一种带自动检测功能的SMT备料装置

徐平凡，李 海，徐鸣利，黄 健

（1.中山职业技术学院 机电工程学院，广东 中山 528404；2.中山市松联电子科技有限公司，广东 中山 528408）

0 引言

SMT（Surface Mounted Technology表面贴装技术）贴片机是一种通过移动贴装头把表面贴装元器件准确放置在PCB焊盘上的一种设备。在贴片过程中，为了提高工作效率，需要提前备料。现有的SMT备料，一般通过人工方式进行备料，但人工备料有时会使得贴装头吸料位置不正确，材料空格多或备料器没有推到位，导致SMT设备故障率高和挡机（或停机、死机）时间长等问题，降低了生产效率，而占用较多的车间空间。针对此问题，国内很多文献提出不同的解决措辞，归纳后主要有：

（1）采用先进智能仓储和物流控制系统[1-2]，可以提高整个物料供应准备效率，但SMT人工备料问题没有解决；

（2）采用特殊机械结构设计[3-4]，结构复杂后期升级改造难；

（3）采用AGV小车代替人工[5-6]，有一定的借鉴作用，但价格昂贵，维护成本高。

为解决以上问题，设计了一种应用于SMT贴片机的备料装置，通过吸料检测系统、位检测系统、Feeder检测系统和视觉检测系统等自动检测吸料位置，减少或避免备料吸料位置不正确的问题，降低报错率和挡机时间，从而降低生产成本。

1 整体机械设计

设计的备料装置，包括机架以及设于机架的吸料检测机构、固定机构、车位检测机构、Feeder送料器检测机构、防护罩和触摸屏，如图1所示。

机架包括一置物空间，以供备料车沿y轴方向至少部分推入置物空间内；吸料检测系统包括电机、丝杆、x轴方向导轨、安装部件和视觉检测镜头，安装部件与导轨滑动连接并可沿导轨在x轴方向移动，视觉检测镜头设于备料车的上方且用于检测吸料位置。备料车沿y轴方向至少部分推入置物空间内，机架包括沿x轴方向延伸的多个横梁、沿y轴方向延伸的多个纵梁以及沿z轴方向延伸的多个竖梁。机架的底部设有多个移动轮和多个螺丝脚垫，方便机架的移动。

图1 整体结构图

2 吸料检测装置的设计

如图2所示为吸料检测装置，包括电机、与电机连接的丝杆、x轴方向延伸的导轨、与丝杆连接的安装部件、与安装件连接的视觉检测镜头。丝杆包括螺杆和各类固定部件。

图2 吸料检测装置正面结构图

沿x轴方向设置有两条导轨，丝杆位于两条导轨之间。导轨横梁沿x轴方向的两端分别有限位块，安装部件可在两个限位块之间移动。限位块固定于横梁。安装件与导轨滑动连接并可沿导轨在x轴方向移动。视觉检测镜头设于备料车的上方且用于检测吸料位置，视觉检测镜头为现有的检测镜头。

在检测时，电机驱动螺杆转动，带动螺母在x轴方向上移动，从而驱动安装件和视觉检测镜头在x轴方向移动。视觉检测镜头通过沿x轴的移动检测，从而准确地对Feeder送料器的贴片元器件进行检测以确保贴装头在正确的位置进行吸料。备料车沿y轴推入机架，通过设置可沿x轴移动的视觉检测镜头，可对备料车上的物料进行移动检测，可确保贴片机的贴装头吸料位置的正确性，降低报错率，节约挡机成本，并且不额外占用车间空间。

3 备料车的结构改进

备料车承载有Feeder送料器，贴片元器件安装在Feeder送料器上，Feeder送料器为贴片机提供元件进行贴片。备料车设有推杆且其底部设有滑轮，如图3所示。

图3 装料车的结构图

4 整体结构设计

如图4所示为备料装置的整体结构图，沿x轴方向设置有两个固定气缸，分别位于备料车的两侧，两个固定气缸的伸缩杆相向移动以锁紧备料车。车位检测系统用于检测备料车是否到位。车位检测机构可以包括行程开关。当备料车推入置物空间时，备料车与行程开关触碰即可触发开关信号，从而确定备料车到位。

图4 装置整体结构图

Feeder送料器检测系统用于检测Feeder送料器是否到位，备料车在推动过程中，Feeder送料器也会随之移动。Feeder送料器与行程开关触碰即可触发开关信号，从而确定Feeder送料器到位。置物空间内设有第一横梁和第二横梁，车位检测系统的行程开关设于第一横梁，Feeder送料器检测机构的行程开关设于第二横梁。

整个装置使用24 V电源，通过触摸屏设置工作模式。人工将物料安装至备料车，并将其沿y轴方向推入机架的置物空间内，车位检测系统检测备料车到位，发出信号，使得两个固定气缸启动并锁紧备料车。同时，Feeder送料器检测系统检测是否到位，电机带动视觉检测镜头沿x轴方向移动对Feeder送料器进行移动检测，自动检测吸料位置。如果触摸屏提示NG（工作不良），则进行人工处理，通过触摸屏重新设置，以进行下一轮的自动检测。

5 试用验证

为了验证设计的可行性，完成了设备的设计与制造，并应用到中山市某电子产品制造公司，经过近1个月的调试和试运行，改造前后对比数据见表1。

表1 改进前后数据对比

改造前，贴片机备料全部由人工完成，人工备料易出现贴装头吸料位置不正确，材料空格多使得备料器没有推到位，不仅导致安装到SMT机台上报错率高，而且挡机的时间长。并且位置若有偏差会损坏电路板上的元器件，对人工的熟练程度要求很高，因为人为原因造成的次品率达12‰。改进后，人工介入比较少，且对操作工人的要求不高，每次更换插贴产品，只需花3~5 min肉眼检测一遍就可以，大大降低了劳动强度，同时降至次品率＜3‰，达到合同验收指标。

6 总结

为解决人工备料带来的错误问题，设计了一种应用于SMT贴片机的备料装置，包括吸料检测机构、车位检测机构、Feeder送料器检测机构和视觉检测系统。备料车沿y轴方向推入置物空间内，吸料检测机构与丝杆沿x轴方向延伸，视觉检测镜头与导轨滑动连接并可沿导轨在x轴方向移动，视觉检测镜头可自动检测吸料位置，检测装置可通过触摸屏进行操作，车位检测机构检测备料车是否到位，电机带动视觉检测镜头自动检测吸料位置，大大减少或避免备料吸料位置不正确的问题，降低了报错率和挡机时间，从而降低生产成本。该设备已应用到实际生产中，整个过程无需人工检测，次品率从12‰大幅度下降至3‰，各项技术指标较好。