制面板给继电器通电，电动输送带19停止，这方便对空白PCB进行电子装联作业。

当PCB板从本装置左边输入口放置在电动输送带上时，通过按钮控制电动输送带启动带动PCB板进入本装置，在按钮关闭电动输送带停在本装置的中心位置，当完全全部电子元器件组装之后，通过按钮控制电动输送带带动PCB板传动皮带轮转动，从而引导传动皮带继续向右移动，并带出从本装置右边输出口带出PCB板。

当PCB板有通过输送带进入本装置并停在本装置的中间位置时，由PCB板支撑平台在气动的推动下升起升降杆，推动PCB支撑平台抬起，PCB板夹持器给PCB板一个向下的力，防止PCB板被顶出传动带，从而在两个力的作用下对PCB形成牢固的固定。所述PCB板夹持器是两个挡板，两块挡板平行地设置在固定架上且位于传送带两侧。

当一块PCB板通过进入本装置后，在PCB板支撑平台和基准CCD摄像头的综合作用下，可以确保使以后进入的每块PCB重复性地固定在标准位置，PCB板夹持器夹紧PCB板，操作人员根据工艺要求依次更换工作头，可单独使用一个工作头，也可以按照常用的组合方式进行更换，通过三维移动平台推动工作头移动到PCB板的正上方，完成焊膏涂覆、元器件抓取、元器件对中、贴放、热风焊接、光学检查等工序，从而实现一个电子产品的装联。在电子产品安装过程中可以在任意位置实行手动停止，校正，再次完成后续动作。也可以同一个动作一次完成多块PCB板，分别将经过涂覆、贴装、焊接和检测后的PCB分别放置在本装置旁边的周转箱中，从而实现多块PCB板同时组装。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种集成电子装联装置，其特征在于，包括机架、X轴导轨、X轴丝杆、滑块、第一Y轴导轨、第二Y轴导轨、Y轴丝杆、Z轴可调机构、工作头夹持夹具、工作头、基准CCD摄像头、元件识别摄像头、触屏式控制面板、PCB板支撑平台、升降杆和底座，第一Y轴导轨和第二Y轴导轨固定设置在机架上且相互平行，第一Y轴导轨和第二Y轴导轨上分别设置一根Y轴丝杆，X轴导轨两端设有螺纹孔且与第一Y轴导轨和第二Y轴导轨上的Y轴丝杆构成了螺纹副，X轴导轨上设置一根X轴丝杆，滑块设有螺纹孔且与X轴丝杆构成螺纹副，Z轴可调机构固定设在滑块的下端，工作头夹持夹具由两块L型夹块组成，两块L型夹块的竖边的中间部分分别设有一个凹槽以及两个螺纹孔，凹槽内壁上设有抗震硅胶，两块L型夹块的竖边通过螺钉组合在一起且两者的凹槽合成六边形的安装槽以固定工作头，两块L型夹块的底边设有螺纹孔且通过可调螺钉安装在Z轴可调机构的下端，Z轴可调机构可调节工作头夹持夹具的高度，基准CCD摄像头固定设置在工作头夹持夹具上且向正下方摄像，基准CCD摄像头与触屏式控制面板连接，PCB板支撑平台设置在工作头夹持夹具的正下方且由升降杆的上端支撑，PCB板支撑平台上设有若干支撑销，支撑销用于支撑PCB板，升降杆的下端设置在底座上，所述底座是固定在机架的底部，所述元件识别摄像头设置在PCB板支撑平台上表面的边缘，所述机架上固定设有元器件料盒，工作头可移动到元器件料盒上方取器件；

所述工作头是点膏头、点胶头、贴装头、热风焊接头、光学检测头任意一种，所述点膏头包括夹持部、活塞、腔体和喷嘴，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设圆柱形空腔，所述活塞活动设置在圆柱形空腔内且将空腔分为气室和储膏室，所述气室与一根气管连通，气管用于输入大于标准气压的压缩空气，储膏室与喷嘴连通；点胶头和点膏头结构相同；贴装头包括夹持部、腔体、中空的吸嘴杆和吸嘴，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设空腔且上端与一根气管连通，下端与吸嘴杆连通，吸嘴安装在吸嘴杆下端；热风焊接头包括夹持部、腔体、风扇、电热丝、热风管和热风喷头，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，腔体内设空腔，风扇设置在空腔内的上部、电热丝设置在空腔内的下部，风扇与电热丝并联且由触屏式控制面板供电，光学检测头包括夹持部、腔体、CCD图像传感器和LED灯，夹持部的外形是六边形且设置在腔体上端，CCD图像传感器和LED灯设置在腔体的下端且两者与触屏式控制面板连接。

2.如权利要求1所述的一种集成电子装联装置，其特征在于，包括PCB板夹持器、红外探测器、电动输送带、继电器和开关按钮，所述电动输送带具有一固定架、传送轮、马达和传送带，所述传送带围绕传送轮旋转，所述传送轮由一马达驱动旋转，所述传送轮和马达安装在固定架上，所述固定架的上端面要高出传送带，所述PCB板支撑平台设置在电动输送带的正下方，所述PCB板夹持器设置在固定架上，当PCB板支撑平台上升时，PCB板支撑平台上的支撑销穿插传送带后支撑PCB板上升到顶，且与PCB板夹持器一起夹紧PCB板，所述电动输送带一端伸出机架的输入口，其另一端伸出机架的输出口，所述开关按钮与继电器的常闭触点串联且接入到马达的电源线路中，继电器的电磁端与触屏式控制面板连接，红外探测器具有三个，分别分布于电动输送带的固定架上的前、后、中三个位置，红外探测器与触屏式控制面板连接，红外探测器可采集PCB板位置信息传送给触屏式控制面板，触屏式控制面板根据PCB板位置控制继电器的开关，从而控制马达的通断电。

3.如权利要求2所述的一种集成电子装联装置，其特征在于，所述PCB板夹持器是两个挡板，两块挡板平行地设置在固定架上且位于传送带两侧。

4.如权利要求1所述的一种集成电子装联装置，其特征在于，所述元器件料盒根据元器件大小设置相应大小的空格，每个空格放置一个元器件。