基于PLC的SMD编带机机械手控制设计资料.docx
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基于PLC的SMD编带机机械手控制设计资料
毕业论文
题目：
SMD编带机机械手控制过程分析及维护
副标题：
学生姓名：
邱湜
所在院系、专业：
机电工程学院电气自动化专业
班级：
机电1210
指导教师：
郁有文
日期：
2016.05.31
摘要
随着自动化技术突飞猛进的成长，机械手的使用更为广泛。
工业生产中的自动化设备也越来越多。
本文概述了自动化SMD编带机机械手系统，论文中分析SMD编带机的关键技术，分解各个模块的动作流程。
实现编带机上料、分粒、搬运、检测、不良品更换、封装、卷盘的自动控制的方法。
PLC与人机界面设计的控制系统，提高了生产效能和体系安全性的同时，也保全了机器动作严刻满足工艺的要求。
关键词：
自动化；编带机；机械手；控制系统
目录
摘要I
目录I
1、绪论1
1.1课题的目的与意义1
1.2课题的背景1
2、SMD编带机的总体设计2
2.1SMD编带机的设计要求2
2.2SMD编带机的组成2
2.3SMD编带机的工作流程3
3、SMD编带机的关键技术4
3.1光学检测技术4
3.2精密伺服控制技术5
3.3整机控制软件的设计5
3.4热封温度控制系统6
4、SMD编带机机械手结构设计7
4.1翻转上料机构7
4.2直导轨及单颗分离机构7
4.3P&P搬运机械臂机构8
4.4载带导轨及给进机构9
4.5热封机构9
4.6影像检测机构10
4.7不良品更换机构11
4.8不良品分类机构12
5、SMD编带机的PLC控制系统13
5.1OMRON模块化工业PLC介绍13
5.2PLC编程软件CX-Programmer介绍14
致谢16
参考文献17
1、绪论
1.1课题的目的与意义
本课题的研究目的与意义，是通过对SMD编带机机械手结构的实际设计，让我学会自力解决实际问题的本领。
通过本次毕业设计，可以综合利用基本理论和学校的知识，还使我们的设计，编程和逻辑思维等能力得到综合训练。
1.2课题的背景
数码产品日新月异的今天，电子科技的应用已经深入到了人类生活的各个方面。
随着电子产品的不断升级细化与高度集成，具有小型化、轻量化、低功耗、高性能、高可靠性的表面贴装式器件，即SMD正在逐步替代传统的插件式器件。
编带包装电子元件的方式通常被自动贴片机所采用。
电子元件制造商，从前通常使用大量的人工操作完成带包装。
此举缺点十分明显：
生产效率低、人力耗费量大、质量控制难且不稳定、完成的任务单一。
完全不能满足现代生产的需求。
而采用先进自动化机械控制的编带机，具有包装效率高速度快，盘带时稳定可靠，还可以满足根据电子元件的不同，进行测试极性、外观、方向等功能要求。
综上，随着革命的细微化SMD，以及电子行业整体迫切需要自动化SMD编带机，与之相关的技术与设计革新正在迅速进行。
2、SMD编带机的总体设计
2.1SMD编带机的设计要求
本次设计的全自动SMD编带机使用规则排列的料条供料，对特定宽度的IC产品进行编带包装的设备。
适用于大批量IC的最后封装。
他可以兼容SOP8、SOP14、SOP16、SOP8-FJ等IC的编带封装。
采用热封压刀的设计，能稳定控制覆盖胶膜的剥离强度。
并可在编带过程中进行图形检查，对IC的标识、针脚等外观质量作出检测。
采用伺服驱动控制电机机械手，精准可靠。
采用高性能工业级PLC控制上料、分粒、走带、卷带、检测、热压等功能。
高性能的人机界面，一目了然，控制集成度高，界面友好。
具有完善的自检系统，它具有自动化程度高的特点，操作简便，维修方便。
2.2SMD编带机的组成
SMD编带机的组成如图2.1所示。
图2.1俯视结构图
1.料槽2.移料机构3.翻转料条机构4.直导轨5.单颗分离机构6.运料力臂一号
7.运料力臂二号8.传动皮带9.伺服电机减速箱10.力臂机构伺服电机11.进编带电机
12.编带导轨13.Vision灯光及换料机构14.换料机构伺服电机15.Vision摄像头
16.运不良品机构17.不良品翻转滑轨18.不良品分类机构19.覆盖膜导轮
20.热封机构21.覆盖膜料盘22.棘轮23.待换料平台24.不良品平台
2.3SMD编带机的工作流程
SMD编带机的工作流程如图2.2所示。
图2.2工作流程简图
移料机构将料槽中的PVC料条移动至待上位置，翻转机构夹住料条并翻转至直导轨，物料滑下，分离机构将连续的物料分离成单颗落入下方取料位置，力臂一号将物料运至待换料滑块位，力臂二号将物料运至编带，棘轮带动编带行进，Vision机构拍摄检查编带中物料。
若不良，换料机构抬起移动，待换料滑块平台移动到位，换料机构将换料与不良同时更换到位，运不良品机构将不良品运送至不良品滑轨，随后翻转滑入指定不良品料条。
若为良品，棘轮带动编带行进，覆盖膜沿着导轮进入载带上方，热封机构将覆盖膜压封到载带上，卷盘电机将编带收入卷盘。
3、SMD编带机的关键技术
3.1光学检测技术
本编带机的光学检测软件使用的是美国安维谱（MachineVisionProducts）公司（简称MVP）的产品i-Cite™NxT软件。
MVP是一家专注自动光学检测（AOI）领域的先进公司，为电子和半导体制造商提供了高级别的缺陷检测解决方案。
程序控制按钮说明：
GO，进入在线检测状态。
PART，选择需要进行运行的程序。
LEARN，手动教导开始按钮。
如图3.1所示。
图3.1光学检测软件
此软件校准调试完成后的运行顺序大致如下：
棘轮带动载带移动到位，摄像头拍摄一张传输至Vision软件开始分析。
首先寻找载带产品槽中心的镂空圆孔，如找到了，说明IC没有正确的放到位，称为空封。
随后换料机构补一颗IC。
若没找到孔，则意味着载带里有IC，进入第二步确认引脚方向。
因为前道工序有可能会有打乱方向的产品混入，工人也有可能大意上反料条，所以引脚方向是很重要的。
一般引脚方向有两种，TR/ER圆点靠近小孔侧和EF/TL圆点远离小孔侧，根据随工单的客户要求来设定。
确定完引脚方向之后是印章检测。
因为载带槽比IC大上不少，所以会拍到各种角度的印章。
首先是通过特殊符号图案或者清晰不易混淆的字母数字来确定印章整体的位置，确定好位置之后就轮到印章上的品名，也就是IC的名字。
此项识别精度最高，每个字符都要分别识别以确定无误。
这主要是防止有别的不一样的产品混入进来，称为混批。
之后是引脚的检测，有Pitch、Span、Width、Colinearity、Slant等参数以确定引脚是否变形。
方向和印章不良的都排入MarkReject印章不良品料条。
引脚不良的排入LeadReject引脚不良品料条。
3.2精密伺服控制技术
本编带机使用了三套伺服电机，分别是P&P搬运机械臂机构，换料机构，以及载带给进棘轮。
精度极高，达成了位置，速率和力矩的闭环控制的伺服电机，相对步进电机的掉步问题，得到了完美的解决。
且良好性能在高转速下也依旧，规定转速到达两千五到三千五百转。
抗过载能力，三倍的额定转矩的负载也可以承受，可以应对机瞬时负荷波动和快速启动的要求的机器。
低速运转稳，低速运行时，像步进电机的步进运行现象是不会有的。
伺服电机加减速的时间特别短，只在几十毫秒以内，能满足高速响应的要求。
同时伺服电机的发热和噪音也很低。
3.3整机控制软件的设计
图3.2控制软件界面
控制软件界面如图3.2所示。
界面控制按钮说明：
START,设备自动运行开始软按钮STOP，设备自动运行停止软按钮。
F.RESET，错误报警清除按钮。
S.RESET，系统复位按钮。
NEWLOT，开始新的一批产品，按下此软按钮再在出现的画面上输入操作人员ID，此批产品数量信息等。
PACKAGE，编辑并下载设备信息。
3.4热封温度控制系统
因为载带和覆盖膜的特性，压刀热封过程中温度过高会导致覆盖膜甚至载带融化。
而温度过低则热熔胶没有完全溶开，导致剥离强度过低，影响包装严密性。
故规定压刀加热温度有一定范围。
如图3.3所示。
图3.3温度控制系统
本系统了采用了闭环自动控制技术，使用了比例-积分-微分，即PID控制器，隶属欧姆龙（OMRON）品牌旗下温度控制器，为E5系列CN型（如图3.3）。
4、SMD编带机机械手结构设计
4.1翻转上料机构
翻转上料机构组成如图4.1所示。
图4.1上料机构
1.叠料槽2.移料机构料槽3.移料机构伸缩气缸4.叠料槽位置光传感器
5.待翻转位置光传感器6.推料条气缸7.挡料条气缸8.夹料条气缸9.排料条盒
待编带料条确定方向后拔除一端料塞，正面向上叠加放在叠料槽中。
编带机自动运行时，叠料槽传感器感应到有料，移料机构气缸动作，将移料机构料槽中的一根料条移动至待翻转位置。
待翻转位置传感器感应到料条就位，挡料条气缸下压，推料条气缸将料条顶至待夹位置，夹料条气缸压下将料条固定，推料条气缸缩回。
下方翻转气缸动作将上料机构翻转至直导轨，料条口对上直导轨顶端，挡料条气缸缩回，料条中的IC随即滑下进入直导轨。
移料机构气缸动作使移料机构回至起始位置。
直导轨入口以及中段传感器感应到导轨无IC时，判定更换料条。
翻转气缸动作将空料条放至待翻转位置，夹料气缸松开，移料机构在移下一根料条的同时把空料条推入排料盒。
4.2直导轨及单颗分离机构
机构组成如图4.2所示。
编带机自动运行时IC从入口开始在直导轨中首尾相接下滑，首先挡住IC的是单颗分离下阻挡气缸。
单颗分离上阻挡为一根软质橡胶柱，位置在下阻挡挡住的IC上面一颗IC。
单颗分离传感器感应到下阻挡挡到IC时，随即上阻挡气缸动作压下固定住上一颗IC，下阻挡气缸缩回让最下方那颗IC滑下至待取料位置。
待取料位置传感器感应到IC到位，一号运料力臂随即取料。
待取料位置传感器感应到IC已被取走，随即阻挡气缸动作，下阻挡归位，上阻挡松开。
紧密排列的IC就又滑落至下阻挡。
图4.2直导轨及单颗分离机构
1.导轨入口传感器2.导轨中段传感器3.单颗分离传感器4.单颗分离下阻挡气缸
5.单颗分离上阻挡气缸6.单颗分离上阻挡7.待取料位置8.待取料位置传感器
4.3P&P搬运机械臂机构
P&P搬运机械臂机构组成如图4.3所示。
图4.3P&P机械臂机构
1.直导轨待取料位置2.机械臂伺服电机3.减速箱4.传动皮带5.一号运料力臂吸嘴
6.一号运料力臂7.二号运料力臂吸嘴8.二号运料力臂9.待换料平台10.载带放料位置
一号和二号运料力臂由一台伺服电机同步驱动。
取料位感应有IC，伺服电机驱动力臂转动，一号力臂吸嘴到达直导轨末端取料位，一号力臂吸嘴电磁阀动作，将IC吸住，电子气压表按照设定值得出是否吸起IC，否则报警IC洒落。
吸起后电机驱动一号力臂到达放料位置，吸嘴电磁阀破除真空将IC放入待换料平台。
随后一号力臂返回直导轨取料位置，二号力臂同时移动至待换料平台，同样吸取IC。
二号力臂将IC运至载带放料位，破除真空IC落入载带。
同时一号力臂已将下一个IC运至待换料平台，如此循环往复。
4.4载带导轨及给进机构
机构组成如图4.4所示。
图4.4载带导轨及给进机构
1.进带电机2.棘轮电机原点传感器3.放料位置4.Vision拍摄位置
5.覆盖膜导轮6.热封机构7.棘轮上压轮8.棘轮
进带电机只在更换载带时用于将载带推入导轨。
进带电机之后是棘轮伺服电机的原点传感器，通过载带槽中的镂空圆孔进行定位，以精确控制载带的位置。
原点传感器之后的是Vision检测机构，对IC进行拍摄检测，合格的产品就要在下一站热封机构进行包装了。
最后是伺服电机精确控制的棘轮，控制着载带的位置，保证各个环节不出偏差。
棘轮上压轮保证载带的走带小孔紧紧地卡住棘轮。
4.5热封机构
热封机构组成如图4.5所示。
覆盖膜料盘中的覆盖膜向下引出至覆盖膜导轮，导轮决定了覆盖膜的上下偏离位置，具体要求是小孔侧不得盖过走带小孔的四分之一，远离小孔侧不得突出载带边缘，同时压痕不得太靠近覆盖膜边缘以产生“拉丝”现象。
压刀上方是热电偶和加热棒，热电偶检测温度，当温度不到设定值时，加热棒加热压刀，否则加热棒停止加热。
当编带机自动运行或者打空编带开始时，压刀待命位置气缸动作，将压刀和压封气缸等机构下降至足够靠近覆盖膜和载带。
压刀压封气缸动作，将压刀压上覆盖膜和载带，完成热封。
此设计是为了让非工作时方便维护，工作时压刀靠近覆盖膜，运行速度更快。
图4.5热封机构
1.覆盖膜料盘2.覆盖膜导轮3.压刀压封气缸4.热电偶5.加热棒
6.压刀压封气缸及压刀待命位置气缸的电磁阀7.压刀待命位置气缸8.棘轮伺服电机
4.6影像检测机构
影像检测机构组成如图4.6所示。
图
4.6影像检测机构
影像检测机构，即Vision，只有两部分，摄像头和灯光。
载带每行进一格，编带机发信号给Vision以开始检测，随即摄像头拍摄正下方载带中的IC，得出的影像由程序分析各个检测项目，得出是否良品的信号返回给编带机。
编带机得到信号后做出相应动作，良品继续编带，不良品则换料、分类排料。
4.7不良品更换机构
不良品更换机构组成如图4.7所示。
图4.7不良品更换机构
1.一号运料力臂2.一号运料力臂吸嘴3.待换料平台4.待换料平台平移滑块
5.待换料平台气缸6.换料机构伺服电机7.换料机构8.一号换料吸嘴
9.二号换料吸嘴10.不良品平台11.运不良品机构12.不良品翻转滑轨
当Vision系统检测到当前镜头下产品不良时，换料机构就要开始工作了。
待换料平台首先会在气缸推动下沿着滑轨移动至换料位，换料机构在其伺服电机的驱动下移动至取料位，一号换料吸嘴到达待换料平台，二号吸嘴到达载带中鉴定为不良品的位置，两吸嘴电磁阀动作，吸起IC。
换料机构伺服电机驱动，将待换料平台的新IC移动至载带，不良品移动至不良品平台以待搬运。
随后换料机构归位，Vision系统继续检测工作。
4.8不良品分类机构
不良品分类机构组成如图4.8所示。
当换料机构将不良品IC放入不良品平台，旋转气缸动作将运不良机构转至平台，上下气缸动作使吸嘴吸起IC。
旋转气缸回位，吸嘴将IC放入翻转滑轨上端。
翻转滑轨上端传感器感应到有IC，翻转气缸动作，将滑轨翻转至下料角度。
与此同时，系统根据之前Vision检测出的不良品信息得出具体的不良归类，并给出动作信号。
换料条气缸随即动作，移动不良分类机构平移至正确位置。
滑轨中的IC滑下经过下端传感器，落入相应的不良品料条中，完成不良品的分类与收容。
图
4.8不良品分类机构
1.不良品平台2.运不良品机构旋转气缸3.运不良品机构上下气缸4.运不良品机构吸嘴
5.不良品翻转滑轨上端传感器6.不良品翻转滑轨7.不良品翻转滑轨翻转气缸
8.不良品翻转滑轨下端传感器9.不良品分类机构换料条气缸10.不良品料条
5、SMD编带机的PLC控制系统
5.1OMRON模块化工业PLC介绍
为了制造处生产能力可以满足突然变更需求的设施，或制造出与市场竞争对手制造的设备具有明显差异的机械设备，需要可提供满足这些需求所需的性能的最高效率的控制器。
图5.1PLC模块样式
程序的功能进行了改进，现在它可以提高程序的复用效率，从而达到减少人工的需要和降低成本的需要。
最佳适配大小的系统，完全可以利用通过改良的CS1系列PLC来实现。
如图5.1所示。
配备了站点所需功能，以满足各种应用需求。
CX-OneFA整合工具包让设计、开发和维护变得轻松和高效。
进一步改进通信功能。
无缝网络增加了生产站点透明度。
在多厂商环境中构建系统借助串行网关功能得到简化。
高级管理和资源继承针对维护和操作提供功能强大的支持。
高速高精度运动控制提升机器的性能。
基于欧姆龙PLC控制的智能控制带来了过程自动化的重大创新。
5.2PLC编程软件CX-Programmer介绍
图5.2CX-Programmer界面
CX-Programmer这款PLC编程程序，如图5.2所示，欧姆龙旗下C、CV、CS1型号开头的PLC都可以使用，用于建立、编辑工程，检查、调试程序，维护功能齐全，致力于打造快捷简单的程式开发与整体系统的维护。
6、结束语
至此，本次毕业设计告一段落。
通过实际的考察，研究，设计与思考的过程，我获益匪浅。
比如更加熟悉了工厂运作模式，了解了自动化设备的实际应用，见识了各种各样的电气化部件，学习了不同机械结构的构造特点。
也充分认识到了自身知识对于自动化领域汪洋大海般宽广下的渺小。
在今后的工作生活学习中，更要努力提升自我，在努力奋斗的路上一往无前。
致谢
在本次毕业设计的编写过程中，主要要特别感谢郁有文指导老师的支持。
郁老师在百忙之中还要抽空对我的设计进行指导，对论文进行纠错、注脚。
对于郁老师的无私奉献，我表示深深地感激。
与此同时，我也要感谢同学们在写论文期间的帮助。
设计期间大家一起讨论，一起查阅资料，互相帮助，都得到了很大的提高。
另外还要感谢南通富士通微电子股份公司一期分体设备科朱元庆科长给予的技术支持。
正是你们的帮助，我才得以将毕业论文完成，再次表示深深的感激。
最后祝愿大家在今后的工作中更加顺利，生活更加精彩！
参考文献
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7.OMRONPLC网络与通信
8.OMRONCx-Programmer用户手册2.0版
9.DeltaOmronCJ1_CS1SeriesPLC_SC
10.南通富士通微电子股份公司一期分体设备科TTR-100机械手操作作业指导书
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