專利名稱：全自動(dòng)led及元器件貼插一體機(jī)及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED及元器件貼插的裝置，具體涉及全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī) 及其運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著現(xiàn)代電子元器件向微型化、集成化和高可靠性方向發(fā)展，特別是面對(duì)日 益激烈的市場競爭，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)與制造設(shè)備正朝著高速、高精度、智能化、多功能等全 自動(dòng)化方向發(fā)展。但是電子信息產(chǎn)品尤其是關(guān)鍵部件印刷電路板的組裝需要經(jīng)過全自動(dòng)貼 裝和插裝工藝，包括絲印、貼裝、回流焊、檢測等貼裝流程以及插裝、波峰焊、檢測等插裝流 程，尤其是經(jīng)過兩道耗電高的回流焊接和波峰焊工序，大幅度增加了設(shè)備購置和電能成本。 其次，隨著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，幾乎所有的電子信息產(chǎn)品均采用LED作為顯示器件，帶來了巨 大的新型需求空間?，F(xiàn)有的貼片機(jī)(如拱架式貼片機(jī))和插件機(jī)分別只能單獨(dú)進(jìn)行貼片型 元件的貼片動(dòng)作、插件型元件的插件動(dòng)作，而目前國際市場上還尚無集貼裝和插裝一體化 功能的設(shè)備問世。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的工藝需要貼裝和插裝兩條生產(chǎn)線而浪費(fèi)極大的 現(xiàn)狀，提供全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)及其運(yùn)行方法。本發(fā)明首次將貼裝和插件兩道 工藝技術(shù)合而為一，將貼片技術(shù)與插件技術(shù)集成于一臺(tái)機(jī)器上，形成全自動(dòng)LED及元器件 貼插一體機(jī)，對(duì)傳統(tǒng)工藝簡化以達(dá)到高效、節(jié)能目的，具有重要的發(fā)明意義和應(yīng)用前景，具 體技術(shù)方案如下。全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，包括一臺(tái)貼片機(jī)，貼片機(jī)的水平貼片區(qū)在本一 體機(jī)中稱為水平貼插區(qū)，該一體機(jī)還包括打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、打腳機(jī)構(gòu)和LED吸嘴，其中打 腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安裝在貼片機(jī)的機(jī)器基座的中部，且位于水平貼插區(qū)的正下方；打腳機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)橫軸與貼片機(jī)的X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X軸平行，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)縱 軸與貼片機(jī)的X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Y軸平行，打腳機(jī)構(gòu)安裝在打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)橫軸 上并且位于貼片機(jī)水平貼插區(qū)下方，LED吸嘴安裝在貼片機(jī)的插件頭的吸嘴固定簧片上，貼 片機(jī)控制系統(tǒng)通過IO控制板控制打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)打腳機(jī)構(gòu)，打腳機(jī)構(gòu)在LED吸嘴將 LED插入PCB板時(shí)，對(duì)PCB板下方的LED管腳部分進(jìn)行打腳動(dòng)作，控制系統(tǒng)還控制完成貼片 機(jī)貼裝頭對(duì)元件的貼裝工作。本發(fā)明將貼裝和插裝兩道工藝集合于一臺(tái)機(jī)器上。作為優(yōu)選的方案，本發(fā)明的一種全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，具體包括機(jī)器 基座、X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、貼插頭機(jī)構(gòu)、打腳機(jī)構(gòu)、喂料平臺(tái)、喂料器、PCB 板傳送機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)；X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)水平安裝在機(jī)器基座上，貼插頭機(jī)構(gòu)安裝在X-Y軸 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X軸上，貼插頭機(jī)構(gòu)由X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在X-Y水平工 作區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)；打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)水平安裝在機(jī)器基座的中部，打腳機(jī)構(gòu)安裝在打腳機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)橫軸上，打腳機(jī)構(gòu)由打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在水平貼插區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)喂料平臺(tái)分別裝于機(jī)器基座的前后兩側(cè)，所述前后的方向與所述X-Y軸運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)的X軸平行，在喂料臺(tái)上按等間距分布有多條喂料槽，每條喂料槽上用于放置一個(gè) 喂料器；在水平貼插區(qū)和前后兩側(cè)的喂料臺(tái)之間的裝有線陣攝像頭，線陣攝像頭的右側(cè)裝 有換嘴站，線陣攝像頭和換嘴站均安裝在機(jī)器基座上；PCB板傳送機(jī)構(gòu)水平安裝在機(jī)器基 座的中部，位于打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上方，控制系統(tǒng)通過線路控制X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、貼插頭機(jī) 構(gòu)和喂料平臺(tái)的工作。上述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)中，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括運(yùn)動(dòng)橫軸、運(yùn) 動(dòng)縱軸和垂直電機(jī)安裝底座，運(yùn)動(dòng)橫軸、運(yùn)動(dòng)縱軸均各自包括安裝底座、滾珠絲桿副、直線 導(dǎo)軌副、伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)，運(yùn)動(dòng)縱軸的安裝底座固定安裝在機(jī)器基座上，運(yùn)動(dòng)橫軸的安裝底座 通過運(yùn)動(dòng)縱軸的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件與運(yùn)動(dòng)縱軸的直線導(dǎo)軌副的滑塊固定連接，以使得 運(yùn)動(dòng)縱軸的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)可以帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)橫軸運(yùn)動(dòng)，垂直電機(jī)安裝底座通過運(yùn)動(dòng)橫軸的滾珠 絲桿-導(dǎo)軌連接件與運(yùn)動(dòng)橫軸的直線導(dǎo)軌副的滑塊固定連接，使得垂直電機(jī)安裝底座由打 腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的兩個(gè)伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可在水平貼插區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)。上述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)中，打腳機(jī)構(gòu)包括垂直電機(jī)、垂直電機(jī)底 座、聯(lián)軸器、垂直電機(jī)的絲桿及垂直電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件、垂直導(dǎo)軌及垂直 導(dǎo)軌安裝面、連接垂直導(dǎo)軌的滑塊、打腳電機(jī)及打腳電機(jī)底座和打腳頭；打腳機(jī)構(gòu)的垂直電 機(jī)安裝在垂直電機(jī)底座上，聯(lián)軸器軸聯(lián)垂直電機(jī)的絲桿，垂直電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo) 軌連接件分別與打腳電機(jī)底座、連接垂直導(dǎo)軌的滑塊固定連接，連接垂直導(dǎo)軌的滑塊在垂 直導(dǎo)軌上滑動(dòng)，垂直導(dǎo)軌安裝在垂直導(dǎo)軌安裝面上并且該安裝面固定在垂直電機(jī)底座上， 垂直電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件與連接垂直導(dǎo)軌的滑塊、垂直導(dǎo)軌一起作用，限 定當(dāng)垂直電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)打腳電機(jī)底座上下運(yùn)動(dòng)，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)打腳機(jī)構(gòu) 始終跟隨PCB板上方的貼插頭機(jī)構(gòu)只在水平貼插區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，垂直電機(jī)用于執(zhí)行打腳動(dòng)作時(shí) 將打腳電機(jī)底座頂起，打腳電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)打腳頭旋轉(zhuǎn)(如旋轉(zhuǎn)120度)，使得LED管腳彎曲 固定在PCB板上從而完成打腳動(dòng)作。上述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)中，貼插頭機(jī)構(gòu)包括4個(gè)貼裝頭和4個(gè)插 件頭及多種規(guī)格的LED吸嘴、貼片型通用吸嘴，貼裝頭和插件頭間隔裝配，其中貼裝頭采用 通用型吸嘴，插件頭采用LED吸嘴，LED吸嘴下半部分為圓柱形，底部開有內(nèi)腔，內(nèi)腔頂部為 半球形，下部為圓柱形，圓柱形內(nèi)腔直徑依據(jù)LED燈的尺寸分為多種規(guī)格，吸取時(shí)LED燈表 面可以緊貼在吸嘴內(nèi)腔，保證吸取時(shí)LED燈保持豎直，LED吸嘴上部兩邊開有凹槽用來與插 件頭吸嘴固定簧片連接以固定吸嘴，從LED吸嘴上部端面到LED吸嘴下部半球形內(nèi)腔開有 圓柱形氣路管道。氣路管道內(nèi)徑可以為Φ 2，深4mm，當(dāng)吸嘴固定好時(shí)，圓柱形氣路管道套接 在插件頭吸嘴桿上。上述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)中，控制系統(tǒng)采用DCS集散控制方式，包括 PC機(jī)主控系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、圖像采集處理系統(tǒng)、光源控制系統(tǒng)和IO控制板，PC機(jī)主控系 統(tǒng)通過PCI總線直接控制伺服控制系統(tǒng)、圖像采集處理系統(tǒng)，通過一塊帶4個(gè)485通訊端口 的通訊卡PCL-846控制IO控制板，其中伺服控制系統(tǒng)控制全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī) 中的全部伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)，圖像采集處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集PCB及所吸取元件的圖像進(jìn)行處理并 給出貼插頭的位置和角度修正量；IO控制板包括光源IO控制板、傳送帶及喂料平臺(tái)IO控 制板、頭板IO控制板，分別對(duì)光源控制系統(tǒng)、傳送帶及喂料平臺(tái)、頭板進(jìn)行控制。
上述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)中的運(yùn)行方法，包括如下步驟控制系統(tǒng) 根據(jù)元件的吸取位置偏差和吸取角度偏差自動(dòng)計(jì)算待貼插元件的最終X、Y貼插位置及貼 插頭旋轉(zhuǎn)角度；之后貼插頭機(jī)構(gòu)在X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)到PCB板待 貼插位置上方，貼插頭機(jī)構(gòu)的垂直方向伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)貼插頭機(jī)構(gòu)下降到指定高度，所 述垂直方向與X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X軸、Y軸都垂直，貼插頭機(jī)構(gòu)在預(yù)定位置放下元件，進(jìn)行貼 插；進(jìn)行貼片元件貼片時(shí)，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及打腳機(jī)構(gòu)均不動(dòng)作；進(jìn)行LED插件動(dòng)作時(shí)， 在貼插頭機(jī)構(gòu)吸取元件完成并運(yùn)動(dòng)到水平貼插區(qū)內(nèi)時(shí)，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)打腳機(jī)構(gòu)始終跟隨PCB板上方的貼插頭在水平貼插區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使打腳機(jī)構(gòu)和當(dāng)前待插 件的插件頭同步到達(dá)LED待插處，在插件頭的LED吸嘴放下元件的同時(shí)，同步動(dòng)作的打腳機(jī) 構(gòu)的垂直電機(jī)將打腳電機(jī)底座頂起，之后打腳電機(jī)帶動(dòng)打腳頭旋轉(zhuǎn)，使得LED在PCB板下面 露出的管腳彎曲從而使其固定在PCB板上，完成LED元件的組裝。所述的控制系統(tǒng)可以采用DCS集散控制方式，其中伺服控制系統(tǒng)、圖像采集處理 系統(tǒng)由PC機(jī)主控系統(tǒng)通過PCI總線直接控制，IO控制板由PC機(jī)主控系統(tǒng)通過通訊卡控制， 光源控制系統(tǒng)由IO控制板通過電氣連接控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是，首次將貼裝和插件兩道工藝技術(shù)合而為 一，將貼片技術(shù)與插件技術(shù)集成于一臺(tái)機(jī)器上，形成全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，進(jìn)而 可將絲印、貼裝、回流焊、檢測到插裝、波峰焊、檢測的傳統(tǒng)工藝簡化以達(dá)到高效、節(jié)能目的， 具有重要的發(fā)明意義和應(yīng)用前景。本發(fā)明將具體應(yīng)用于貼插一體機(jī)的自主創(chuàng)新研制和實(shí)際 生產(chǎn)過程，將傳統(tǒng)的貼裝和插裝兩條生產(chǎn)線集成為一條貼插一體生產(chǎn)線，徹底改變了生產(chǎn) 工藝，使每條生產(chǎn)線年均省電達(dá)30萬元以上，已研制的樣機(jī)插貼件產(chǎn)能達(dá)到12000件/小 時(shí)，具有明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是實(shí)施方式中的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是打腳機(jī)構(gòu)示意圖。圖3是打腳機(jī)構(gòu)俯視示意圖。圖4是打腳機(jī)構(gòu)正視示意圖。圖5是LED插件頭吸嘴剖面示意圖。圖6是控制系統(tǒng)框圖。圖中1、機(jī)器基座，2、X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，3、打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，4、貼插頭機(jī)構(gòu)，5、打 腳機(jī)構(gòu)，6、喂料平臺(tái)，7、喂料器，8、PCB板傳送機(jī)構(gòu)，10、X-Y水平工作區(qū)，11、水平貼插區(qū)， 12、線陣攝像頭，13、喂料槽，14、換嘴站，15、貼插頭，16、LED元件，17、垂直電機(jī)安裝底座， 18、垂直電機(jī)，19、聯(lián)軸器，20、垂直電機(jī)的絲桿，21、X-Y平臺(tái)X軸，22、X-Y平臺(tái)Y軸，23、垂直 電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件，24、連接垂直導(dǎo)軌的滑塊，25、垂直導(dǎo)軌，26、垂直導(dǎo) 軌安裝面，27、打腳電機(jī)底座，28、打腳電機(jī)，29、打腳頭，31、貼插頭固定簧片，32、LED吸嘴， 33、LED吸嘴內(nèi)腔，34、LED吸嘴外部凹槽，35、氣路管道，36、吸嘴桿，41、打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 運(yùn)動(dòng)橫軸，42、打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)縱軸，51、伺服控制系統(tǒng)，52、圖像采集處理系統(tǒng)，53、 PC機(jī)主控系統(tǒng)，M、光源控制系統(tǒng)，55、光源IO控制板，56、傳送帶及喂料平臺(tái)IO控制板，57、頭板IO控制板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施和保 護(hù)范圍不限于此。實(shí)施例如在圖1中所示，本發(fā)明實(shí)施例中包括機(jī)器基座1、Χ_Υ軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、打腳機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)平臺(tái)3、貼插頭機(jī)構(gòu)4、打腳機(jī)構(gòu)5、喂料平臺(tái)6、喂料器7、PCB板傳送機(jī)構(gòu)8、控制系統(tǒng)。X-Y 軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2水平安裝在機(jī)器基座1上，貼插頭機(jī)構(gòu)4安裝在X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的X-Y平 臺(tái)X軸21上，貼插頭機(jī)構(gòu)4由X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可在圖1的X-Y水平 工作區(qū)10內(nèi)運(yùn)動(dòng)。打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3水平安裝在機(jī)器基座1的中部，其運(yùn)動(dòng)橫軸41與 X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的X-Y平臺(tái)X軸21平行，其運(yùn)動(dòng)縱軸42與X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的X-Y平 臺(tái)Y軸22平行，打腳機(jī)構(gòu)5安裝在打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的運(yùn)動(dòng)橫軸41的滾珠絲桿-導(dǎo)軌 連接件上，打腳機(jī)構(gòu)5由打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可在圖1的水平貼插區(qū) 11內(nèi)運(yùn)動(dòng)。喂料平臺(tái)6分別裝于機(jī)器基座1的前后兩側(cè)，在喂料平臺(tái)6上按等間距分布有 多條喂料槽13，每條喂料槽13上可放置一個(gè)喂料器7，在水平貼插區(qū)11和前后兩側(cè)的喂料 臺(tái)6之間裝有線陣攝像頭12，其右側(cè)裝有換嘴站14。PCB板傳送機(jī)構(gòu)8水平安裝在機(jī)器基 座1的中部，位于打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3上方，PCB板由PCB板傳送機(jī)構(gòu)8傳送到水平貼插區(qū) 11固定。在圖2所示的貼插頭實(shí)施例中，貼插頭機(jī)構(gòu)4可以通過自身在X-Y平臺(tái)X軸21上 的左右運(yùn)動(dòng)、X-Y平臺(tái)X軸21本身的前后運(yùn)動(dòng)、貼插頭垂直方向的上下運(yùn)動(dòng)以及貼插頭上吸 嘴桿的真空開關(guān)操作來完成元件的拾取和貼插任務(wù)。它們的繞軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由貼插頭機(jī)構(gòu)4 的貼插頭旋轉(zhuǎn)伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)同步帶進(jìn)行控制，而整個(gè)貼插頭機(jī)構(gòu)4在垂直方向上的上 下運(yùn)動(dòng)則由貼插頭機(jī)構(gòu)4垂直方向伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)控制。貼插頭機(jī)構(gòu)4上裝配了 4個(gè)貼裝頭 和4個(gè)插件頭。貼裝頭和插件頭間隔裝配，其中貼裝頭采用常規(guī)適用于貼片元件的通用型 吸嘴，插件頭采用針對(duì)LED插件專用設(shè)計(jì)的LED吸嘴，貼插頭機(jī)構(gòu)上裝有面陣攝像頭用來攝 取PCB板MARK定位基準(zhǔn)。在圖3所示的打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)施例中，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3包括運(yùn)動(dòng)橫軸 41、運(yùn)動(dòng)縱軸42、垂直電機(jī)安裝底座17。運(yùn)動(dòng)橫、縱軸41、42分別由安裝底座、滾珠絲桿副、 直線導(dǎo)軌副和一個(gè)伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)組成，運(yùn)動(dòng)橫軸41的安裝底座通過運(yùn)動(dòng)縱軸42的滾珠絲 桿-導(dǎo)軌連接件與運(yùn)動(dòng)縱軸42的直線導(dǎo)軌副固定連接，以使得運(yùn)動(dòng)縱軸42的伺服運(yùn)動(dòng)電 機(jī)可以帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)橫軸41運(yùn)動(dòng)，垂直電機(jī)安裝底座17通過運(yùn)動(dòng)橫軸41的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連 接件與運(yùn)動(dòng)橫軸41的直線導(dǎo)軌副固定連接，使得垂直電機(jī)安裝底座17由打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平 臺(tái)3的兩個(gè)伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可在水平貼插區(qū)內(nèi)11運(yùn)動(dòng)。在圖4所示的打腳機(jī)構(gòu)實(shí)施例中，在組裝頭插下LED元件16時(shí)，增加了如圖2所示 的打腳機(jī)構(gòu)5將LED的管腳打彎以便將LED元件16固定在PCB板上。打腳機(jī)構(gòu)5包括垂直 電機(jī)底座17，垂直電機(jī)18，聯(lián)軸器19，垂直電機(jī)的絲桿20，垂直電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo) 軌連接件23，連接垂直導(dǎo)軌的滑塊M，垂直導(dǎo)軌25，垂直導(dǎo)軌安裝面沈，打腳電機(jī)底座27， 打腳電機(jī)觀，打腳頭四。打腳機(jī)構(gòu)5的垂直電機(jī)18安裝在垂直電機(jī)底座17上，其通過聯(lián)軸器19軸聯(lián)垂直電機(jī)的絲桿20，垂直電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件23分別與打腳 電機(jī)底座27、連接垂直導(dǎo)軌的滑塊M固定連接，連接垂直導(dǎo)軌的滑塊M可在垂直導(dǎo)軌25 上滑動(dòng)，垂直導(dǎo)軌25安裝在垂直導(dǎo)軌安裝面沈上并且垂直導(dǎo)軌安裝面沈固定在垂直電機(jī) 底座17上，垂直電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件23與連接垂直導(dǎo)軌的滑塊M、垂直導(dǎo) 軌25 —起作用，限定當(dāng)垂直電機(jī)18正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)打腳電機(jī)底座27上下運(yùn)動(dòng)，打腳電 機(jī)底座27上的打腳電機(jī)觀通過其上安裝的打腳頭四完成打腳動(dòng)作。其中打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)3的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)打腳機(jī)構(gòu)5始終跟隨PCB板上方的貼插頭機(jī)構(gòu)4只在水平貼插 區(qū)11內(nèi)運(yùn)動(dòng)，垂直電機(jī)18用于執(zhí)行打腳動(dòng)作時(shí)將打腳電機(jī)底座27頂起，打腳電機(jī)觀用于 旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)打腳頭四旋轉(zhuǎn)120度，使得LED管腳彎曲固定在PCB板上從而完成打腳動(dòng)作。在圖5所示的LED吸嘴剖面示意圖中，LED吸嘴32下半部分為圓柱形，底部開有 內(nèi)腔33。其內(nèi)腔頂部為半球形，下部為圓柱形，圓柱形內(nèi)腔直徑依據(jù)LED燈的尺寸分為10 種規(guī)格，分別為 Φ 3，Φ 3. 75，Φ 5，Φ 8，Φ 10，Φ 12，Φ 16，Φ 18，Φ 21，Φ 洸(單位 mm)。吸 取時(shí)LED燈表面可以緊貼在吸嘴內(nèi)腔，保證吸取時(shí)LED燈保持豎直。LED吸嘴上部兩邊開有 凹槽34用來與插件頭吸嘴固定簧片31連接以固定吸嘴。從吸嘴上部端面到吸嘴下部半球 形內(nèi)腔開有圓柱形氣路管道35，氣路管道內(nèi)徑為Φ 2，深4mm，當(dāng)吸嘴固定好時(shí)，圓柱形氣路 管道套接在插件頭吸嘴桿36上。在圖6所示為控制系統(tǒng)框圖中，整個(gè)系統(tǒng)采用DCS集散控制方式。其中伺服控制 系統(tǒng)51、圖像采集處理系統(tǒng)52由PC機(jī)主控系統(tǒng)53通過PCI總線直接控制。光源IO控制 板55、傳送帶及喂料平臺(tái)IO控制板56、頭板IO控制板57，由PC機(jī)主控系統(tǒng)53通過一塊 帶4個(gè)485通訊端口的通訊卡PCL-846控制。光源控制系統(tǒng)M由光源IO控制板55板通 過M路IO電氣連接控制，其中伺服控制系統(tǒng)控制整個(gè)系統(tǒng)的全部伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)，圖像采集 處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集PCB及所吸取元件的圖像進(jìn)行處理并給出貼插頭的位置和角度修正量， 光源IO控制板、傳送帶及喂料平臺(tái)IO控制板、頭板IO控制板，分別對(duì)光源控制系統(tǒng)、傳送 帶及喂料平臺(tái)、頭板進(jìn)行控制。工作流程本發(fā)明(全自動(dòng)貼插一體機(jī))主要按照下列順序完成貼片任務(wù) 1. PCB進(jìn)板控制程序控制PCB板傳送機(jī)構(gòu)8將PCB板從入口處自動(dòng)傳送到待貼 插工作位置，并使PCB板水平固定。2.攝取PCB板MARK定位基準(zhǔn)，校準(zhǔn)PCB板貼裝原點(diǎn)在每一塊新板進(jìn)行貼插之前， 通過貼插頭機(jī)構(gòu)4上的面陣攝像頭攝取PCB板MARK定位基準(zhǔn)，此步驟只進(jìn)行一次，待下一 塊PCB板送入之后再進(jìn)行此步驟重新確定貼插裝原點(diǎn)。3.控制系統(tǒng)根據(jù)PC機(jī)中的貼插程序要準(zhǔn)備貼插的元器件類型更換貼插頭的吸嘴 類型，根據(jù)是LED還是普通貼片元件選擇插件頭還是貼裝頭，再根據(jù)元件的大小在X-Y軸運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)2的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下到換嘴站14更換吸嘴。4.吸取元件組裝機(jī)構(gòu)在X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下到達(dá)喂料器待 插貼元件上方，貼插頭機(jī)構(gòu)4的垂直方向伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)整個(gè)貼插頭機(jī)構(gòu)4下降到指定 高度，氣閥動(dòng)作，貼插頭吸嘴下降到預(yù)定位置吸取元件。5.吸取元件的圖像檢查及位置校正貼插頭機(jī)構(gòu)4運(yùn)動(dòng)到線陣攝像頭12上方，由 線陣攝像頭12攝取各個(gè)貼插頭上的元器件圖像。需要檢查的項(xiàng)目包括判斷吸取元件類型是否正確，對(duì)于有管角的芯片，檢查管角數(shù)目是否符合要求，判斷管角排列有無異常彎折、 太靠近或短路等情況。對(duì)于合格的元器件計(jì)算出元件相對(duì)貼插頭上吸嘴中心的XY偏移及 元器件的旋轉(zhuǎn)角度。6.貼插元件控制系統(tǒng)很根據(jù)元件的吸取位置偏差和吸取角度偏差自動(dòng)計(jì)算待 貼插元件的最終XY貼插位置及貼插頭旋轉(zhuǎn)角度。之后貼插頭機(jī)構(gòu)在X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2的 伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)到PCB板待插貼位置上方，貼插頭機(jī)構(gòu)4的垂直方向伺服運(yùn)動(dòng)電 機(jī)帶動(dòng)貼插頭裝置下降到指定高度，氣閥動(dòng)作，貼插頭機(jī)構(gòu)4的吸嘴下降到預(yù)定位置放下 元件，進(jìn)行貼插；進(jìn)行貼片元件貼片時(shí)，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)3及打腳機(jī)構(gòu)5均不動(dòng)作；進(jìn)行 LED插件動(dòng)作，在貼插頭機(jī)構(gòu)4吸取元件完成并運(yùn)動(dòng)到水平貼插區(qū)11內(nèi)時(shí)，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平 臺(tái)3的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)打腳機(jī)構(gòu)5始終跟隨PCB板上方的貼插頭機(jī)構(gòu)4在水平貼插區(qū)11 內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使打腳機(jī)構(gòu)5和當(dāng)前待插件的插件頭同步到達(dá)LED待插處，在插件頭的LED吸嘴放 下元件的同時(shí)，同步動(dòng)作的打腳機(jī)構(gòu)5的垂直電機(jī)18將打腳電機(jī)底座27頂起，之后打腳電 機(jī)觀帶動(dòng)打腳頭四旋轉(zhuǎn)120度，使得LED在PCB板下面露出的管腳彎曲從而使其固定在 PCB板上，以保證LED元件的正常組裝。7. PCB板送出在所有貼插工序完成后，控制系統(tǒng)控制PCB板傳送機(jī)構(gòu)8將PCB板 送至出口同時(shí)帶入新的PCB板開始新的循環(huán)。
權(quán)利要求
1.全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，包括一臺(tái)貼片機(jī)，貼片機(jī)的水平貼片區(qū)在本一體 機(jī)中稱為水平貼插區(qū)，其特征是還包括打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、打腳機(jī)構(gòu)和LED吸嘴，其中打 腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安裝在貼片機(jī)的機(jī)器基座的中部，且位于水平貼插區(qū)的正下方；打腳機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)橫軸與貼片機(jī)的X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X軸平行，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)縱 軸與貼片機(jī)的X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Y軸平行，打腳機(jī)構(gòu)安裝在打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)橫軸 上并且位于貼片機(jī)水平貼插區(qū)下方，LED吸嘴安裝在貼片機(jī)的插件頭的吸嘴固定簧片上，貼 片機(jī)控制系統(tǒng)通過IO控制板控制打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)打腳機(jī)構(gòu)，打腳機(jī)構(gòu)在LED吸嘴將 LED插入PCB板時(shí)，對(duì)PCB板下方的LED管腳部分進(jìn)行打腳動(dòng)作，控制系統(tǒng)還控制貼片機(jī)貼 裝頭對(duì)元件的貼裝工作。
2.一種全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，其特征是具體包括機(jī)器基座、X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)、打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、貼插頭機(jī)構(gòu)、打腳機(jī)構(gòu)、喂料平臺(tái)、喂料器、PCB板傳送機(jī)構(gòu)和控制系 統(tǒng)；X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)水平安裝在機(jī)器基座上，貼插頭機(jī)構(gòu)安裝在X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X軸上， 貼插頭機(jī)構(gòu)由X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在X-Y水平工作區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)；打腳 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)水平安裝在機(jī)器基座的中部，打腳機(jī)構(gòu)安裝在打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)橫軸 上，打腳機(jī)構(gòu)由打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在水平貼插區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)喂 料平臺(tái)分別裝于機(jī)器基座的前后兩側(cè)，所述前后的方向與所述X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X軸平行， 在喂料平臺(tái)上按等間距分布有多條喂料槽，每條喂料槽上用于放置一個(gè)喂料器；在水平貼 插區(qū)和前后兩側(cè)的喂料臺(tái)之間的裝有線陣攝像頭，線陣攝像頭的右側(cè)裝有換嘴站，線陣攝 像頭和換嘴站均安裝在機(jī)器基座上；PCB板傳送機(jī)構(gòu)水平安裝在機(jī)器基座的中部，位于打 腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上方，控制系統(tǒng)通過線路控制X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、貼插頭機(jī)構(gòu)和喂料平臺(tái)的 工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，其特征是打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)包括運(yùn)動(dòng)橫軸、運(yùn)動(dòng)縱軸和垂直電機(jī)安裝底座，運(yùn)動(dòng)橫軸、運(yùn)動(dòng)縱軸均各自包括安裝底 座、滾珠絲桿副、直線導(dǎo)軌副、伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)，運(yùn)動(dòng)縱軸的安裝底座固定安裝在機(jī)器基座上， 運(yùn)動(dòng)橫軸的安裝底座通過運(yùn)動(dòng)縱軸的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件與運(yùn)動(dòng)縱軸的直線導(dǎo)軌副的 滑塊固定連接，以使得運(yùn)動(dòng)縱軸的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)可以帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)橫軸運(yùn)動(dòng)，垂直電機(jī)安裝底 座通過運(yùn)動(dòng)橫軸的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件與運(yùn)動(dòng)橫軸的直線導(dǎo)軌副的滑塊固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，其特征是打腳機(jī)構(gòu)包括 垂直電機(jī)、垂直電機(jī)底座、聯(lián)軸器、垂直電機(jī)的絲桿及垂直電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連 接件、垂直導(dǎo)軌及垂直導(dǎo)軌安裝面、連接垂直導(dǎo)軌的滑塊、打腳電機(jī)及打腳電機(jī)底座和打腳 頭；打腳機(jī)構(gòu)的垂直電機(jī)安裝在垂直電機(jī)底座上，聯(lián)軸器軸聯(lián)垂直電機(jī)的絲桿，垂直電機(jī)的 絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件分別與打腳電機(jī)底座、連接垂直導(dǎo)軌的滑塊固定連接，連接 垂直導(dǎo)軌的滑塊在垂直導(dǎo)軌上滑動(dòng)，垂直導(dǎo)軌安裝在垂直導(dǎo)軌安裝面上并且該安裝面固定 在垂直電機(jī)底座上，垂直電機(jī)的絲桿的滾珠絲桿-導(dǎo)軌連接件與連接垂直導(dǎo)軌的滑塊、垂 直導(dǎo)軌一起作用，限定當(dāng)垂直電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)打腳電機(jī)底座上下運(yùn)動(dòng)，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)打腳機(jī)構(gòu)始終跟隨PCB板上方的貼插頭機(jī)構(gòu)只在水平貼插區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，垂直電機(jī) 用于執(zhí)行打腳動(dòng)作時(shí)將打腳電機(jī)底座頂起，打腳電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)打腳頭旋轉(zhuǎn)使得LED管腳彎 曲固定在PCB板上從而完成打腳動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，其特征是貼插頭機(jī)構(gòu)包括4個(gè)貼裝頭和4個(gè)插件頭及多個(gè)LED吸嘴和貼片型通用吸嘴，貼裝頭和插件頭間隔裝配， 其中插件頭采用LED吸嘴，LED吸嘴下半部分為圓柱形，底部開有內(nèi)腔，內(nèi)腔頂部為半球形， 下部為圓柱形，LED吸嘴上部兩邊開有凹槽用來與插件頭吸嘴固定簧片連接以固定吸嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)，其特征是控制系統(tǒng)采用 DCS集散控制方式，包括PC機(jī)主控系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、圖像采集處理系統(tǒng)、光源控制系統(tǒng) 和IO控制板，PC機(jī)主控系統(tǒng)通過PCI總線直接控制伺服控制系統(tǒng)、圖像采集處理系統(tǒng)，通 過一塊帶4個(gè)通訊端口的通訊卡控制IO控制板，其中伺服控制系統(tǒng)控制全自動(dòng)LED及元器 件貼插一體機(jī)中的全部伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)，圖像采集處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集PCB及所吸取元件的圖 像進(jìn)行處理并給出貼插頭的位置和角度修正量；IO控制板包括光源IO控制板、喂料平臺(tái)IO 控制板、頭板IO控制板，分別對(duì)光源控制系統(tǒng)、喂料平臺(tái)、頭板進(jìn)行控制。
7.權(quán)利要求2 6任一項(xiàng)所述的全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)的運(yùn)行方法，其特征 是包括如下步驟控制系統(tǒng)根據(jù)元件的吸取位置偏差和吸取角度偏差自動(dòng)計(jì)算待貼插元件 的最終X、Y貼插位置及貼插頭旋轉(zhuǎn)角度；之后貼插頭機(jī)構(gòu)在X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服運(yùn)動(dòng)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)到PCB板待貼插位置上方，貼插頭機(jī)構(gòu)的垂直方向伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)貼插頭 機(jī)構(gòu)下降到指定高度，所述垂直方向與X-Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的X軸、Y軸都垂直，貼插頭機(jī)構(gòu)在 預(yù)定位置放下元件，進(jìn)行貼插；進(jìn)行貼片元件貼片時(shí)，打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及打腳機(jī)構(gòu)均不動(dòng) 作；進(jìn)行LED插件動(dòng)作時(shí)，在貼插頭機(jī)構(gòu)吸取元件完成并運(yùn)動(dòng)到水平貼插區(qū)內(nèi)時(shí)，打腳機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的伺服運(yùn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)打腳機(jī)構(gòu)始終跟隨PCB板上方的貼插頭在水平貼插區(qū)內(nèi)運(yùn) 動(dòng)，使打腳機(jī)構(gòu)和當(dāng)前待插件的插件頭同步到達(dá)LED待插處，在插件頭的LED吸嘴放下元件 的同時(shí)，同步動(dòng)作的打腳機(jī)構(gòu)的垂直電機(jī)將打腳電機(jī)底座頂起，之后打腳電機(jī)帶動(dòng)打腳頭 旋轉(zhuǎn)，使得LED在PCB板下面露出的管腳彎曲從而使其固定在PCB板上，完成LED元件的組 裝。
全文摘要
本發(fā)明公開全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)及其運(yùn)行方法，該一體機(jī)是在原有貼片機(jī)的基礎(chǔ)上，通過增加打腳機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、打腳機(jī)構(gòu)、LED吸嘴，并更新控制系統(tǒng)的功能，將元件的貼裝和插件兩道工藝技術(shù)結(jié)合，形成全自動(dòng)LED及元器件貼插一體機(jī)。所述方法包括控制系統(tǒng)根據(jù)元件的吸取位置偏差和吸取角度偏差確定貼插位置及貼插頭旋轉(zhuǎn)角度；再通過貼插頭機(jī)構(gòu)進(jìn)行LED插件動(dòng)作時(shí)，同時(shí)通過打腳機(jī)構(gòu)進(jìn)行打腳，使得LED在PCB板下面露出的管腳彎曲從而使其固定在PCB板上，完成LED元件的組裝。本發(fā)明將貼裝和插裝兩道工藝集合于一臺(tái)機(jī)器上，將絲印、貼裝、回流焊、檢測到插裝、波峰焊、檢測的傳統(tǒng)工藝簡化，具有高效、節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05K13/04GK102065674SQ201010191258
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者元俊, 胡躍明, 袁鵬 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)