徐平凡，李 海，徐鳴利，黃 健

（1.中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東中山 528404；2.廣東省中山市松聯(lián)電子科技有限公司，廣東中山 518000）

0 引言

在電子產(chǎn)品裝配工藝中，插裝的電子元件具有抗干擾、功率大和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)被廣泛采用。隨著國內(nèi)外大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)整個(gè)電腦主板的生產(chǎn)節(jié)拍提出更高的要求，但由于內(nèi)存條DIMM 連接器長度過長，形狀特異，現(xiàn)有插件機(jī)不帶DIMM 連接器自動(dòng)送料裝置，只能依靠人工進(jìn)行手插，手工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，速度慢，工作效率低下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電子產(chǎn)品組裝行業(yè)的發(fā)展需求。如何解決內(nèi)存條DIMM 連接器的上料問題是整個(gè)主板代工行業(yè)亟待解決的難題[1-5]。

針對(duì)此問題，國內(nèi)很多文獻(xiàn)提出不同的解決措辭，歸納后主要有：（1）采用插件專機(jī)及改變制造工藝[6-9]，編程復(fù)雜且后期升級(jí)改造難；（2）工業(yè)機(jī)械手自動(dòng)夾取[10-12]，有一定的借鑒作用，但無法實(shí)現(xiàn)高效柔性生產(chǎn)。另外，由于內(nèi)存條DIMM 連接器尺寸較長且為塑料件，很難用振動(dòng)盤調(diào)整至縱向位置，也不易進(jìn)行抓取和調(diào)整方向。

本文根據(jù)現(xiàn)有SMT 設(shè)備的送料結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種電腦內(nèi)存條插槽連接器自動(dòng)送料裝置，包括安裝底板、高速振動(dòng)盤、送料盤、兩道送料導(dǎo)軌和單片機(jī)控制系統(tǒng)。通過采用自動(dòng)化送料裝置代替手工作業(yè)，能夠匹配現(xiàn)有的松下自動(dòng)貼片機(jī)及插件機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)DIMM 連接器的自動(dòng)送料，有效提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本。除了補(bǔ)充物料，整個(gè)過程無需人工介入，有效降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)性，各部件也不易出現(xiàn)錯(cuò)位和偏移，效果明顯。

1 整體機(jī)械設(shè)計(jì)

圖1所示為一種電腦內(nèi)存條插槽連接器（DIMM）自動(dòng)送料裝置，安裝底板上安裝有振動(dòng)器，振動(dòng)器上裝有送料盤，送料盤內(nèi)設(shè)置有兩道送料導(dǎo)軌，送料導(dǎo)軌與送料盤的側(cè)壁之間形成導(dǎo)向槽，送料導(dǎo)軌與DIMM 連接器上的凹口相匹配。

圖1 整體結(jié)構(gòu)

如圖2所示，凹口外側(cè)形成的凸邊位于導(dǎo)向槽中，送料盤的一端設(shè)置有可上下運(yùn)動(dòng)的送料器料座，安裝底板和送料盤之間安裝有控制箱。

圖2 DIMM結(jié)構(gòu)

另外，安裝底板上安裝有氣缸支座，氣缸支座上安裝有氣缸，送料器料座安裝在氣缸的活塞桿上，并在送料器料座上安裝有擋片，在送料器料座處設(shè)置有用于檢測(cè)是否有DIMM連接器送入的傳感器。

2 DIMM導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了運(yùn)行平穩(wěn)，送料器料座上設(shè)置有滑孔，氣缸支座設(shè)置有插入滑孔中的導(dǎo)桿，送料器料座受導(dǎo)桿的導(dǎo)向作用，在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生歪斜。

如圖3所示，振動(dòng)器和送料盤之間安裝有振動(dòng)臺(tái)，振動(dòng)臺(tái)與振動(dòng)器固定連接，送料盤與振動(dòng)臺(tái)固定連接，提高了整體的機(jī)械強(qiáng)度及連接的可靠性。

圖3 裝置側(cè)面圖

安裝底板的底部設(shè)置安裝有安裝導(dǎo)軌和固定錐，通過安裝導(dǎo)軌和固定錐，可以將自動(dòng)送料裝置安裝在現(xiàn)有的插件機(jī)上。

3 控制電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以STM32H750VB 為控制器，把傳感器采集到的數(shù)據(jù)送入STM32 控制進(jìn)行運(yùn)算和處理，使用LM393對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行滯環(huán)過零比較，選用L298N 為驅(qū)動(dòng)模塊，包含有兩個(gè)H 橋的高電壓大電流雙橋式驅(qū)動(dòng)器，如圖4所示。

圖4 L298N驅(qū)動(dòng)電路

在電機(jī)的控制系統(tǒng)中，單片機(jī)輸出脈沖信號(hào)、方向信號(hào)、使能信號(hào)。其中，脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，一個(gè)脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一個(gè)步距角，保證DIMM 連接器的精確導(dǎo)入；方向信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方向，使能信號(hào)是鎖定步進(jìn)電機(jī)；使能信號(hào)用于控制電機(jī)的啟停工作，當(dāng)使能信號(hào)高電平時(shí)，步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)，將DIMM 連接器推入導(dǎo)向槽，為插件機(jī)抓料做準(zhǔn)備，低電平時(shí)步進(jìn)電機(jī)不運(yùn)行。

將DIMM 連接器放入送料盤后，振動(dòng)器工作，將DIMM連接器振動(dòng)前移，擋片擋住DIMM連接器，在需要送料時(shí)，氣缸動(dòng)作，將DIMM連接器頂起，DIMM連接器被插件機(jī)上的機(jī)械手吸取或夾取后（傳感器感應(yīng)是否有DIMM 連接器），然后氣缸下移復(fù)位，進(jìn)入下一個(gè)工作周期，整個(gè)過程簡潔、精確，能兼容現(xiàn)有的Panasonic 松下自動(dòng)貼片機(jī)及插件機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化送DIMM 連接器，有效提高了工作效率，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

4 程序邏輯設(shè)計(jì)

整個(gè)送料裝置按照一定的運(yùn)行流程完成，從開始的信號(hào)接收，到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，再到備料和送料，最后實(shí)現(xiàn)與插件機(jī)的配合，每一步都涉及到精確的控制，詳細(xì)工序如下。

工序1 初始狀態(tài)：貼片機(jī)初次貼裝復(fù)位，步進(jìn)電機(jī)復(fù)位，X軸閉環(huán)器與Y軸閉環(huán)器自動(dòng)定位到初始設(shè)置的位置。

工序2 信號(hào)接收：單片機(jī)（STM32F407VE）接收上位機(jī)傳遞器件信息數(shù)據(jù)，單片機(jī)處理后驅(qū)動(dòng)Y軸電機(jī)，為后續(xù)吸取器件做準(zhǔn)備。

工序3 備料：備料裝置接收到使能信號(hào)，將DIMM連接器放入送料盤后，振動(dòng)器工作，將DIMM 連接器振動(dòng)沿X方向前移，擋片擋住DIMM 連接器，控制器給予閉環(huán)控制器一個(gè)合適的脈沖至合適距離。

工序4 送料：單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電機(jī)和氣缸將DIMM 連接器頂起，Z軸方向的高度與貼片機(jī)夾具一直，傳感器感應(yīng)是否有DIMM連接器。DIMM連接器被插件機(jī)上的機(jī)械手吸取或夾取。

工序5復(fù)位：DIMM 連接器件吸取完成后，備料裝置回到初始位置。

梳理以上5 個(gè)工序后，得到整體程序設(shè)計(jì)邏輯圖，如圖5所示。

圖5 程序邏輯

通過模塊化的方式對(duì)主控制器控制程序、信號(hào)收發(fā)模塊程序、按鍵輸入程序、電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序等進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)有送料需求信號(hào)輸入時(shí)，單片機(jī)輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)對(duì)應(yīng)電機(jī)和氣缸，完成DIMN 物料備料、進(jìn)料和排料等工序。

5 試用驗(yàn)證

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，完成了自動(dòng)送料裝置的設(shè)計(jì)與制造，單片機(jī)STM32 給驅(qū)動(dòng)模塊提供PWM 輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確控制。整個(gè)裝置的穩(wěn)態(tài)誤差保持在0.5%以下，直流電機(jī)速度精度控制在93%以上，其穩(wěn)態(tài)誤差為0.2%。

送料裝置已應(yīng)用到中山市某臺(tái)資主板代工公司，經(jīng)過近1 個(gè)月的調(diào)試和試運(yùn)行，改造前后對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。改造前，每個(gè)工位需要5 名工人同時(shí)進(jìn)行插件操作，工作量很大，其中1名工人負(fù)責(zé)配料，4個(gè)員工負(fù)責(zé)插件作業(yè)，包括定位和按壓動(dòng)作，由于針排很細(xì)，容易出現(xiàn)不良品；改進(jìn)后，由于不需要人工對(duì)工件進(jìn)行定位，整個(gè)插件只需1～2名工人負(fù)責(zé)上下料，員工數(shù)和勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，且保證工藝的一致性。生產(chǎn)節(jié)拍達(dá)到4 s∕件，同時(shí)降至次品率小于3‰，達(dá)到合同驗(yàn)收指標(biāo)。

表1 送料裝置改造前后工作情況對(duì)比

6 結(jié)束語

本文針對(duì)現(xiàn)有SMT 生產(chǎn)線送料慢的問題，設(shè)計(jì)了一種電腦內(nèi)存條插槽連接器自動(dòng)送料裝置，包括安裝底板、振動(dòng)器、送料裝置和單片機(jī)控制系統(tǒng)。采用自動(dòng)化機(jī)械代替手工作業(yè)，能夠與現(xiàn)有的SMT 及插件機(jī)等對(duì)接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化送DIMM 連接器，有效提高了工作效率，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。該設(shè)備已應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，通過對(duì)比改造前后的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，員工人數(shù)從5 人減少至1 人，生產(chǎn)節(jié)拍從9 s∕件降低至4 s∕件，次品率從21‰大幅度下降至3‰，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)較好。

整個(gè)設(shè)備除了補(bǔ)充物料外，無需人工介入，有效降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，各部件也不易出現(xiàn)錯(cuò)位和偏移等問題，能有效提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，效果明顯。