專利名稱：一種smt貼裝設(shè)備吸嘴模塊及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中低速高精度的SMT貼裝設(shè)備，具體地說，本發(fā)明涉及一種SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊及其控制方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電氣互聯(lián)工藝的發(fā)展，對(duì)微型化、高性能產(chǎn)品提出挑戰(zhàn)，要實(shí)現(xiàn)這種挑戰(zhàn)，表面組裝技術(shù)即SMT成為主流。目前國內(nèi)主流SMT貼裝設(shè)備均為國外品牌，價(jià)格昂貴，動(dòng)輒數(shù)百萬，不適合中小企業(yè)購置使用。而國內(nèi)SMT貼裝設(shè)備中，吸嘴采用電機(jī)同步帶或氣缸來驅(qū)動(dòng)，參數(shù)設(shè)置靠經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，調(diào)試完畢后將此數(shù)據(jù)保存，供SMT貼裝設(shè)備使用，但是在生產(chǎn)過程中，無法保證PCB板的平整度，且貼片元件的厚度受封裝影響，也無法滿足厚度一致的情況，這樣會(huì)導(dǎo)致貼裝過程中只能依賴機(jī)械位置和彈簧壓力來解決，因此無法保證元件的貼裝力度一致。由于這種裝置存在壓力不穩(wěn)定、無法量化且不能實(shí)時(shí)監(jiān)控元件的貼裝壓力，在一些應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)明顯發(fā)生由此問題而產(chǎn)生的故障，且廠家也沒有有效的低成本辦法來解決。這樣導(dǎo)致客戶的產(chǎn)品因吸嘴的原因產(chǎn)生的故障率高達(dá)12%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了高精度的發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠保證貼裝壓力恒定的SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊，包括空心桿狀的吸嘴和與吸嘴連接的驅(qū)動(dòng)吸嘴轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，SMT貼裝設(shè)備上設(shè)有控制模塊以及驅(qū)動(dòng)吸嘴模塊分別沿X向、Y向和Z向移動(dòng)的X驅(qū)動(dòng)器、Y驅(qū)動(dòng)器和Z驅(qū)動(dòng)器，Z驅(qū)動(dòng)器與所述電機(jī)連接，吸嘴模塊還包括設(shè)在所述吸嘴上的用于檢測(cè)吸嘴的貼裝壓力值的壓力傳感器，該壓力傳感器并與所述控制模塊連接。所述壓力傳感器包括管狀的沿所述吸嘴長度方向罩在吸嘴外部的支架、設(shè)在支架外部的線圈、位于支架內(nèi)部的且固定在吸嘴上的磁芯以及設(shè)在支架的兩端開口處的兩個(gè)端蓋，吸嘴穿過兩個(gè)端蓋，在其中一個(gè)端蓋與吸嘴之間還設(shè)有彈性件，線圈包括一個(gè)初級(jí)線圈和位于初級(jí)線圈兩側(cè)的兩個(gè)次級(jí)線圈，所述電機(jī)的電機(jī)軸在電機(jī)中能夠沿軸向進(jìn)行移動(dòng)，電機(jī)軸與吸嘴連接，支架安裝在電機(jī)的殼體上。在所述兩個(gè)端蓋與所述吸嘴之間設(shè)有直線軸承。所述彈性件為套在所述吸嘴上的彈簧，彈簧的一端抵在所述端蓋上，另一端抵在吸嘴外部設(shè)置的凸塊上，所述磁芯設(shè)在該凸塊上。在所述電機(jī)上設(shè)有用于檢測(cè)所述電機(jī)軸轉(zhuǎn)角的角度傳感器。本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供一種SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊的控制方法，其包括如下步驟:(I)在SMT貼裝設(shè)備的控制模塊中預(yù)設(shè)貼裝目標(biāo)壓力值；(2)在貼裝元件時(shí)，吸嘴拾取待貼裝元件后，移動(dòng)至PCB板上方，Z驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)吸嘴模塊向下移動(dòng)，壓力傳感器開始檢測(cè)壓力值；(3)當(dāng)吸嘴上的待貼裝元件下壓觸碰到PCB板時(shí)，壓力傳感器內(nèi)部開始發(fā)生位移形變，從而產(chǎn)生電信號(hào)的變化，控制模塊接收壓力傳感器傳遞的電信號(hào)，并換算成當(dāng)前壓力值，與貼裝目標(biāo)壓力值進(jìn)行比較；(4)若當(dāng)前壓力值小于貼裝目標(biāo)壓力值時(shí)，吸嘴繼續(xù)下壓，直至當(dāng)前壓力值與貼裝目標(biāo)壓力值相等時(shí)，吸嘴將元件安裝在PCB板上。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，吸嘴模塊中增加一種能夠檢測(cè)吸嘴的貼裝壓力值的壓力傳感器，控制模塊根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的電壓輸出，即可換算出壓力值，而且在控制模塊中預(yù)設(shè)了貼裝目標(biāo)壓力值，實(shí)現(xiàn)了壓力可控，因此本吸嘴模塊能夠保證貼裝壓力恒定，保證了各元件的貼裝力度一致，且不受PCB板的變形、元件厚度的影響。


圖1為本發(fā)明吸嘴模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為安裝有壓力傳感器的吸嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為壓力傳感器的輸出特性曲線圖；圖4為吸嘴與電機(jī)軸連接處的橫截面示意圖；上述圖中的標(biāo)記均為:1、吸嘴；2_1、上端蓋；2_2、下端蓋；3、支架；4、磁芯；5、線圈；6、彈簧；7、軸承；8、電機(jī)；9、角度傳感器；10、電機(jī)軸；11、導(dǎo)向塊。
具體實(shí)施例方式如圖1所示為本發(fā)明的一種SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊，包括空心桿狀的吸嘴I和與吸嘴I連接的驅(qū)動(dòng)吸嘴I轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)8，SMT貼裝設(shè)備上還設(shè)有控制模塊以及驅(qū)動(dòng)本吸嘴模塊分別沿X向、Y向和Z向移動(dòng)的X驅(qū)動(dòng)器、Y驅(qū)動(dòng)器和Z驅(qū)動(dòng)器，Z驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)8連接，以帶動(dòng)整個(gè)吸嘴模塊在縱向上進(jìn)行上下移動(dòng)。如圖1和圖2所示，本吸嘴模塊還包括設(shè)在吸嘴I上的用于檢測(cè)吸嘴I的貼裝壓力值的壓力傳感器，該壓力傳感器并與控制模塊連接。控制模塊中預(yù)設(shè)有貼裝目標(biāo)壓力值，只有元件貼裝力度達(dá)到貼裝目標(biāo)壓力值，才可以在PCB板上安裝元件。在工作時(shí)，隨著吸嘴I的下壓，壓力傳感器將檢測(cè)到的當(dāng)前壓力值信號(hào)傳遞至控制模塊，由控制模塊將當(dāng)前壓力值與貼裝目標(biāo)壓力值進(jìn)行比較，看是否達(dá)到貼裝目標(biāo)壓力值。本吸嘴模塊所采用的電機(jī)8為伺服電機(jī)，電機(jī)8的電機(jī)軸10與吸嘴I連接，電機(jī)軸10和吸嘴I整體空心，可保證負(fù)壓吸取，電機(jī)軸10要能夠帶動(dòng)吸嘴I轉(zhuǎn)動(dòng)，吸嘴I還要在電機(jī)軸10中能夠沿電機(jī)軸10的軸向進(jìn)行移動(dòng)，以符合拾料、貼裝的要求。為了實(shí)現(xiàn)該功能，電機(jī)軸10和吸嘴I可以為錐度配合，此錐度配合保證電機(jī)軸10既能帶動(dòng)吸嘴I轉(zhuǎn)動(dòng)，吸嘴I還能沿電機(jī)軸10的軸向進(jìn)行移動(dòng)。另外，如圖4所示，電機(jī)軸10和吸嘴I之間還可以設(shè)置導(dǎo)向塊11，導(dǎo)向塊11能夠?qū)ξ霫的直線移動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向，導(dǎo)向塊11設(shè)置在電機(jī)軸10的軸孔內(nèi)壁上，在吸嘴I的外壁上設(shè)有與導(dǎo)向塊11相適配的槽，通過導(dǎo)向塊11與槽的相互作用，不僅能夠?qū)ξ霫的移動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向，在電機(jī)軸10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，還能帶動(dòng)吸嘴I進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)向塊11形狀可以為圓柱形，吸嘴I上的槽為半圓槽，或者導(dǎo)向塊11也可以為其它形狀。導(dǎo)向塊11的具體個(gè)數(shù)根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，至少要設(shè)置一個(gè)。在電機(jī)8的內(nèi)部安裝有兩個(gè)用于支撐電機(jī)軸10的軸承7，該軸承7為止推軸承。在電機(jī)8上還設(shè)有用于檢測(cè)電機(jī)軸10轉(zhuǎn)角的角度傳感器9，用于吸嘴I在貼裝元件調(diào)整安裝角度時(shí)對(duì)吸嘴I的轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測(cè)，角度傳感器9和壓力傳感器分布在電機(jī)8的兩端。壓力傳感器是基于LVDT(Linear Variable Differential Transformer)原理，屬于位移傳感器的種類，它由一個(gè)初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈、磁芯4、線圈骨架、支架3、端蓋、直線軸承等部件組成。如圖1和圖2所示，支架3為管狀，兩端開口內(nèi)部中空，支架3沿吸嘴I長度方向罩在吸嘴I的外部。端蓋設(shè)有兩個(gè)，分別為設(shè)在支架3上端開口處的上端蓋2-1和位于支架3下端開口處的下端蓋2-2，吸嘴I穿過上端蓋2-1和下端蓋2-2。直線軸承分別設(shè)在上端蓋2-1、下端蓋2-2與吸嘴I之間，吸嘴I支撐在兩個(gè)直線軸承上。壓力傳感器的支架3的上端與電機(jī)8的殼體固定連接,上端蓋2-1并插入電機(jī)8的殼體內(nèi)。在上端蓋2-1與吸嘴I之間還設(shè)有彈性件，彈性件的作用是使吸嘴I在貼裝元件結(jié)束后進(jìn)行復(fù)位。磁芯4位于支架3內(nèi)部的且固定在吸嘴I上，線圈5設(shè)在支架3的外部，線圈5包括一個(gè)初級(jí)線圈和位于初級(jí)線圈兩側(cè)的兩個(gè)次級(jí)線圈，如圖1和圖2所示,兩個(gè)次級(jí)線圈分別位于初級(jí)線圈的上下側(cè)。磁芯4在初始狀態(tài)下是與中間的初級(jí)線圈的位置對(duì)齊的，當(dāng)磁芯4由中間向兩側(cè)次級(jí)線圈移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈輸出電壓之差與磁芯4的移動(dòng)成線性關(guān)系。壓力傳感器中的彈性件為套在吸嘴I上的彈簧6，該彈簧6的一端抵在上端蓋2-1上，另一端抵在吸嘴I外部設(shè)置的凸塊上，磁芯4固定安裝在該凸塊上。壓力傳感器的工作原理如下:原邊線圈(初級(jí)線圈)施加高頻交流波后產(chǎn)生沿軸向?qū)ΨQ分布的交變磁場(chǎng)，因此線圈中心軸上的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁芯4位置之間就存在一種函數(shù)關(guān)系。通過合理的布局設(shè)計(jì)，兩副邊線圈(次級(jí)線圈)差接后，可獲得與磁芯4位移成線性關(guān)系的二次輸出:Es=El-E2，如圖3所示。當(dāng)磁芯4位于正中時(shí)，壓力傳感器的輸出為0，因此，可方便校準(zhǔn)O位，同時(shí)該結(jié)構(gòu)只取其一個(gè)方向，即正向移動(dòng)，且位移量較小，因此非常容易取得很高的線性度和精度。通過控制模塊讀取輸出電壓Es，即可判斷出當(dāng)前的位移S，根據(jù)F=kXS，控制模塊即可計(jì)算出當(dāng)前的壓力值F，其中k為彈簧剛度系數(shù)。比如當(dāng)元件觸碰到PCB板時(shí)，需要有一定的壓力貼緊，如選取目標(biāo)壓力值為5N，當(dāng)壓力傳感器收到5N壓力時(shí)的位移形變?yōu)?.35mm，而輸出為15mv，因此根據(jù)檢測(cè)到的電壓輸出，控制模塊即可換算出當(dāng)前壓力值，檢測(cè)結(jié)果不受PCB的變形、元件厚度的影響，精度極高,壓力可控。上述壓力傳感器的特點(diǎn):1.LVDT動(dòng)態(tài)特性好，可用于高速在線檢測(cè)，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)控制；2.LVDT對(duì)于磁芯4的軸向運(yùn)動(dòng)非常敏感，而對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)非常遲鈍；3.可靠性非常好，抗沖擊能力150g/llms，振動(dòng)頻率2kHz加速度20g ;體積小，價(jià)格低，性能價(jià)格比高；具有很高是市場(chǎng)應(yīng)用和推廣價(jià)值。本發(fā)明SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊的控制方法，其包括如下的步驟:
(I)在SMT貼裝設(shè)備的控制模塊中預(yù)設(shè)貼裝目標(biāo)壓力值；(2)在貼裝元件時(shí)，吸嘴I拾取待貼裝元件后，移動(dòng)至PCB板上方，Z驅(qū)動(dòng)器再驅(qū)動(dòng)吸嘴模塊向下移動(dòng)，壓力傳感器并開始檢測(cè)壓力值；(3)當(dāng)吸嘴I上的待貼裝元件下壓觸碰到PCB板時(shí)，壓力傳感器內(nèi)部開始發(fā)生位移形變，從而產(chǎn)生電信號(hào)的變化，控制模塊接收壓力傳感器傳遞的電信號(hào)，并換算成當(dāng)前壓力值，與貼裝目標(biāo)壓力值進(jìn)行比較；(4)若當(dāng)前壓力值小于貼裝目標(biāo)壓力值時(shí)，吸嘴I繼續(xù)下壓，直至當(dāng)前壓力值與貼裝目標(biāo)壓力值相等時(shí)，吸嘴I將元件安裝在PCB板上。該控制方法通過接收壓力傳感器的壓力信號(hào)，以吸嘴模塊的貼裝壓力值作為判斷是否可以安裝元件的依據(jù)，不受PCB板的變形、元件厚度的影響，與PCB板的變形、元件厚度均無任何關(guān)聯(lián)，從而保證了吸嘴模塊貼裝壓力的恒定。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊，包括空心桿狀的吸嘴和與吸嘴連接的驅(qū)動(dòng)吸嘴轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，SMT貼裝設(shè)備上設(shè)有控制模塊以及驅(qū)動(dòng)吸嘴模塊分別沿X向、Y向和Z向移動(dòng)的X驅(qū)動(dòng)器、Y驅(qū)動(dòng)器和Z驅(qū)動(dòng)器，Z驅(qū)動(dòng)器與所述電機(jī)連接，其特征在于:所述吸嘴模塊還包括設(shè)在所述吸嘴上的用于檢測(cè)吸嘴的貼裝壓力值的壓力傳感器，該壓力傳感器并與所述控制模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊，其特征在于:所述壓力傳感器包括管狀的沿所述吸嘴長度方向罩在吸嘴外部的支架、設(shè)在支架外部的線圈、位于支架內(nèi)部的且固定在吸嘴上的磁芯以及設(shè)在支架的兩端開口處的兩個(gè)端蓋，支架安裝在電機(jī)的殼體上，吸嘴穿過兩個(gè)端蓋，在其中一個(gè)端蓋與吸嘴之間還設(shè)有彈性件，線圈包括一個(gè)初級(jí)線圈和位于初級(jí)線圈兩側(cè)的兩個(gè)次級(jí)線圈，所述電機(jī)的電機(jī)軸與吸嘴連接，電機(jī)軸帶動(dòng)吸嘴轉(zhuǎn)動(dòng)，吸嘴在電機(jī)軸中能夠沿電機(jī)軸的軸向進(jìn)彳丁移動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊，其特征在于:在所述兩個(gè)端蓋與所述吸嘴之間設(shè)有直線軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊，其特征在于:所述彈性件為套在所述吸嘴上的彈簧，彈簧的一端抵在所述端蓋上，另一端抵在吸嘴外部設(shè)置的凸塊上，所述磁芯設(shè)在該凸塊上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊，其特征在于:在所述電機(jī)上設(shè)有用于檢測(cè)所述電機(jī)軸轉(zhuǎn)角的角度傳感器。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求5所述的SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)在SMT貼裝設(shè)備的控制模塊中預(yù)設(shè)貼裝目標(biāo)壓力值； (2)在貼裝元件時(shí)，吸嘴拾取待貼裝元件后，移動(dòng)至PCB板上方，Z驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)吸嘴模塊向下移動(dòng)，壓力傳感器開始檢測(cè)壓力值； (3)當(dāng)吸嘴上的待貼裝元件下壓觸碰到PCB板時(shí)，壓力傳感器內(nèi)部開始發(fā)生位移形變，從而產(chǎn)生電信號(hào)的變化，控制模塊接收壓力傳感器傳遞的電信號(hào)，并換算成當(dāng)前壓力值，與貼裝目標(biāo)壓力值進(jìn)行比較； (4)若當(dāng)前壓力值小于貼裝目標(biāo)壓力值時(shí)，吸嘴繼續(xù)下壓，直至當(dāng)前壓力值與貼裝目標(biāo)壓力值相等時(shí)，吸嘴將元件安裝在PCB板上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SMT貼裝設(shè)備吸嘴模塊，包括空心桿狀的吸嘴和與吸嘴連接的驅(qū)動(dòng)吸嘴轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，SMT貼裝設(shè)備上設(shè)有控制模塊以及驅(qū)動(dòng)吸嘴模塊分別沿X向、Y向和Z向移動(dòng)的X驅(qū)動(dòng)器、Y驅(qū)動(dòng)器和Z驅(qū)動(dòng)器，Z驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接，吸嘴模塊還包括設(shè)在吸嘴上的用于檢測(cè)吸嘴的貼裝壓力值的壓力傳感器，該壓力傳感器并與控制模塊連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，吸嘴模塊中增加一種能夠檢測(cè)吸嘴的貼裝壓力值的壓力傳感器，控制模塊根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的電壓輸出，即可換算出壓力值，而且在控制模塊中預(yù)設(shè)了貼裝目標(biāo)壓力值，實(shí)現(xiàn)了壓力可控，因此本吸嘴模塊能夠保證貼裝壓力恒定，保證了各元件的貼裝力度一致，且不受PCB板的變形、元件厚度的影響。
文檔編號(hào)H05K3/30GK103209548SQ201310098258
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者韋圣兵, 趙永亮, 孫小東 申請(qǐng)人:蕪湖齊創(chuàng)自動(dòng)化系統(tǒng)有限公司