CN107592787A - 用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，包括底座、张紧机构、光栅传感器和塑料光栅尺；底座固定在定位装置固定座，底座可以是长条形，如“工字钢”沿轴向剖开一半、两侧卷起的形状；光栅传感器固定在运动装置上，光栅传感器上有一个传感器槽，工作过程中传感器槽始终沿着塑料光栅尺运动，塑料光栅尺固定在张紧机构上，张紧机构使塑料光栅尺保持紧绷状态，使塑料光栅尺发挥作用。

Description

用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置

技术领域

本发明属于表面贴装(SMT)领域，具体涉及一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置。

背景技术

目前在SMT生产线中，贴片机配置在点胶机或丝网印刷机之后，是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。全自动贴片机是用来实现高速、高精度地全自动地贴放元器件的设备，是整个SMT生产中最关键、最复杂的设备。

对于全自动贴片机的核心竞争力主要有贴装速度；贴装精度；贴装尺寸；适用的元器件种类。

目前提高贴装速度的方法主要有以下3种方法：

1、使用大扭矩的步进电机控制运动系统。优点：操作简单；成本低。缺点：无法确定电机运动状态，贴装质量不好保证；电机加大后负载增加，对后一级驱动电机扭矩要求增加，

2、使用伺服电机控制运动系统。优点：伺服电机有高速，高精度的特点，可提升贴装速度。缺点；成本高，超出步进电机10多倍。

3、利用带编码器的步进电机替代普通步进电机。优点：开发难度低，只需购买相应产品替换；有反馈不会导致电机失步，可实现高速贴装。缺点：价格普通步进电机的3-5倍，成本增加比较明显；

目前提高贴装精度的方法主要有以下3种方法：

1、使用高精度的传动系统，例如使用伺服电机配高精度的滚珠丝杆和线轨滑块。优点：开发成本低，均为现有器件，只需按需求搭建：有高精度，高负载的特点，可以实现高精度贴装。缺点:成本很高，一般小型用户承受不起。

2、利用带编码器的步进电机替代普通电机。优点：开发难度低，只需购买相应产品替换；有反馈不会导致电机失步，可以实现较高精度贴装。缺点：价格普通步进电机的3-5倍，成本增加比较明显；要实现高精度贴装对传动机构要求较高，因为此电机的精度只能反应电机的精度而不是贴装头的位置精度。

3、外加位置传感器。目前，SMT贴片机上使用的位移传感器有圆光栅编码器、磁栅尺和光栅尺。

圆光栅编码器：通常圆光栅编码器的转动部位上装有两片圆光栅，圆光栅是由玻璃片或透明塑料制成，并在片上镀有明暗相间的放射状铬线，相邻的明暗间距称为一个栅节，整个圆周总栅节数为编码器的线脉冲数。铬线数的多少，也表示其精度的高低，显然，铬线数越多，其精度越高。其中一片光栅固定在转动部位做指标光栅，另一片则随转动轴同步运动并用来记数，因此，指标光栅与转动光栅组成一对扫描系统，相当于记数传感器。

编码器在工作时，可以检测出转动件的位置、角度、及角加速度，它可以将这些物理量转换成电信号，传输给控制系统，控制系统就可以根据这些量来控制驱动装置，因此，圆光栅编码器通常装在伺服电机中，而电机直接与滚珠丝杆相连。

贴片机在工作时，将位移量转换为编码信号，输入编码器中，当电机工作时，编码器就能记录丝杆的旋转度数，并将信息反馈给比较器，直至符合被测线性位移量，这样就将旋转运动转换成了线性运动，保证贴片头运行到所需位置上。

采用圆光栅编码器的位移控制系统结构简单，抗干扰性强，测量精度取决于编码器中光栅盘上的光栅数及滚珠丝杠导轨的精度。

磁栅尺：磁栅尺由磁栅尺和磁头检测电路组成，利用电磁特性和录磁原理对位移进行测量。磁栅尺是在非导磁性标尺基础上采用化学涂覆或电镀工艺沉积一层磁性膜(一般10-20微米)，在磁性膜上录制代表一定长度具有一定波长的方波或正弦波磁轨迹信号。磁头在磁栅尺上移动和读取磁信号，并转变成电信号输入到控制电路，最终控制AC伺服电机的运行。通常磁栅尺直接安装在X，Y导轨上。磁栅尺的优点是制造简单，安装方便，稳定性高，量程范围大，测量精度高达1-5微米。一般高精度自动贴片机采用此装置。贴片精度一般在0.02毫米。

光栅尺：该系统同磁栅尺系统类似，它由光栅尺、光栅读数头与检测电路组成。光栅尺是在透明玻璃或金属镜面上真空沉积镀膜，利用光刻技术制作密集条纹(每毫米100-300条纹)，条纹平行且距离相等。光栅读数头由指示光栅、光源、透镜及光敏器件组成。指示光栅有相同密度的条纹，光栅尺是根据物理学的莫尔条纹形成原理进行位移测量，测量精度高，一般在0.1-1微米。无论是圆光栅编码器、磁栅尺和光栅尺，成本投入均较大。

提高贴装头的速度的具体方案:

贴片机的贴装速度的短板是在贴装头的移动速度上，在运用步进电机的贴片机中，贴装头的运动速度主要取决于步进电机的加速度。

在使用无反馈步进电机的时候存在一个问题，贴装头的实际位置是用步进电机的步数确定的，当步进电机的加速在其最大值时，很容易导致步进电机失步，此时机器无法确定贴装头的实际位置，所以需要重新校准贴装头的位置，否则贴片机就无法正常工作，而重新校准需要花费大量时间。所以在实际应用中，会给电机预留一部分余量确保电机不失步，此方案就限制了电机的性能，降低了贴装头的移动速度。

当加了光栅以后，贴装头的实际位置是通过采集到的光栅值确定的，电机只是提供动力，这种状况下电机失步以后，也不会对实际贴装造成影响，所以在使用步进电机的时候可以将步进电机的加速设置得更高，从而提升贴装头的移动速度实现贴装效率的提升。

本发明主要是为了提高贴装速度和提高贴装精度。

发明内容

基于目前圆光栅编码器、磁栅尺编码器和光栅尺编码器在使用时成本高的问题，本发明在不损害贴装速度和精度的前提下，通过采用塑料光栅尺替代圆光栅、磁光栅等，可以大大降低表面贴装的成本。

具体的技术方案是，一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，包括底座、张紧机构、光栅传感器和塑料光栅尺；底座固定在定位装置固定座，底座可以是长条形，如“工字钢”沿轴向剖开一半、两侧卷起的形状，也可以是有一个固定座，通过固定的轴往两侧延伸；光栅传感器固定在运动装置上，光栅传感器上有一个传感器槽，工作过程中传感器槽始终沿着塑料光栅尺运动，塑料光栅尺固定在张紧机构上，张紧机构使塑料光栅尺保持紧绷状态，这样才能使塑料光栅尺发挥作用。

上述光栅传感器固定在运动装置上，此处的运动装置是指可以带动贴装头一起运动的装置。例如贴片机的结构是分X轴、Y轴、Z轴，Z轴在贴装头上，贴装头可以在X轴或者Y轴上运动，比如说是在X轴上运动，那么X轴可以在Y轴上运动，Y轴相对于底座是固定不动的，这里的运动装置就是X轴和贴装头。

塑料光栅尺上有均匀分布的明暗相间的条纹，当光线通过这些条纹的时候光栅的另一边的传感器就会检测到明暗变化的光线，传感器检测到以后并将信息传给处理器，光线明暗变化一次传感器和光栅相对移动的距离是不变的，处理器会将“变化次数”和“距离”的乘积计算出来，这个值就是贴装头移动的距离(此距离记为d1)，工作过程中，贴装头的下个位置点和此时贴装头的位置点的距离(此距离记为d2)是处理器已经算好的。在运动过程中实时对比“d1”和“d2”当“d1”和“d2”相等时即为贴装头运动到目标位置点，此时锁死步进电机，再进行贴装的贴装工作，这样就实现了用塑料光栅尺定位贴装头。本发明采用常见的塑料光栅尺替代圆光栅、磁光栅尺、玻璃光栅尺等作为位置传感器的比对标准，可以极大的节约成本。目前市场上常见的塑料光栅尺型号有120LPI、150LPI、180LPI、200LPI、360LPI，均适用于本发明。

优选的是，底座为长条形，类似于工程中常见的“工”字钢沿轴向剖开且两侧如卷起的翼，这种卷起的侧边是有其特殊功能的，能够加强整体结构的强度。张紧机构由两个模块组成，分别连接在底座轴向的两端，所述塑料光栅尺通过所述两个模块进行固定。所述两个模块分别为张紧模块和张紧调节模块，所述张紧模块由张紧块、固定块、固定螺钉组成，所述张紧调节模块由张紧调节块、固定块、固定螺钉组成，所述张紧模块通过弹性材料活动连接在底座上。

张紧模块通过弹性材料连接在底座上，可以把张紧模块上的连接位置设计得比底座的连接位置略高，这样弹性材料既可以实现拉紧张紧模块，使塑料光栅尺保持紧绷状态，还可以使张紧模块压紧在底座上。

进一步，弹性材料可以是弹簧、弹片或钢丝。

优选的是，在张紧调节模块那一端，塑料光栅尺固定在固定块上，固定块通过固定螺钉固定连接在张紧调节块上，在所述底座轴向开设有长方形槽，所述张紧调节模块通过固定螺钉穿过所述长方形槽固定在底座上，所述张紧调节模块在所述底座上置可通过调整穿过长方形槽的螺钉的位置进行调节。实际应用中，固定螺钉的直径约为3.9mm，槽宽为4mm左右，长方形槽的长度大约为10mm，当然长度可以取适中，长于或者适于10mm均是可以的。

进一步，所述塑料光栅尺与所述张紧模块的连接方式是：所述塑料光栅尺连接在所述固定块上，通过固定螺钉进行固定在所述张紧块上。

优选的是，张紧机构为一块长条形平面板，所述塑料光栅尺粘贴在所述长条形平面板上，其粘贴的部分为塑料光栅尺沿轴向方向的一部分。

进一步，张紧机构为两块长条形平面板，塑料光栅尺被两块长条形平面板压紧，两块长条形平面板通过固定螺钉进行紧固，其压紧的部分为塑料光栅尺沿轴向方向的一部分。这两种固定方塑料光栅尺的方式，同样可以达到作用。

长条形平面板材质可以有以下几种选择：铝合金、玻璃、铜合金、不锈钢、碳素结构钢、大理石或者其他可以实现功能的材料。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、将塑料光栅尺运用在贴片机上可以实现高精度定位贴装头，定位精度可在正负0.02mm以内。

2、塑料光栅尺及其传感器的成本低，如果用普通玻璃光栅或磁栅方案替代的话成本将会上升十几倍，在运动精度要求高的又普及的机器中使用非常合适。

3、在一些安装方式上，利用了两点之间直线最短的基本原理，确定塑料光栅尺的安装是利用两端拉紧的方式，这样的安装方式不需要加工长距离的安装平面，只需要调整好左右安装点即可，极大得降低了加工要求，节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是对本发明的实施例的描述，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据技术方案进行简单变形或者名称变化，或者是采取惯用手段，也可以实现发明目的。

图1：一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置

图2：一个张紧机构的结构示意图

图3：弹性钢丝固定张紧机构的结构示意图

图4：定位装置与贴装机之间的位置关系

图5：传感器槽示意图

图6：用两块长条形平面板固定塑料光栅尺的张紧机构

1-底座，2-张紧调节块；3-固定块；4-固定螺钉；5-塑料光栅尺；6-光栅传感器；7-张紧块；8-弹性钢丝；9-传感器槽；10-压紧套；11-底座安装孔；12-X轴塑料光栅尺；13-Y轴塑料光栅尺；14-张紧块安装孔；15-长方形槽；16-压条

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

如图1至5所示，本实施例提供了一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置。一个贴装头，包括沿X轴和Y轴定位两套定位装置，因此具有X轴塑料光栅尺12和Y轴塑料光栅尺13。每一套定位装置包括底座1、张紧机构、光栅传感器6和塑料光栅尺5，光栅传感器具有传感器槽9；张紧机构由张紧调节块2、固定块3、固定螺钉4组成，固定螺钉4通过底座1上的螺钉孔，将张紧调节块2固定在底座1上；底座1固定在定位装置固定座上，底座1呈长条形，如“工”字钢沿轴向剖开的形状，两侧具有折起的边，两侧卷起的边具有以下的功能：1、折起的边相对于加强筋可以使底座强度更好，不容易变形；2、两边的折边形成的U型槽作为张紧块的滑动槽；3、折起的边可以保护光栅尺，操作过程中，其它物体不容易碰到光栅尺；4、可以防尘；5、安装在贴片机上的时候U型槽的边可以作为定位边，使得装配更加精准。

通过弹性钢丝8连接张紧调节块7，塑料光栅尺5固定在固定块3上，通过固定螺钉4将固定块3固定在张紧调节块2上，张紧调节块2可以在底座1上产生一个与塑料光栅尺5张紧相反的弹力，可以将塑料光栅尺5拉紧；光栅传感器6固定连接在贴装头上，塑料光栅尺5固定在张紧机构上，张紧机构使塑料光栅尺保持紧绷状态，这样才能使塑料光栅尺发挥作用，传感器槽9穿过塑料光栅尺5，如图5所示。

如图2所示，张紧机构由两个模块组成，这两个模块分别固定在底座的两端，一端为张紧调节模块，通过固定螺钉固定在底座1上，张紧调节模块是由张紧调节块2、固定块3、固定螺钉4组成，塑料光栅尺5固定在固定块3上，通过固定螺钉4将固定块3固定在张紧调节块2上，在底座1的底边具有长方形槽15，通过固定螺钉4将张紧调节块2固定在底座上，如果塑料光栅尺5松弛，可以通过这个将张紧调节块2固定在底座1上的固定螺钉4，以调节张紧调节模块相对长方形槽15的前后距离，使塑料光栅尺5张紧；底座1上另一端的模块为张紧模块，由张紧块7、固定块3和固定螺钉4组成，在这一端，固定螺钉4将张紧块7、固定块3和塑料光栅尺5紧固在一起，张紧块7及底座1的两条侧边开设有固定用的孔，通过弹簧钢丝8可活动的固定在底座1上。

如图3所示，弹簧钢丝8穿过3个安装孔，张紧块安装孔14位置要比底座安装孔11高，所以钢丝穿过3个孔以后可以将光张紧模块压紧在底座1的下平面上，还可以用弹簧钢丝压紧套10固定在弹簧钢丝顶端，防止脱落。同时，在底座1的两侧沿轴向方向可以并排开设多个孔，可以根据需要设置张紧模块的距离。

本实施例采用的塑料光栅尺5是360LPI型号。其工作的原理是：塑料光栅尺5上有均匀分布的明暗相间的条纹，当光线通过这些条纹的时候光栅的另一边的传感器就会检测到明暗变化的光线，传感器检测到以后并将信息传给处理器，光线明暗变化一次传感器和光栅相对移动的距离是不变的，处理器会将“变化次数”和“距离”的乘积计算出来，这个值就是贴装头移动的距离(此距离记为d1)，工作过程中，贴装头的下个位置点和此时贴装头的位置点的距离(此距离记为d2)处理器已经算好的。在运动过程中实时对比“d1”和“d2”当“d1”和“d2”相等时即为贴装头运动到目标位置点，此时锁死步进电机，再进行贴装的贴装工作，这样就实现了用塑料光栅尺5定位贴装头。

实施例2

如图6所示，本实施例与实施例1不同点在于，其张紧机构为两块长条形平面板，而其中一块长条形平面板的功能由底座1的折起侧边进行充当，另一块长条形平面板为具有一定硬度的塑料压条16，塑料压条16的材料为玻璃，在底座1的折边上设置并排间距相同的螺孔，通过固定螺钉4将压条16、塑料光栅尺5的紧固在底座1的侧边上，同样可以实现把塑料光栅尺5张紧的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的变动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，包括底座、张紧机构、光栅传感器和塑料光栅尺；所述光栅传感器固定在运动装置上，所述塑料光栅尺固定在张紧机构上，所述张紧机构使塑料光栅尺保持紧绷状态。

2.如权利要求1所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，所述底座为长条形，所述张紧机构由两个模块组成，分别连接在底座轴向的两端，所述塑料光栅尺通过所述两个模块进行固定。

3.如权利要求2所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，所述两个模块分别为张紧模块和张紧调节模块，所述张紧模块由张紧块、固定块、固定螺钉组成，所述张紧调节模块由张紧调节块、固定块、固定螺钉组成，所述张紧模块通过弹性材料活动连接在底座上。

4.如权利要求3所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，所述的弹性材料为弹簧、弹片或钢丝。

5.如权利要求3所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，在所述底座轴向开设有长方形槽，所述张紧调节模块通过固定螺钉穿过所述长方形槽固定在底座上，所述张紧调节模块在所述底座上置可通过调整穿过长方形槽的螺钉的位置进行调节。

6.如权利要求3所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，所述塑料光栅尺与所述张紧模块的连接方式是：所述塑料光栅尺连接在所述固定块上，通过固定螺钉进行固定在所述张紧块上。

7.如权利要求3所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，所述塑料光栅尺与所述张紧调节模块的连接方式是：所述塑料光栅尺固定在所述固定块上，通过固定螺钉固定在所述张紧调节块上。

8.如权利要求1所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，所述的张紧机构为一块长条形平面板，所述塑料光栅尺粘贴在所述长条形平面板上。

9.如权利要求1所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，所述的张紧机构为两块长条形平面板，所述塑料光栅尺被所述两块长条形平面板压紧。

10.如权利要求1所述的一种用塑料光栅尺定位贴装头的定位装置，其特征在于，所述的底座两侧边向上折起。