微型步进马达FPC与定子组自动焊锡设备设计

廖新明

（日本电产三协电子（东莞）有限公司，广东东莞 523325）

0 引言

随着企业生产成本的增加，各行各业秉持机械换人，把需要重复动作岗位交给机器，从而降低成本。微型步进马达FPC与定子组焊锡行业也急需从人工手动焊锡不断改造转换，本文从减少公司人工成本、提升自动焊锡方向出发，设计研发双焊锡烙铁头及双工位受台，独特的自动焊锡烙铁头设计，提升了本行业FPC与定子组自动焊锡良品率，逐步向智能制造业迈进。为此，本文从自动焊锡出发，探究微型步进马达FPC与定子组创新成果。

1 FPC与定子组自动焊锡方案

定子组FPC自动焊锡[1]始终以提升产品品质、提高生产效率和减少工人劳动量为目的，采用双轴导轨[2]和机械手移送为基本思路，同时设备出现故障时以快速维修为调整中心，最终在优化设计、通力协作、有序运行前提下，实现设备每天最高工作效率生产，减少公司运营成本。

微型步进马达定子组FPC焊锡由3个部件构成：FPC、保护盖、定子组（线圈1、双铁心、线圈2、单铁心）。如图1所示。工艺流程依次按顺序组装、人工组装部件、自动焊锡机进行焊锡作业。

图1 微型步进马达定子组FPC焊锡机

1.1 设备整体

定子组FPC自动焊锡机主要由机械手、温控器（温度控制中心、烙铁组、精密锡丝切割与送锡机）、机加工零件、光感元件、市购品标准件、气动元件等部分组成，如图2所示。

图2 定子组FPC自动焊锡机

1.2 自动焊锡工艺困难点

（1）移送精度不足时，自动焊锡无从谈起，所以机械手移送精度为首要条件。

（2）烙铁头先端形状不同，会造成假焊、漏焊、连焊等众多不良多发，如图3所示。

图3 FPC与定子组焊锡不良实物照片

（3）部件FPC焊盘加工精度差异，造成焊锡品质问题发生。

（4）因FPC材质较软，组装时因治具问题不能完全组入，造成焊锡不良。

2 重要机构

2.1 焊锡

焊锡机构由双头烙铁头、清洁机构及烟雾排气机构组成，如图4所示。

图4 焊锡机构

2.1.1 双烙铁焊锡

（1）经过使用手工焊锡烙铁头发现，烙铁头先端焊锡位置[3]及焊锡方向对焊锡品质有重要影响，会造成未焊锡、焊锡不足、尖焊等不良现象多发，所以经过多次检讨会议及研究重新设计，以满足自动焊锡设备达到高品质、高产能需求，如图5所示。

图5 双烙铁焊锡机构

（2）烙铁头角度可行性研究

为了确保定子组与FPC焊锡的品质，减少焊锡再修理次数，同时延长烙铁头寿命[4]，使用同设备相同设定温度，通过图6所示1、2、3种烙铁头实验研究后，第1种烙铁头底部很容易粘锡并且烙铁头较多大，更换烙铁头时可调整性不足；第2种烙铁头焊锡端面与端子距离过大，上锡困难；第3种烙铁头端面与端子距离适中，可调整性有，满足FPC与定子组自动焊锡时需求。

2.1.2 清洁机构及烟雾排气机构

自动焊锡烙铁头焊锡完产品后，烙铁头会残留焊锡，再次作业时会导致烙铁头焊锡过多，造成焊锡不良。因此为了减少此项因素而导致的产品不良，此设备特别增加清洁机构，在焊锡时进行烙铁头清洁，同时也可以保证烙铁头加热锡丝熔化效果。工人组装好待焊锡定子组与FPC后，按压开始开关，程序自动进行双头烙铁头锡丝进给，使得烙铁头附着熔化锡丝后进行吹气清洁，同时烟雾排气机构持续把产生的烟雾排出室外，减少工人人体危害。

图6 烙铁头角度检证

2.2 FPC焊盘寸法对自动焊锡的影响分析

手工焊锡时工人拿取烙铁角度视焊锡效果目视可调整，自动焊锡时因机械手带动烙铁自动运行位置固定，焊盘不饱和时假焊、包焊、尖焊等不良多发，分析后对FPC焊盘进行设计变更，把焊盘寸法进行调整，使得自动焊锡时焊锡能快速铺满焊盘，提升良品率。如图7所示。

图7 FPC焊盘寸法改善

2.3 锡丝切割机

在自动焊锡工作中发现，焊锡时锡丝熔化过程中会产生飞爆锡珠颗粒及助焊剂，导致焊锡不良。特在设备中增加锡丝切割机将锡丝从中间切开1/2深的槽，使锡丝内部与外界空气接触，焊接时未产生微小封闭空间，则可以避免爆锡现象产生，减少焊锡不良品返修，提升设备焊锡效率。如图8所示。

图8 锡丝切割机

3 控制系统

控制系统由三菱PLC FX3G[5-7]和威纶触摸屏MT8100IE[8]组成。设备操作分手动调整模式和自动焊锡模式，运用威纶触摸屏对各焊锡点独立控制和位置补正，消减每次更换新烙铁头后调整设备时间，只需要对烙铁头位置确认后做适当参数修正，即可生产。

手动调整模式是为烙铁头更换或设备故障调机及设备初始调整使用，通过图2所示手柄接口，技术人员操作手柄手动调整焊锡行走路线及焊锡位置后，输入具体的位置参数至触摸屏，保存后复位设备即可按照最新的设置程序运行。为了确保生产运行安全，FPC与定子组自动焊锡机在自动模式下不可操作触摸屏。

4 设备测试及解决的关键技术

4.1 设备运行测试

自动焊锡机的实际测试步骤：（1）接通机器的电源，并检测温控系统；（2）通过触摸面板系统设置确认相应参数；（3）机械手开始工作，依次交替运行左、右焊锡号位；（4）焊锡完成品，取出焊锡成品；（5）将合格品放入良品盒，不合格品放入不良品盒；（6）焊锡一定数量完成，关闭设备，记录实验结果。测试结果如表1所示。

表1 定子组与FPC自动焊锡机实测结果

4.2 关键技术

实施过程中主要解决了以下关键技术。

（1）机械手运行精确性得到保障，由伺服马达提供动力，通过精密线轨及控制系统的结合，在整个运行过程中，不但可以确保机械手的稳定运行，而且可以高效、准确、便捷地完成整个自动焊锡工作过程。

（2）精确的锡丝移送装置，使得焊锡时锡丝移送量得以确保，同时在移送过程中进行锡丝V型切割，避免焊锡时飞爆发生，此项设计提升了自动焊锡时良品率。

（3）高精度的双导轨为自动焊锡品质提供了更好的保障，可以精确移送控制每个焊锡部件的焊锡精度，提高了作业衔接性和工作效率。

（4）独特的双烙铁头设计工艺，解决了微型步进马达FPC与定子组自动焊锡的空白，为后续全自动焊锡提供了必要的保障。

（5）通过对FPC焊盘的重新设计改善，结合设计专用烙铁头配合，达到FPC与定子组自动焊锡的目的。

5 结束语

本文解决了机械手、锡丝移送精度问题，独特的双焊锡烙铁头及专用烙铁头的设计，实现了微型步进马达FPC与定子组的自动焊锡。目前市场上有众多自动焊锡机，适用于专业领域的设备还需深入研究，各行业自主研发设备推动着电子产业迅速发展，实现产品的精密生产和批量生产。重要的是可以有效地缓解劳动力短缺，改善工人的工作环境，同时自动焊锡机的研发促使高技能人才不断地成长。