王曉華，吳江賢，李亞峰

(1. 江陰新基電子設(shè)備有限公司 江蘇 江陰 214400； 2. 江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 江陰 214405)

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PLC控制的激光去飛邊機(jī)研制

王曉華1，吳江賢2，李亞峰1

(1. 江陰新基電子設(shè)備有限公司 江蘇 江陰 214400； 2. 江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 江陰 214405)

摘要：介紹一種新型的PLC的激光去飛邊機(jī)研制。針對激光去飛邊機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理，結(jié)合系統(tǒng)控制、視覺定位與激光掃描系統(tǒng)進(jìn)行了較詳細(xì)闡述。該系統(tǒng)是以西門子S7-300為核心開發(fā)的，控制系統(tǒng)的控制精度和可靠運(yùn)行等性能達(dá)到滿意的控制效果，對工業(yè)領(lǐng)域具有非常重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。實(shí)際運(yùn)行情況表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足生產(chǎn)的工藝要求。

關(guān)鍵詞：激光；去飛邊機(jī)；研制

0引言

激光去飛邊機(jī)用于產(chǎn)品塑封后對塑封體外側(cè)殘余溢料清除，該去飛邊機(jī)是條到條的全自動激光去溢料設(shè)備，采用單軌道輸送設(shè)計(jì)，其中使用的是目前比較先進(jìn)的光纖激光發(fā)射系統(tǒng)，確保設(shè)備的可靠性和高效率以及降低客戶運(yùn)行成本。

1激光去飛邊機(jī)組成與系統(tǒng)運(yùn)行

1.1激光去飛邊機(jī)原理及組成

激光去飛邊機(jī)(Laser De-flasher)是用于SOT/SOD系列產(chǎn)品塑封后對塑封體外側(cè)殘余溢料清除的專用設(shè)備。其工作原理是利用銅、鎳和樹脂塑膠對特定波長的激光具有不同的吸收率這一特性，塑膠樹脂能有效吸收激光能量，從而使溢膠灼燒或氣化，而L/F框架部分為銅或鍍鎳表面，對這個波長的激光反射強(qiáng)烈，吸收很少，在較短處理過程中不會有損傷。因此能有效去除溢膠而不傷害L/F基體本身。

激光去飛邊機(jī)由機(jī)架、上、下料機(jī)構(gòu)，L/F傳送軌道，吸塵系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、視覺定位系統(tǒng)、電氣控制及相應(yīng)控制軟件等幾個主要部分組成。激光去飛邊機(jī)涉及一種超薄型集成電路激光去飛邊機(jī)流道單元裝置,包括下流道、流道定位塊、旋轉(zhuǎn)軸、軸承座、軸承和流道蓋板。下流道中間沿下流道長度方向設(shè)置有一流道,流道的左右兩邊沿下流道長度方向凹設(shè)有二條平行的凹槽,二塊流道定位塊嵌置于所述二條凹槽內(nèi),四支旋轉(zhuǎn)軸的一端兩兩裝入二塊流道定位塊的兩端,四支旋轉(zhuǎn)軸的另一端均裝有軸承,軸承嵌置于軸承座內(nèi),四件軸承座固定連接于下流道的端的左右兩邊。下流道的左右兩側(cè)開設(shè)有若干個安裝孔,該安裝孔內(nèi)依次安裝有彈簧和緊固螺絲,二塊流道蓋板用內(nèi)六角螺絲擰緊在下流道頂端面的左、右邊。

L/F傳送機(jī)構(gòu)包含機(jī)架、上/下料機(jī)構(gòu)，L/F傳送軌道，吸塵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、激光器/吸塵器安裝機(jī)構(gòu)等。上下料單元采用單料盒進(jìn)料方式，BUFFER區(qū)長度高于料盒；L/F抓取方式采用真空吸盤從BUFFER區(qū)吸至上料傳送軌道。頂料采用2級傳送，配合BUFFER區(qū)，減少更換料盒時間，以保證設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性。

激光系統(tǒng)包含光纖激光發(fā)生器、光纖、激光器電源、振鏡掃描頭及控制系統(tǒng)。視覺定位系統(tǒng)包含攝像頭(高清、高分辨率)、70倍放大鏡頭、紅外燈、控制軟件及系統(tǒng)。激光掃描區(qū)傳送軌道采用伺服電機(jī)控制，以調(diào)節(jié)軌道寬度，確保L/F準(zhǔn)確定位。L/F經(jīng)上料區(qū)O型皮帶傳送到一次定位區(qū)，在該區(qū)域有防反檢測功能(一旦檢測到L/F放反，系統(tǒng)能夠自動將L/F踢出傳送軌道)。L/F從一次定位區(qū)傳送到激光掃描區(qū)采用伺服電機(jī)控制，以保證定位精度，定位后采用特制壓板壓緊，防止L/F的變形而導(dǎo)致加工區(qū)域偏離激光焦點(diǎn)。設(shè)備總體框架如圖1所示。

圖1　設(shè)備總體框架

1.2手動控制

手動控制分3部分：上料系統(tǒng)、激光成像系統(tǒng)和下料系統(tǒng)。

上料進(jìn)料系統(tǒng)：電機(jī)正轉(zhuǎn)+電機(jī)反轉(zhuǎn)+電機(jī)停止，控制上料流道電機(jī)M4正/反轉(zhuǎn)及停止運(yùn)轉(zhuǎn)。上料擋料：控制上料擋料定位氣缸動作。上料擋料下位，即氣缸在下位，此時氣缸不動作。上料擋料上位，即氣缸在上位，此時氣缸動作。移動壓送按鈕：控制上料移動壓送氣缸動作。移動壓送上位，即氣缸在下位， 壓輪在上位，此時氣缸不動作。移動壓送下位，即氣缸在上位，壓輪在下位，此時氣缸動作。搜原點(diǎn)：上料抓料移動電機(jī)M3自動搜索原點(diǎn)，運(yùn)行到初始抓料位置。前位：上料抓料移動電機(jī)M3自動運(yùn)行到前位，即放料位置。后位：上料抓料移動電機(jī)M3自動運(yùn)行到后位，即抓料位置。抓料下壓按鈕：控制上料抓料下壓氣缸動作。抓料下壓上位，即氣缸在上位，此時氣缸不動作。抓料下壓下位，即氣缸在下位，此時氣缸動作。上料真空#1：點(diǎn)擊控制上料真空#1啟動。

激光成像系統(tǒng)：啟動連接，與ILV的通信中斷后，“啟動連接”按鈕顯示，點(diǎn)擊后手動建立與ILV的通信。調(diào)試手動控制激光位置移動。顯示與ILV通信是否正常。顯示從ILV中發(fā)送過來的圖像。顯示從ILV中發(fā)送過來的文本信息。

下料收料系統(tǒng)：電機(jī)正轉(zhuǎn) + 電機(jī)停止，控制上料流道電機(jī)M4正轉(zhuǎn)以及停止運(yùn)轉(zhuǎn)。下料擋料：控制下料擋料定位氣缸動作。下料擋料下位，即氣缸在下位，此時氣缸不動作。下料擋料上位，即氣缸在上位，此時氣缸動作。移動壓送：控制下料移動壓送氣缸動作。移動壓送上位，即氣缸在下位，壓輪在上位，此時氣缸不動作。移動壓送下位，即氣缸在上位，壓輪在下位，此時氣缸動作。搜原點(diǎn)：下料抓料移動電機(jī)M9自動搜索原點(diǎn)，運(yùn)行到初始抓料位置。前位：下料抓料移動電機(jī)M9自動運(yùn)行到前位，即抓料位置。后位：下料抓料移動電機(jī)M9自動運(yùn)行到后位，即放料位置。抓料下壓：控制下料抓料下壓氣缸動作。抓料下壓上位，即氣缸在上位，此時氣缸不動作。抓料下壓下位，即氣缸在下位，此時氣缸動作。下料真空#1：控制下料真空#1啟動。

1.3設(shè)備系統(tǒng)自動運(yùn)行

產(chǎn)品從上料送料料盒經(jīng)過緩沖區(qū)由抓料系統(tǒng)取出送入流道，經(jīng)過防反檢測裝置(如果產(chǎn)品放反，系統(tǒng)會自動剔除產(chǎn)品，送入上料廢料區(qū))，由激光區(qū)拉料機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品送入激光#1區(qū)，產(chǎn)品到位后通知ILV1系統(tǒng)開始成像定位、激光去除溢料。ILV1結(jié)束后，激光拉料機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品送入激光#2區(qū)，通知ILV2系統(tǒng)開始成像定位、激光去除溢料。ILV2結(jié)束后，激光拉料機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品送到下料抓料區(qū)(如果有漏割或是抽檢則直接送到下料廢料區(qū))，抓料機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品送入下料收料料盒。

2視覺定位系統(tǒng)

2.1視覺系統(tǒng)檢測內(nèi)容及參數(shù)

檢測產(chǎn)品：SOT-523 / SOD-523；SOT-723 / SOD-723；SOT-923 / SOD-923。視野(FOV)范圍：為10 mm×7.5 mm。切割精度：0到0.05 mm；(產(chǎn)品外邊到激光內(nèi)側(cè))。設(shè)計(jì)時需注意整套系統(tǒng)的防塵、防震，包括光源及光源組數(shù)，以及提供接口信號模式。

視覺定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用在Wire Bonder上成功應(yīng)用的視覺系統(tǒng)。精確定位是Vision Location系統(tǒng)的重要功能。傳統(tǒng)的物體定位采用的是灰度值相關(guān)來識別物體。盡管這種技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，但是它在圖象品質(zhì)變差的情況下，就缺乏穩(wěn)定性(如L/F塑封后氧化變色、框架膠體面及邊對紅外光的反射造成灰度失真，引起辨識不佳)，而幾何對象定位法是一種最新的方法，它使用對象的輪廓來識別對象及其特征，用先進(jìn)的輪廓檢測技術(shù)來進(jìn)行識別對象。

視覺系統(tǒng)的分辨率是系統(tǒng)能分辨的最小特征。例如，“1”的視覺范圍(FOV)使用一個640 x 480象素的計(jì)算機(jī)圖象將得到1/640的分辨率。實(shí)際上，機(jī)器視覺算法具有亞象素的能力。也就是說，這些算法能夠測量或得出比一個象素更小的單位。Adept的幾何對象定位工具能精確到一個象素的1/40，而所有其他視覺系統(tǒng)工具只能精確到一個象素的1/10到1/20。

2.2視覺定位系統(tǒng)的流程

Vision Location在確定膠體正確位置后，視覺系統(tǒng)對第一工作加工區(qū)獲取圖像，并以輪廓為特征給出坐標(biāo)，通過通訊數(shù)據(jù)線傳輸給Laser Scanner，從而激光光束從控制系統(tǒng)所賦予的坐標(biāo)進(jìn)行一定規(guī)則的切割動作。

視覺系統(tǒng)會給8片產(chǎn)品進(jìn)行拍照，然后把上圖中的兩個坐標(biāo)數(shù)據(jù)提供出來，前提是視覺系統(tǒng)和激光掃描系統(tǒng)的原點(diǎn)坐標(biāo)必須是經(jīng)過標(biāo)定的同一個原點(diǎn)坐標(biāo)。該原點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)定方法如下：在產(chǎn)品邊框處以激光指示點(diǎn)為圓心打十字標(biāo)記(中心即為激光標(biāo)準(zhǔn)原點(diǎn))，手動將Vision的原點(diǎn)移動到十字標(biāo)記中心，此處即為激光和Vision的共同原點(diǎn)。

2.3視覺檢測

視覺定位系統(tǒng)可以有效地防止因L/F在封裝過程中的變形，或是L/F定位孔、定位邊有封裝樹脂微?；蛎淘斐傻亩ㄎ皇д`，也能防止封裝后塑封膠體的微量位移等因素造成去飛邊切割的偏移(盡管這也許是在工藝文件許可的范圍內(nèi))。視覺系統(tǒng)效果圖如圖2所示。因而采用視覺定位系統(tǒng)能確保激光切割位置的精確度。

圖2　視覺系統(tǒng)效果圖

視覺系統(tǒng)在定位后將膠體及周圍的圖像信息保存下來，激光掃描結(jié)束后，再次把當(dāng)前圖像與掃描前保存圖像比較，如相似值超出許可范圍，則判斷為漏割(沒有去飛邊)，這就是Vision Check功能。因此，在這臺設(shè)備中，Vision Location和Vision Check是用同一臺攝像機(jī)來實(shí)現(xiàn)的。

3激光掃描控制系統(tǒng)構(gòu)成

3.1激光成像系統(tǒng)狀態(tài)顯示

采用當(dāng)今國際最先進(jìn)的激光器—光纖激光器，其特點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)換效率高(可達(dá)30%)，比普通激光器如CO2的光電轉(zhuǎn)換效率(10%)要高，比固態(tài)激光(Td:YAG)更高，且以純風(fēng)冷形式冷卻，不需要額外附加冷卻水系統(tǒng)，運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。光纖激光器的主要特性是利用脈沖峰值使產(chǎn)品溢料氣化，優(yōu)點(diǎn)是輸出功率穩(wěn)定，但是對銅的表面有輕微的損壞。CO2激光器雖然對銅的表面損壞相對比較小，但是輸出功率不穩(wěn)定。

該設(shè)備用2臺光纖激光器，分別對一條L/F左右各半進(jìn)行去飛邊處理。這種形式可以簡化機(jī)構(gòu)，避免用到分光技術(shù)，方便激光的控制(如ON/OFF、功率調(diào)節(jié)、反饋)提高設(shè)備精度，并能使單機(jī)產(chǎn)能最大化。采用該激光系統(tǒng)的主要目的是保證設(shè)備的高生產(chǎn)能力以及降低設(shè)備運(yùn)行成本 。

3.2激光成像系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

激光成像系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面包括系統(tǒng)參數(shù)、#1激光設(shè)置、#2激光設(shè)置和通信設(shè)置4個部分。

1) 系統(tǒng)參數(shù)界面

安全門狀態(tài)按鈕：設(shè)置安全門使能狀態(tài)。激光#1工作狀態(tài)：設(shè)置激光#1是否聯(lián)機(jī)運(yùn)作。激光#2工作狀態(tài)：設(shè)置激光#2是否聯(lián)機(jī)運(yùn)作。抽檢設(shè)定：設(shè)置自動抽檢條數(shù)；下料料盒滿計(jì)數(shù)：設(shè)置下料料盒滿料盒條數(shù)，自動更換料盒；確定：確認(rèn)抽檢設(shè)定、下料滿計(jì)數(shù)參數(shù)；取消：退出界面，系統(tǒng)不作任何修改。

2) #1、#2激光設(shè)置界面

#1/#2激光功率：在線更改ILV1/ILV2激光的功率大小。確定發(fā)送：發(fā)送#1/#2激光功率數(shù)值。#1/#2切割次數(shù)：在線追加ILV1/ILV2激光的切割次數(shù)，在原有次數(shù)上增加。確認(rèn)發(fā)送：發(fā)送#1/#2激光追加的切割次數(shù)。

3) 通信設(shè)置界面

通信設(shè)置界面主要用于設(shè)定ILV1、ILV2的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。包括#1/#2激光服務(wù)器IP，#1/#2圖像傳輸端口，#1/#2文件傳輸端口的設(shè)置。

4結(jié)語

激光去飛邊機(jī)涉及一種超薄型集成電路激光去飛邊機(jī)流道單元裝置,包括下流道、流道定位塊、旋轉(zhuǎn)軸、軸承座、軸承和流道蓋板,本激光去飛邊機(jī)流道單元裝置能起到定位作用。這種類型的設(shè)備方便安裝調(diào)試，并且可方便客戶生產(chǎn)多種產(chǎn)品，有效的簡化客戶在生產(chǎn)中更換產(chǎn)品的步驟和時間，該設(shè)備能有效的提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低不良率的產(chǎn)生，減少無效停機(jī)時間。

該控制系統(tǒng)的控制精度和可靠運(yùn)行等性能達(dá)到滿意的控制效果。實(shí)際運(yùn)行情況表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能夠滿足生產(chǎn)的工藝要求，在工業(yè)領(lǐng)域具有非常重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

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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

中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)03-0201-03

作者簡介：王曉華(1969-)，男，江蘇江陰人，工程師，主要從事電氣設(shè)備開發(fā)工作。