PLC控制的激光去飞边机研制
2015-12-28王晓华吴江贤李亚峰
王晓华,吴江贤,李亚峰
(1. 江阴新基电子设备有限公司 江苏 江阴 214400; 2. 江阴职业技术学院 江苏 江阴 214405)
PLC控制的激光去飞边机研制
王晓华1,吴江贤2,李亚峰1
(1. 江阴新基电子设备有限公司 江苏 江阴 214400; 2. 江阴职业技术学院 江苏 江阴 214405)
摘要:介绍一种新型的PLC的激光去飞边机研制。针对激光去飞边机结构、工作原理,结合系统控制、视觉定位与激光扫描系统进行了较详细阐述。该系统是以西门子S7-300为核心开发的,控制系统的控制精度和可靠运行等性能达到满意的控制效果,对工业领域具有非常重要的现实价值。实际运行情况表明,系统运行稳定,能够满足生产的工艺要求。
关键词:激光;去飞边机;研制
0引言
激光去飞边机用于产品塑封后对塑封体外侧残余溢料清除,该去飞边机是条到条的全自动激光去溢料设备,采用单轨道输送设计,其中使用的是目前比较先进的光纤激光发射系统,确保设备的可靠性和高效率以及降低客户运行成本。
1激光去飞边机组成与系统运行
1.1激光去飞边机原理及组成
激光去飞边机(Laser De-flasher)是用于SOT/SOD系列产品塑封后对塑封体外侧残余溢料清除的专用设备。其工作原理是利用铜、镍和树脂塑胶对特定波长的激光具有不同的吸收率这一特性,塑胶树脂能有效吸收激光能量,从而使溢胶灼烧或气化,而L/F框架部分为铜或镀镍表面,对这个波长的激光反射强烈,吸收很少,在较短处理过程中不会有损伤。因此能有效去除溢胶而不伤害L/F基体本身。
激光去飞边机由机架、上、下料机构,L/F传送轨道,吸尘系统、激光系统、视觉定位系统、电气控制及相应控制软件等几个主要部分组成。激光去飞边机涉及一种超薄型集成电路激光去飞边机流道单元装置,包括下流道、流道定位块、旋转轴、轴承座、轴承和流道盖板。下流道中间沿下流道长度方向设置有一流道,流道的左右两边沿下流道长度方向凹设有二条平行的凹槽,二块流道定位块嵌置于所述二条凹槽内,四支旋转轴的一端两两装入二块流道定位块的两端,四支旋转轴的另一端均装有轴承,轴承嵌置于轴承座内,四件轴承座固定连接于下流道的端的左右两边。下流道的左右两侧开设有若干个安装孔,该安装孔内依次安装有弹簧和紧固螺丝,二块流道盖板用内六角螺丝拧紧在下流道顶端面的左、右边。
L/F传送机构包含机架、上/下料机构,L/F传送轨道,吸尘系统、电气控制系统、激光器/吸尘器安装机构等。上下料单元采用单料盒进料方式,BUFFER区长度高于料盒;L/F抓取方式采用真空吸盘从BUFFER区吸至上料传送轨道。顶料采用2级传送,配合BUFFER区,减少更换料盒时间,以保证设备运行的连续性。
激光系统包含光纤激光发生器、光纤、激光器电源、振镜扫描头及控制系统。视觉定位系统包含摄像头(高清、高分辨率)、70倍放大镜头、红外灯、控制软件及系统。激光扫描区传送轨道采用伺服电机控制,以调节轨道宽度,确保L/F准确定位。L/F经上料区O型皮带传送到一次定位区,在该区域有防反检测功能(一旦检测到L/F放反,系统能够自动将L/F踢出传送轨道)。L/F从一次定位区传送到激光扫描区采用伺服电机控制,以保证定位精度,定位后采用特制压板压紧,防止L/F的变形而导致加工区域偏离激光焦点。设备总体框架如图1所示。
图1 设备总体框架
1.2手动控制
手动控制分3部分:上料系统、激光成像系统和下料系统。
上料进料系统:电机正转+电机反转+电机停止,控制上料流道电机M4正/反转及停止运转。上料挡料:控制上料挡料定位气缸动作。上料挡料下位,即气缸在下位,此时气缸不动作。上料挡料上位,即气缸在上位,此时气缸动作。移动压送按钮:控制上料移动压送气缸动作。移动压送上位,即气缸在下位, 压轮在上位,此时气缸不动作。移动压送下位,即气缸在上位,压轮在下位,此时气缸动作。搜原点:上料抓料移动电机M3自动搜索原点,运行到初始抓料位置。前位:上料抓料移动电机M3自动运行到前位,即放料位置。后位:上料抓料移动电机M3自动运行到后位,即抓料位置。抓料下压按钮:控制上料抓料下压气缸动作。抓料下压上位,即气缸在上位,此时气缸不动作。抓料下压下位,即气缸在下位,此时气缸动作。上料真空#1:点击控制上料真空#1启动。
激光成像系统:启动连接,与ILV的通信中断后,“启动连接”按钮显示,点击后手动建立与ILV的通信。调试手动控制激光位置移动。显示与ILV通信是否正常。显示从ILV中发送过来的图像。显示从ILV中发送过来的文本信息。
下料收料系统:电机正转 + 电机停止,控制上料流道电机M4正转以及停止运转。下料挡料:控制下料挡料定位气缸动作。下料挡料下位,即气缸在下位,此时气缸不动作。下料挡料上位,即气缸在上位,此时气缸动作。移动压送:控制下料移动压送气缸动作。移动压送上位,即气缸在下位,压轮在上位,此时气缸不动作。移动压送下位,即气缸在上位,压轮在下位,此时气缸动作。搜原点:下料抓料移动电机M9自动搜索原点,运行到初始抓料位置。前位:下料抓料移动电机M9自动运行到前位,即抓料位置。后位:下料抓料移动电机M9自动运行到后位,即放料位置。抓料下压:控制下料抓料下压气缸动作。抓料下压上位,即气缸在上位,此时气缸不动作。抓料下压下位,即气缸在下位,此时气缸动作。下料真空#1:控制下料真空#1启动。
1.3设备系统自动运行
产品从上料送料料盒经过缓冲区由抓料系统取出送入流道,经过防反检测装置(如果产品放反,系统会自动剔除产品,送入上料废料区),由激光区拉料机构将产品送入激光#1区,产品到位后通知ILV1系统开始成像定位、激光去除溢料。ILV1结束后,激光拉料机构将产品送入激光#2区,通知ILV2系统开始成像定位、激光去除溢料。ILV2结束后,激光拉料机构将产品送到下料抓料区(如果有漏割或是抽检则直接送到下料废料区),抓料机构将产品送入下料收料料盒。
2视觉定位系统
2.1视觉系统检测内容及参数
检测产品:SOT-523 / SOD-523;SOT-723 / SOD-723;SOT-923 / SOD-923。视野(FOV)范围:为10 mm×7.5 mm。切割精度:0到0.05 mm;(产品外边到激光内侧)。设计时需注意整套系统的防尘、防震,包括光源及光源组数,以及提供接口信号模式。
视觉定位系统设计采用在Wire Bonder上成功应用的视觉系统。精确定位是Vision Location系统的重要功能。传统的物体定位采用的是灰度值相关来识别物体。尽管这种技术得到了广泛的应用,但是它在图象品质变差的情况下,就缺乏稳定性(如L/F塑封后氧化变色、框架胶体面及边对红外光的反射造成灰度失真,引起辨识不佳),而几何对象定位法是一种最新的方法,它使用对象的轮廓来识别对象及其特征,用先进的轮廓检测技术来进行识别对象。
视觉系统的分辨率是系统能分辨的最小特征。例如,“1”的视觉范围(FOV)使用一个640 x 480象素的计算机图象将得到1/640的分辨率。实际上,机器视觉算法具有亚象素的能力。也就是说,这些算法能够测量或得出比一个象素更小的单位。Adept的几何对象定位工具能精确到一个象素的1/40,而所有其他视觉系统工具只能精确到一个象素的1/10到1/20。
2.2视觉定位系统的流程
Vision Location在确定胶体正确位置后,视觉系统对第一工作加工区获取图像,并以轮廓为特征给出坐标,通过通讯数据线传输给Laser Scanner,从而激光光束从控制系统所赋予的坐标进行一定规则的切割动作。
视觉系统会给8片产品进行拍照,然后把上图中的两个坐标数据提供出来,前提是视觉系统和激光扫描系统的原点坐标必须是经过标定的同一个原点坐标。该原点坐标标定方法如下:在产品边框处以激光指示点为圆心打十字标记(中心即为激光标准原点),手动将Vision的原点移动到十字标记中心,此处即为激光和Vision的共同原点。
2.3视觉检测
视觉定位系统可以有效地防止因L/F在封装过程中的变形,或是L/F定位孔、定位边有封装树脂微粒或毛刺造成的定位失误,也能防止封装后塑封胶体的微量位移等因素造成去飞边切割的偏移(尽管这也许是在工艺文件许可的范围内)。视觉系统效果图如图2所示。因而采用视觉定位系统能确保激光切割位置的精确度。
图2 视觉系统效果图
视觉系统在定位后将胶体及周围的图像信息保存下来,激光扫描结束后,再次把当前图像与扫描前保存图像比较,如相似值超出许可范围,则判断为漏割(没有去飞边),这就是Vision Check功能。因此,在这台设备中,Vision Location和Vision Check是用同一台摄像机来实现的。
3激光扫描控制系统构成
3.1激光成像系统状态显示
采用当今国际最先进的激光器—光纤激光器,其特点是光电转换效率高(可达30%),比普通激光器如CO2的光电转换效率(10%)要高,比固态激光(Td:YAG)更高,且以纯风冷形式冷却,不需要额外附加冷却水系统,运行更经济。光纤激光器的主要特性是利用脉冲峰值使产品溢料气化,优点是输出功率稳定,但是对铜的表面有轻微的损坏。CO2激光器虽然对铜的表面损坏相对比较小,但是输出功率不稳定。
该设备用2台光纤激光器,分别对一条L/F左右各半进行去飞边处理。这种形式可以简化机构,避免用到分光技术,方便激光的控制(如ON/OFF、功率调节、反馈)提高设备精度,并能使单机产能最大化。采用该激光系统的主要目的是保证设备的高生产能力以及降低设备运行成本 。
3.2激光成像系统参数设置
激光成像系统参数设置界面包括系统参数、#1激光设置、#2激光设置和通信设置4个部分。
1) 系统参数界面
安全门状态按钮:设置安全门使能状态。激光#1工作状态:设置激光#1是否联机运作。激光#2工作状态:设置激光#2是否联机运作。抽检设定:设置自动抽检条数;下料料盒满计数:设置下料料盒满料盒条数,自动更换料盒;确定:确认抽检设定、下料满计数参数;取消:退出界面,系统不作任何修改。
2) #1、#2激光设置界面
#1/#2激光功率:在线更改ILV1/ILV2激光的功率大小。确定发送:发送#1/#2激光功率数值。#1/#2切割次数:在线追加ILV1/ILV2激光的切割次数,在原有次数上增加。确认发送:发送#1/#2激光追加的切割次数。
3) 通信设置界面
通信设置界面主要用于设定ILV1、ILV2的网络参数。包括#1/#2激光服务器IP,#1/#2图像传输端口,#1/#2文件传输端口的设置。
4结语
激光去飞边机涉及一种超薄型集成电路激光去飞边机流道单元装置,包括下流道、流道定位块、旋转轴、轴承座、轴承和流道盖板,本激光去飞边机流道单元装置能起到定位作用。这种类型的设备方便安装调试,并且可方便客户生产多种产品,有效的简化客户在生产中更换产品的步骤和时间,该设备能有效的提高产品品质,降低不良率的产生,减少无效停机时间。
该控制系统的控制精度和可靠运行等性能达到满意的控制效果。实际运行情况表明,系统运行稳定,能够满足生产的工艺要求,在工业领域具有非常重要的现实价值。
参考文献:
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[4] 刘一凡. 建设PLC实验室的探讨[J]. 肇庆学院学报,2003,(5).
Development of Laser De-flasher with PLC
WANG Xiao-hua1,WU Jiang-xian2,LI Ya-feng1
(1. Southern Yangtze University, School of Mechanical Engineering, Jiangyin 214400,China;
2. Jiangyin Vocations University, Jiangyin 214405,China)
Abstract:This paper introduces the development of a new laser de-flasher with PLC. SIMATIC S7-300 series is used as the core of this system. The laser de-flasher is very reliable and used easily and has perfect use value in the Industrial areas. The result of its application shows that the control accuracy and reliability are very satisfactory. This system can run smoothly and meet the technique requirement.
Keywords:laser; deflasher;development
收稿日期:2014-12-02
中图分类号:TP273
文献标志码:B
文章编号:1671-5276(2015)03-0201-03
作者简介:王晓华(1969-),男,江苏江阴人,工程师,主要从事电气设备开发工作。