新型自动平行缝焊设备机构设计

2019-07-01闫旭冬丁永生

山西电子技术 2019年3期

闫旭冬，赵雷，丁永生

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

平行缝焊机是微波毫米波器件、混合电路及光电器件等军用核心电子器件气密封装工艺的后道必需设备，该设备为核心电子器件小型化、轻量化、高可靠、长寿命等高技术要求提供可靠的管壳封装工艺[1]。

目前诸多厂商依靠半自动设备对管壳及盖板进行人工对位的生产方式很大程度上增加了人员劳动强度，此外由于人为干预因素，对位质量及产品表面清洁度不能很好保证。而目前已有的全自动设备虽然效率大大提高，但更换不同产品时，需要对设备诸多机构进行更换，期间装配及再次调试时间较长，所需人员专业度较强，因此对不同产品的兼容性较差[2-4]。

本文中提出的一种高兼容自动平行缝焊方式很好地平衡了使用半自动设备劳动强度大与使用已有全自动设备对不同产品兼容性差的境况。本文着重对设备中五种功能实现方法进行论述。

1 功能实现

1.1 夹具设计

目前已有的全自动平行缝焊设备主要是针对种类较为单一且批量较大的产品，当产品变化时需要更换的工时及人力较大。本文中提出的以托盘为传输单元，如图1所示。针对不同尺寸产品，该设备只需要按照一定设计要求更换相应托盘即可，大大降低了更换周期及调试人员专业度。将管壳与相应尺寸大小的盖板摆放到托盘中，整个设备以托盘为传输载体，进行热处理、自动上料、自动点焊、自动阵列缝焊、自动出料等工序。

图1 托盘设计简图

1.2 多向传输装置设计

如上所述，通过如图2所示的多向传输装置对上述托盘载体进行整体传输。该传输装置由底部到顶部依次可实现任意方向旋转(θ)、上升与下降(Z)、伸出与收回(X)的功能。该机构结构紧凑，尤其是实现X方向运动的机构具有较大的运动行程。该机构对微电子行业小型化机构设计有一定的借鉴作用。

图2 多向传输装置设计简图

1.3 自动点焊机构设计

自动平行缝焊首先必须克服的技术难点在于管壳与盖板的自动精确对位。目前实现二者精确对位的方法有以下两种思路：一是通过一定的机械结构对管壳或者盖板其中之一进行位置精确化，而对另外之一通过视觉定位得到相对偏差值，最终通过运动机构进行精确对位；二是通过视觉系统分别对管壳及盖板进行位置记录，通过一定算法计算得到二者偏差值，最终通过运动机构实现二者精确对位。

针对上述两种对位思路分析，第一种思路需要通过一定的机械装置将盖板或者管壳进行位置精确化，这就增大了机构设计的复杂性。因此提出本文的设计思路:通过一套视觉系统分别对托盘中管壳与盖板的位置进行识别，通过计算得到二者的偏差值，最终由运动机构实现自动对位。

文中可实现上述对位功能的点焊机构如图3所示。具体功能实现过程如下：1) 对托盘中的管壳位置进行视觉识别；2) 对托盘中的盖板位置进行视觉识别，并通过吸嘴对其进行吸取；3) 通过一定的算法得到二者的偏差值，通过运动机构克服其偏差值，同时通过点焊电极轮对二者进行单点焊。4) 对经过点焊的半成品进行视觉识别，判断二者的对位精度是否满足下一工序的阵列缝焊。若精度超出设定值，则对该半成品进行位置记录，在下一步的阵列缝焊中不对该半成品进行操作。

图3 点焊机构设计简图

1.4 自动阵列缝焊机构设计

该结构装置可对上述托盘中经过点焊的半成品进行阵列双向焊接。阵列缝焊考验设备焊接电源和缝焊电极轮的持续缝焊能力。经过试验验证，其中影响其能力的主要原因是电极轮的发热严重。后期主要通过增加散热块及通过风冷装置降低电极轮在焊接过程中的过热现象。

图4 自动阵列缝焊机构设计

1.5 托盘传输卡紧装置

图5 托盘传输卡紧装置设计简图

多向传输装置可将整个托盘传输到如图5所示的托盘传输卡紧装置。由于在阵列缝焊的过程中缝焊电极轮施加到每个管壳半成品上约1.5 kg，因此必须将托盘在缝焊过程中加以固定。该机构可通过双气缸在最低点的位置，利用两侧挡板的压力将托盘整体加以固定。此外，该结构可通过销钉作用使托盘旋转90°，以满足缝焊中短边方向阵列缝焊。