CN103521392B - 一种全自动点胶机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动点胶机器人，其特征在于，它包括点胶机器人主机、点胶机编程器和点胶控制器，点胶机器人主机包括机架及其上设置的主控制***、连接于主控制***输出端的驱动***、由驱动***带动的配有电机的机械传动装置、配有点胶套头的胶桶、胶桶夹具，机械传动装置连接胶桶夹具，胶桶连接有驱使胶桶内的胶水流出点胶套头的气体驱动***，气体驱动***与点胶控制器连接，并由点胶控制器进行控制，点胶机编程器连接于主控制***的信号输入端。本发明结构简单，操作方便，具有良好的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及电子封装设备技术领域，更具体的是涉及一种点胶机器人。
背景技术
随着电声电子封装技术的发展，点胶技术作为先进电子制造中的主要工艺，成为重要的科学技术问题之一。点胶（Dispensing）工艺，是将理想大小的微量流体（比如焊剂、导电环氧树脂或粘连剂等）点在工件(芯片，电子元器件等)的合适位置上以实现元器件之间机械或电气的可靠连接。把一定量的胶体点胶到工件上看起来是件很简单的工作，然而由于点胶过程涉及到气体、液体等多种介质，所用的粘接剂为非牛顿流体，其复杂多变的性能使得点胶的性能和质量难以保证。对胶点不断提升的要求不仅激发了制造商研究新的点胶方法，而且也触发了他们在理论和实践上对点胶技术进行更为深入的研究，实现高精度、高稳定性的点胶。目前，点胶工艺已经是电声器件行业，医疗器材制造业，光纤通信设备制造业以及其它微电子工业制造领域的重要工艺之一。
作为电声器件的最关键的工序之一就是点胶技术，目前国内大部分电声器件的厂家还是以手工点胶为主，这样大大将低了生产效率和产品的一致性。
在点胶技术中，根据点胶头与点胶工件是否接触可以分为接触式点胶和非接触式点胶。接触式点胶根据点胶头的类型又可以分成如下几种：
时间/压力型点胶技术，由于时间/压力型点胶技术采用脉动的空气压力和针管实现对胶水流体的控制，因使用控制简单易于实现。优点：经济、操作方便，适用性好，方便清洗，可用于变压器、扬声器、芯片、塑料壳体等各种物件。缺点：采用脉动压缩空气工作会加热胶体并改变其粘度和胶体大小；随着针筒内的胶量改变，点出的胶量会随着变化，响应速度慢。
螺杆计量泵点胶技术，采用新设计的点胶头来提高点胶性能。典型的计量泵为阿基米得计量管。点胶过程是采用恒定的气压使胶体流入螺纹空隙，电机带动螺杆使胶水从针头流出。优点：控制简单，适用的胶体较广；可以软件编程决定点出的胶量，控制灵活且精确度比时间/压力型高，有较高的一致性。同时，采用移动式点胶头的方法能够持续不停地旋转螺杆就可以很容易地画出圆和线。缺点：这种技术对胶体粘度同样比较敏感，螺纹反复旋转会降低粘度；点胶量一致性受到液面高度、气压、胶体粘度、温度等影响。
活塞泵点胶技术采用类似活塞－气缸的机构来点胶。点胶过程是采用恒定的气压使胶体流入到开口的气缸中，然后由电机驱动的活塞会将气缸密闭并产生运动，直到将腔中的流体全部从点胶头挤出。优点：点出胶量一致性较好；对胶体粘度、温度、和压力不敏感。缺点：利用机械运动来点胶，速度不快；点胶量大小不好调节。
以上介绍的是三种接触式点胶，由于这种点胶针尖和被点胶工件之间的距离对点胶效果具有很大的影响。
目前，国外工业全自动点胶设备的技术比较成熟，主要生产商有日本的武藏(MUSASHI)、岩下IEI（IWASHITA），韩国的世宗、磐石（BANSOEK），美国的飞士能等公司，其中日本武藏公司的点胶机在国内占据着比较大的市场份额，但是功能还不是很完善，人机交互界面的操作***是英文***，国内的操作人员很难适应，且国外产品售价比国内产品的售价要高出1/3左右，难以满足国内企业的要求。点胶技术方面，目前国外厂商大部分都采用接触式点胶，主要用时间压力型对胶进行控制，虽然非接触式点胶技术比较先进，但是价格高昂，不能满足国内普遍市场的需要。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种结构简单，制造成本低，操作控制方便的全自动点胶机器人。
本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种全自动点胶机器人，其特征在于，它包括点胶机器人主机、点胶机编程器和点胶控制器，点胶机器人主机包括机架及其上设置的主控制***、连接于主控制***输出端的驱动***、由驱动***带动的配有电机的机械传动装置、配有点胶套头的胶桶、胶桶夹具，机械传动装置连接胶桶夹具，胶桶连接有驱使胶桶内的胶水流出点胶套头的气体驱动***，气体驱动***与点胶控制器连接，并由点胶控制器进行控制，点胶机编程器连接于主控制***的信号输入端。
作为上述方案的进一步说明，气体驱动***包括空气压缩机及其上连接的气路，气路连接胶桶；点胶控制器的信号输出端连接有电气比例阀和两位三通电磁阀，电气比例阀连接于点胶控制器和两位三通电磁阀之间，两位三通电磁阀设置在气路中，控制气路的通断，两位三通电磁阀的其中一通路连接有真空发生器，用于控制胶桶内的气体回吸。
所述主控制***由运动控制芯片、总线驱动器、数字信号处理器连接组成，数字信号处理器设置有串行口通信端、I/O口、连接有键盘、LED显示装置、Flash储存器和RAM。
所述驱动***采用电机驱动芯片，其脉冲信号输入、方向信号输入、细分输入和半流控制均由主控制***的运动控制芯片输出控制。
所述点胶机编程器由嵌入式计算机***、电源模块、显示器、储存器组成，电源模块连接于嵌入式计算机***的电源输入端，嵌入式计算机***连接有键盘接口和串口通信接口。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
1、本发明采用由点胶机器人主机、点胶机编程器和点胶控制器组成的点胶机器人，采用非接触点胶方式，以气体驱动***驱动胶桶的点胶套头出胶，不需要Z轴方向的运动，极大了缩短了点胶周期，且不需考虑针尖和PCB板之间距离对点胶质量的影响，一致性也有所提高，实现机器人技术在点胶领域的应用，进一步拓宽的机器人的应用范围，能提高劳动生产率和自动化装备水平。
2、本发明采用DSP（数字信号处理器）技术和运动控制技术，构建一个高性能的运动控制器，充分利用DSP的资源和运算的高速性，以机器人末端运行轨迹的速度为目标函数进行合理梯形和S形速度轨迹规划，然后对机器人进行速度控制，采用插补方法对机器人的末端示教轨迹进行位置控制，实现点胶机器人的位置和速度的双重控制，这样可以提高机器人末端运行轨迹的稳定性和重复精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的连接控制原理图；
图3为本发明的点胶机主控***技术原理框图；
图4为本发明的点胶机驱动***技术原理框图；
图5为本发明的点胶示教编程器原理框图；
图6为本发明的点胶控制器控制原理框图。
附图标记说明：1、胶机器人主机1-1、机架1-2、主控制***1-21、运动控制芯片1-22、总线驱动器1-23、数字信号处理器1-231、串行口通信端1-232、I/O口1-233、键盘1-234、LED显示装置1-235、Flash储存器1-236、RAM1-3、驱动***1-4、电机1-5、机械传动装置1-6、点胶套头1-7、胶桶1-8、胶桶夹具1-9、气体驱动***1-91、电气比例阀1-92、两位三通电磁阀1-93、真空发生器2、点胶机编程器2-1、嵌入式计算机***2-2、电源模块2-3、显示器2-4、储存器3、点胶控制器
具体实施方式
如图1-图6所示，本发明一种全自动点胶机器人，它包括点胶机器人主机1、点胶机编程器2和点胶控制器3，点胶机器人主机1包括机架1-1及其上设置的主控制***1-2、连接于主控制***1-2输出端的驱动***1-3、由驱动***带动的配有电机1-4的机械传动装置1-5、配有点胶套头1-6的胶桶1-7、胶桶夹具1-8，机械传动装置1-5连接胶桶夹具1-8，胶桶1-7连接有驱使胶桶内的胶水流出点胶套头的气体驱动***1-9，气体驱动***与点胶控制器3连接，并由点胶控制器3进行控制，点胶机编程器连接于主控制***的信号输入端。其中，气体驱动***1-9包括空气压缩机及其上连接的气路，气路连接胶桶；点胶控制器的信号输出端连接有电气比例阀1-91和两位三通电磁阀1-92，电气比例阀连接于点胶控制器3和两位三通电磁阀1-92之间，两位三通电磁阀设置在气路中，控制气路的通断，两位三通电磁阀的其中一通路连接有真空发生器1-93，用于控制胶桶活塞的回吸复位。主控制***1-2由运动控制芯片1-21、总线驱动器1-22、数字信号处理器1-23连接组成，数字信号处理器1-23设置有串行口通信端1-231、I/O口1-232、连接有键盘2-233、LED显示装置2-234、Flash储存器1-235和RAM1-236。
驱动***1-3采用电机驱动芯片，其脉冲信号输入、方向信号输入、细分输入和半流控制均由主控制***的运动控制芯片输出控制。
所述点胶机编程器2由嵌入式计算机***2-1、电源模块2-2、显示器2-3、储存器2-4组成，电源模块连接于嵌入式计算机***的电源输入端，嵌入式计算机***连接有键盘接口和串口通信接口。
本发明申请人在研究点胶工艺操作的过程中，发现三个问题：第一，被涂工件很小，容易掉入点胶机壳体内部，造成设备损坏或者安全问题；第二，大部分胶对点胶机的壳体有腐蚀作用，容易损坏设备或者造成外观破损；第三，由于点胶设备放置在生产线上，目前点胶设备体积都比较大，生产线放置不下，而且操作台面比较高，操作工人操作时间长容易引起疲劳。针对上述几个问题，对点胶机的整体结构进行了优化设计，在点胶机器人主机的工作台面设计密封结构，防止工件掉入设备中，点胶机器人主机的壳体采用不锈钢材料和不锈钢的金属键盘，解决了胶对壳体腐蚀的问题，以点胶机器人主机体积为函数，长、宽、高为变量进行优化设计，设计了世界上该行程体积最小的点胶机，基于人机工程学原理，降低了点胶机的工作台面高度，仅仅为80mm，大大减少了操作工人的疲劳感。
本发明采用根据点胶机的驱动、控制、传动元件和加工装配的精度，提出全程误差标定的方法，减少误差，与现有减少机械加工和装配误差常用的通过高精度的驱动、控制、传动元件提高点胶精度，而造成成本增加很多的技术相比，本发明技术可以将点胶机的定位精度和重复定位精度提高1倍，解决点胶机定位精度差的问题，而且不会大幅度增加成本。
本发明在点胶机编程器的示教编程时要建立工件坐标系,点胶针头的运动是在工件坐标系里进行的；而在点胶机涂工件时，点胶针头是在机器人坐标系中运动的。将两个坐标系联系起来,使点胶针头按工件坐标系的运动轨迹运动,其方法就是通过调整基点来实现,即确定点胶针头点在工件坐标系中的起始位置,这个位置就称为基点。当操作过程中更换针头时会引起针头位置发生偏移，此时利用针头相对基点位置调整的方法，保持针头与工件的相对位置不变，提高点胶的效率和工件的一致性。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种全自动点胶机器人，其特征在于，它包括点胶机器人主机、点胶机编程器和点胶控制器，点胶机器人主机包括机架及其上设置的主控制***、连接于主控制***输出端的驱动***、由驱动***带动的配有电机的机械传动装置、配有点胶套头的胶桶、胶桶夹具，机械传动装置连接胶桶夹具，胶桶连接有驱使胶桶内的胶水流出点胶套头的气体驱动***，气体驱动***与点胶控制器连接，并由点胶控制器进行控制，点胶机编程器连接于主控制***的信号输入端；
在点胶控制过程中，是利用DSP的资源和运算的高速性，以机器人末端运行轨迹的速度为目标函数进行合理梯形和S形速度轨迹规划，然后对机器人进行速度控制，采用插补方法对机器人的末端示教轨迹进行位置控制，实现点胶机器人的位置和速度的双重控制。
2.根据权利要求1所述的一种全自动点胶机器人，其特征在于，气体驱动***包括空气压缩机及其上连接的气路，气路连接胶桶；点胶控制器的信号输出端连接有电气比例阀和两位三通电磁阀，电气比例阀连接于点胶控制器和两位三通电磁阀之间，两位三通电磁阀设置在气路中，控制气路的通断，两位三通电磁阀的其中一通路连接有真空发生器。
3.根据权利要求1所述的一种全自动点胶机器人，其特征在于，所述主控制***由运动控制芯片、总线驱动器、数字信号处理器连接组成，数字信号处理器设置有串行口通信端、I/O口、连接有键盘、LED显示装置、Flash储存器和RAM。
4.根据权利要求3所述的一种全自动点胶机器人，其特征在于，所述驱动***采用电机驱动芯片，其脉冲信号输入、方向信号输入、细分输入和半流控制均由主控制***的运动控制芯片输出控制。
5.根据权利要求1所述的一种全自动点胶机器人，其特征在于，所述点胶机编程器由嵌入式计算机***、电源模块、显示器、储存器组成，电源模块连接于嵌入式计算机***的电源输入端，嵌入式计算机***连接有键盘接口和串口通信接口。
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