一种连接器自动压接机、压接系统及其压接工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化机械领域，特别指一种连接器自动压接机、压接系统及其压接工艺。
【背景技术】
[0002]连接器，S卩CONNECTOR，亦称为接插件、插头和插座，连接器使导体/线与适当的配对元件连接，实现电路接通和断开，是一种常见的电路元器件;连接器在电路内被阻断处或孤立不通的电路之间，架起沟通的桥梁，从而使电流流通，使电路实现预定的功能，连接器是电子设备中不可缺少的部件，顺着电流流通的通路会有一个或多个连接器。连接器与PCB板一般采用针脚与针孔配合结构，压接机的工作原理即为将连接器的针脚压入PCB板的针孔内，使连接器连接于PCB板上;但是，实际生产制造过程中，压接机并不是单独工作，而是设计于PCB板生产流水线上，作为PCB板生产工艺中的一道工序，因此，PCB板的运输工艺与压接机的压接工艺之间的相互联接与配合直接影响到整个压接机的压接效率和压接质量；另外，连接器与PCB板一般采用针脚与针孔配合结构，由于连接器的针脚数量较多，因此在实际插件过程中对安装精度要求较高，在实际压接过程中，由于装配误差、传动过程中震动导致的移位等因素存在，压头与连接器的针脚位置出现偏差，易导致后期压接时，损坏连接器或PCB板;另外，实际生产加工中，连接器形式和结构是千变万化的，随着应用对象、频率、功率、应用环境等不同，有各种不同形式的连接器，针对不同的连接器需要设置多个不同的压接头，这就需要在压接不同连接器过程中对不同压接头进行更换，多个压接头更换浪费时间和人工，影响压接效率；另外，在实际压接过程中压接头部件在压接连接器针脚时，会出现以下情况:1、压接机自动化工作过程中，出现PCB板上漏放连接器的情况，此时，如果压接头继续对PCB板进行压接，则其直接压接在PCB板上，导致PCB板损坏;2、PCB板上的针孔偏大，或者连接器的针脚直径过小，则会导致压接后，针脚与针孔连接不稳定牢固，形成不良品；3、由于压接头将针脚压入针孔是一个瞬间动作，通过针脚的形变使连接牢固，因此在压接过程中针脚形变过大会导致针脚材料层断裂，使连接失效，且压接完成后针脚存在形变反弹的情况，同样导致连接失效;4.连接器压接过程中，会有跪针情况出现，跪针后的针脚折弯、断裂，不能插入针孔内，如果压接头继续向下压接，则会直接压到PCB板上，导致PCB板损坏;5.压头部件更换过程中，出现漏装情况，导致压接组件未安装压头部件;6.实际工作中压头部件沿Z轴O点向下运动至连接器的行程及插入连接器内的运动行程中存在异常情况的可能，需要及时停止运动;7.另外，压接过程中，压接行程控制是根据检测到的PCB板厚度及测量的衬垫厚度作为理论数据，实际PCB板厚度检测及衬垫安装的误差，会导致按照理论数据压接过大或过小，导致PCB板压坏或压接不到位。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种适用于现代化流水线，采用全自动导料控制，内置多个压接头部件及对应配套多种压接模式，压接过程自动更换压接头，实现产品压接多样化的连接器自动压接机、压接系统及压接工艺。
[0004]本发明采取的技术方案如下:一种连接器自动压接机，包括机体、龙门架支撑导向组件、导料组件、压接头更换组件及压接组件其中，上述机体为上下层结构，导料组件设置在机体上层空间；上述龙门架支撑导向组件固定在机体上部，龙门架支撑导向组件外部罩设有外罩，形成整体压接机结构；上述导料组件穿过压接机的左右侧面，将放有连接器的PCB板导入压接机内，并将PCB板限位固定在龙门支撑导向组件的下方;上述压接头更换组件设置在导料组件的侧部，压接头更换组件上放置有至少二个待更换的压头部件;上述压接组件设置在龙门架支撑导向组件上，龙门架支撑导向组件驱动压接组件在水平方向上横向或纵向移动，将压接组件移动至压接头更换组件处以更换压头部件，并驱动压接组件运动至PCB板上方，对准PCB板上的连接器，压接组件的旋转驱动部件驱动压头部件旋转，以调整压头部件的角度，压接组件的升降驱动部件驱动压头部件下压连接器的针脚，使针脚压入PCB板的针孔内，完成压接。
[0005]优选地，所述的机体包括底层支架及上层支架，底层支架与上层支架之间上下间隔设置;上述龙门架支撑导向组件固定在上层支架上，龙门架支撑导向组件包括设置在上层支架两侧的侧柱部件及连接在两个侧柱部件之间的横梁部件；
上述侧柱部件包括支柱、纵向导轨、纵向导座、安装板、直线电机磁轨、直线电机线圈及纵向缓冲限位部;上述支柱包括两个，分别固定连接在上层支架的两侧部，支柱中部开有通孔，形成倒U型支撑结构;上述纵向导轨设置在支柱上，并沿支柱的侧边纵向延伸，纵向导座嵌设在纵向导轨上，并沿纵向导轨自由滑动，纵向缓冲限位部分别设置在纵向导轨的两端，纵向缓冲限位部的内侧面为优力胶缓冲块，以便缓冲限位纵向导座;上述安装板固定在纵向导座上，随纵向导座运动;上述直线电机磁轨固定设置在支柱的侧壁上，直线电机线圈贴设在直线电机磁轨的外侧，并与安装板固定，直线电机磁轨通过电磁控制磁场大小和方向以驱动直线电机线圈带动安装板纵向运动；
上述横梁部件包括横梁、横向导轨、横向导座、横向直线电机线圈、光栅尺、光栅读头及横向缓冲限位部;其中，上述横梁的两端分别与上述两支柱上的安装板固定连接;上述横向导轨固定设置在横梁的侧壁上，并沿横梁侧边方向横向延伸，横向导座嵌设在横向导轨上，并沿横向导轨自由滑动，横向缓冲限位部分别设置在横向导轨的两端，横向缓冲限位部的内侧面为优力胶缓冲块，以便缓冲限位横向导座;上述横向直线电机线圈固定连接在横向导座上，横向直线电机线圈的内侧贴紧设置在横梁侧壁上的横向直线电机磁轨上，横向直线电机磁轨驱动直线电机线圈沿横向导座运动;上述光栅尺设置在横向导轨的外侧，并与横向导轨平行设置，光栅读头卡设在光栅尺上，并与横向直线电机线圈连接，随横向直线电机线圈运动。
[0006]优选地，所述的导料组件包括底板、导料支撑板、衬垫、导料部件、挡料汽缸、导料升降部件及夹紧汽缸，其中，上述底板固定安装在上层支架上;上述导料支撑板包括两个，两导料支撑板间隔平行设置在底板上，衬垫设置在两个导料支撑板之间，并固定在底板上；上述导料部件沿两个导料支撑板的侧边设置，待压接连接器的PCB板放置在导料部件上，并由导料部件带动向前运输;上述挡料汽缸包括二个，且分别对应设置在两导料支撑板上，挡料汽缸驱动与其连接的档杆向导料支撑板的内侧运动，以阻挡向前运输的PCB板;上述导料升降部件设置在导料支撑板的首尾两端，并位于导料支撑板的下方，导料升降部件驱动导料支撑板带动导料升降部件及PCB整体升降运动，使PCB板贴紧衬垫，以提供压接支撑作用；上述夹紧汽缸包括至少二个，夹紧汽缸间隔设置在同侧的导料支撑板上，并将PCB板压向另一侧导料支撑板上，以便夹紧PCB板;上述导料支撑板的顶部固定有至少二个导料支撑板；
上述导料部件包括导料步进电机、主动同步轮、连接轴、被动同步轮及导料同步带，其中，上述导料步进电机设置在导料支撑板的外侧，导料步进电机的输出轴向内侧延伸插入导料支撑板内，并通过联轴器与连接轴连接;上述主动同步轮包括二个，两主动同步轮分别设置在连接轴的两端，导料步进电机通过连接轴带动两主动同步轮旋转;上述被动同步轮包括至少二个，各被动同步轮分别间隔设置在两导料支撑板的内侧;上述导料同步带包括二条，两导料同步带分别套设在位于一侧主动同步轮及被动同步轮上，导料同步带向导料支撑板的内侧延伸出导料支撑板，该延伸部上放置有PCB板，主动同步轮通过导料同步带带动PCB板向前运动；
上述导料升降部件包括斜块、第一汽缸、推杆、挂槽、挂板、滚轮、导轨、连杆及第二汽缸，其中，上述斜块包括二个，两斜块分别设置在上述导料支撑板的两端处，并通过连杆连接，斜块两端对应导料支撑板处设有向下延伸的弧面部，两弧面部的外侧设有连接部，连杆连接固定在连接部上，两弧面部之间为支撑部，支撑部的一侧设有挂槽，另一侧设有推动槽;上述导轨设置在斜块的下部，并固定在安装板上，斜块的底部设有导槽，导槽嵌设在导轨上，并沿导轨自由滑动;上述第一汽缸设置在一斜块的内侧，第一汽缸靠近斜块的一侧连接有推杆，推杆插入设置在斜块一侧的挂内，以便与斜块连接，第一汽缸通过推杆推动斜块沿导轨向外侧滑动;上述第二汽缸设置在该斜块的外侧，第二汽缸的输出端与推动槽对应设置，第二汽缸的输出端贴紧推动槽，以便推动斜块沿导轨向内侧滑动;所述的挂板固定设置在导料支撑板的外壁面上，并向下延伸，滚轮固定在挂板上，斜块运动时，滚轮沿斜块的弧面部的弧面滑动，并随弧面部弧面的弧度高度变化，带动导料支撑板升降运动；
上述导料支撑板的外侧设有调节部件，调节部件包括调节电机、调节传动带、调节传动轮、手动轮、调节丝杆、调节丝座、连接架、调节滑轨及调节滑槽，其中，上述调节电机设置在一导料支撑板的外侧，调节电机的两侧分别设有调节传动轮，两调节传动轮通过调节传动带连接，调节电机通过调节传动带带动调节传动轮旋转;上述调节丝杆包括二根，两调节丝杆的一端分别与上述调节传动轮连接，另一端向内延伸穿过两导料支撑板，并套设有调节丝座，调节丝座与调节丝杆螺纹连接，调节丝杆旋转使调节丝座沿调节丝杆直线运动;上述调节丝座固定连接在连接架上，连接架的上端固定在导料支撑板的外壁面上；上述调节滑槽固定设置在连接架的底部，调节滑槽嵌设在固定于底板上的调节滑轨上，并沿调节滑轨自由滑动；上述调节手动轮连接在调节丝杆外端，手动旋转调节丝杆，使调节丝杆旋转，并通过调节传动带带动另一调节丝杆旋转，使调节丝座通过连接架带动导料支撑板横向移动，以调整两导料支撑板之间的距离。
[0007]优选地，所述的压接头更换组件包括二个对应间隔设置的第一压紧部件及第二压紧部件，第一压紧组件与第二压紧组件之间形成压接头安装空间，以便放置压头部件；其中，第一压紧组件及第二压紧组件的内侧分别设有压槽，上述压头部件的两侧设有向外延伸的挂耳，两挂耳分别放置在第一压紧组件及第二压紧组件的压槽内，以便支撑；
上述第一压紧组件或第二压紧组件包括支撑板、压板及压板驱动部件，其中支撑板为长条状板体结构，支撑板竖直放置;上述压板间隔设置在支撑板的上部，压板与支撑板之间的间隙空间为压槽;上述压板驱动部件与压板连接，并驱动压板绕支撑板翻转，以便打开和关闭压槽，实现对压头部件的松开和压紧；
上述压板驱动部件包括第一连接座、第一转轴、第二连接座、连板、转块、第二转轴、顶座、顶杆及驱动汽缸;上述第一连接座包括至少二个，第一连接座均匀间隔地设置在支撑板外侧，并靠近支撑板顶边处;第一连接座的外侧凸出部分插设有第一转轴，第一转轴上连接有第二连接座，第二连接座的上端固定在压板上，第二连接座绕第一转轴旋转，以便带动压板翻转;第二连接座的下端固定有连板，连板的两端分别与相邻两第二连接座的下端固定连接;第一连接座包括四个，四个第一连接座均匀间隔地沿支撑板侧边设置;第一转轴及第二连接座也包括四个，分别与四个第一连接座装配;上述连板的两端分别固定在位于中间部分的两第二连接座上，连板的底部设有转块，转块的上端与连板固定连接，转块的下端插设有第二转轴，转块绕第二转轴自由旋转;第二转轴上套设有顶座，顶座的内侧设有顶杆，顶杆由外而内穿过支撑板，并连接在设置于支撑板内侧的驱动汽缸上，驱动汽缸驱动顶杆向外运动，顶杆推动顶座向外运动，使转块通过连板带动第二连接座绕第一转轴向内侧转动，压板随第二连接座向支撑板内侧翻转使压槽的关闭而压紧压头部件；
上述支撑板的顶部均匀间隔插设有至少二个销钉，销钉向上延伸至支撑板上方;上述压头部件的两挂耳上分别开设有通孔，通孔套设在销钉上，以便通过销钉水平限位压头部件，防止压头部件水平晃动。
[0008]优选地，所述的压接组件包括支架部件、压头部件、升降驱动部件及旋转驱动部件，其中，上述压头部件固定在支架组件的压头安装板的底部，旋转驱动部件设置在压头安装板上，并与压头部件连接，旋转驱动部件驱动压头部件旋转以便调整压头部件的方向；上述升降驱动部件设置在支架组件的上支板上，并与压头部件连接，升降驱动部件驱动压头部件升降运动，以便压接连接器的针脚；
上述支架组件包括压头安装板、下支板、上支板、移动座及导杆，其中，上述下支板与上支板上下间隔设置，并通过设置在两侧的支撑板连接，支撑板之间形成安装空间；上述导杆包括至少二根，导杆设置在上述安装空间内，并穿过下支板，沿下支板的上下方向延伸；上述导杆与下支板连接处设有直线轴承，导杆经直线轴承穿过下支板，并上下自由滑动;上述移动座及压头安装板分别固定在导杆的上下端，三者形成整体移动机构，并带动压头部件运动；
上述升降驱动部件包括升降伺服马达、第一主动同步轮、第一同步带、第一被动同步轮、丝杆及丝座，其中，上述升降伺服马达设置在支撑板的外侧，并固定在上支板的下部，升降伺服马达的输出轴向上延伸，并连接有减速器，减速器的输出轴向上穿过上支板;上述第一主动同步轮套设在减速器的输出轴上，输出轴驱动第一主动同步轮旋转;上述第一被动同步轮与第一主动同步轮间隔设置，两者之间通过第一同步带连接，第一主动同步轮通过第一同步带带动第一被动同步轮旋转;上述丝杆对应设置在第一被动同步轮的下部，丝杆的上端与第一被动同步轮固定连接，随第一被动同步轮旋转，丝杆的下端穿过上支板向下延伸；上述丝座套设在丝杆上，并与丝杆螺纹连接，丝座通过螺钉固定在上述移动座上;丝杆旋转，驱动丝座带动移动座升降运动，移动座通过导杆及压头安装板带动压头部件升降运动以完成对连接器针脚的压接动作；
上述旋转驱动部件包括旋转伺服马达、第二主动同步轮、第二同步带及第二被动同步轮，其中，上述旋转伺服马达设置在上述压头安装板的一侧部，旋转伺服马达通过倒立安装的U型支撑架固定在压头安装板上，且其输出轴穿过U型支撑架的顶板伸入U型支撑架的U型槽内；上述第二主动同步轮连接在该输出轴上，输出轴带动第二主动同步轮旋转;上述第二被动同步轮间隔设置在第二主动同步轮的内侧，两者通过第二同步带连接，第二主动同步轮通过第二同步带带动第二被动同步轮旋转；
上述压头部件与上述第二被动同步轮上下对应设置，并位于压头安装板的下部;压头部件包括压头、压头安装座、卡座、转轴及连接座，其中，上述连接座连接固定在压头安装板的底部，卡座与连接座固定连接;卡座的底部设有安装孔;上述压头固定在压头安装座的底部，压头安装座可拆卸地插设在卡座的安装孔内；上述转轴的下端连接在卡座上，转轴的上端与第二被动同步轮固定连接，第二被动同步轮通过转轴带动卡座及压头旋转，以便调整压头的压接角度;上述压头安装座包括底板部及插入部，底板的一侧固定有压头，底板的另一侧固定有插入部，插入部向上插入卡座的安装孔内，插入部上开设有环状的卡槽，该环状卡槽内嵌设有钢珠，插入部通过钢珠可拆卸地与卡座连接；
上述下支板的外侧连接有C⑶扫描组件，CXD扫描组件包括支座、支架、CXD镜头及LED发光件，其中，上述支座连接在下支板的一侧，CCD镜头固定在支座上，且镜头方向朝下设置，以便进行对PCB板上的针孔进行拍照扫描;上述支架固定在支座的外侧面上，并向下延伸，圆环状结构的LED发光件固定在支架的底部，且LED发光件的圆环中心对准CCD镜头的镜头。
[0009]—种连接器自动压接机的压接系统，包括IPC控制芯片、与IPC控制芯片连接的高度传感器、CCD模块、运动控制卡、直线电机及数据采集卡，其中，上述高度传感器设置在导料支撑架侧部，以便检测导料支撑架上PCB板的厚度;上述直线电机包括设置在侧柱部件上的纵向直线电机及设置在横梁部件单的横向直线电机，以分别驱动横梁部件纵向运动及压接组件横向移动;上述CCD模块包括上CCD模块及下CCD模块，其中，下CCD模块设置在上述压接头更换组件的端部，上CCD模块设置在压接组件(6)上;压接组件运动至压接头更换组件处更换压接头部件后，经下CCD模块拍摄压接头部件的尺寸及中心点位置，以校正加工及安装更换时出现的误差;压接组件运动至PCB板上方，通过上CCD模块对PCB板进行拍照定位，以便压接组件将连接器针脚压入PCB板的针孔内；上述运动控制卡分别连接升降伺服马达、旋转伺服马达、导料步进电机及汽缸连接，以便控制上述升降伺服马达、旋转伺服马达、导料步进电机及汽缸的运动，运动控制卡内置1信号模块，并通过1信号与压接机的电磁阀及限位开关连接;上述数据采集卡分别与设置在压接组件上的小压力传感器及大压力传感器连接，小压力传感器通过压力报警值对压头部件在插入行程段内进行压力检测和防异常报警，大压力传感器通过压力报警值对压头部件在空载行程及插入行程内进行防异常报警，并感应压头部件在压接行程中承受的压力，形成压力曲线图。
[0010]一种连接器自动压接机的压接工艺，该压接工艺设有Z轴O点、压接零点及理论零点，其中，Z轴O点为压接部件沿竖直方向向下运动的起始点，压接零点高度与衬垫表面平齐，理论零点高度为压接零点减去PCB板厚度、连接器底壳厚度及连接器针脚压接台阶面高度之后的值;压头部件经Z轴O点向下压接过程的运动行程包括空载行程、插入行程及压接行程，其中，空载行程为Z轴O点至连接器顶面之间的距离，插入行程为连接器顶面至连接器内针脚压接台阶面之间的距离，压接行程为连接器自然放置在PCB板上时，连接器底面至PCB板顶面之间的距离；上述压头部件的运动行程中通过反向安装的小压力传感器及正向安装的大压力传感器检测受力，并将检测到的受力信息通过数据采集卡反馈给IPC控制芯片，IPC控制芯片接收受力信息，以运动时间作为X坐标轴，以力的大小作为Y坐标轴，形成压力曲线图；上述大压力传感器在空载行程及插入行程时间段内设置一个10KG-50KG的报警值，以便在上述行程内因运动受阻而报警，小压力传感器在插入行程时间段内设置20N-40N的报警值，小压力传感器的压力曲线图以装载压头部件的状态为O点值，此时小压力传感器实际受到压头部件自身重力而对其的向下拉力，当压头部件空载时，小压力传感器受到压头部件的拉力消失，此时其压力曲线图上的值为压头部件的重力值，小压力传感器报警，以防压头部件空载;上述压接行程内通过IPC控制芯片内置的PARS压接模式、压力压接模式及距离压接模式，控制压头部件在压接行程内完成压接动作。
[0011]优选地，所述的PARS压接模式通过在压力曲线上的针脚形变位置向后取一段采样区间，并得出该采用区间内的平均压力，通过平均压力与PARS率的乘积得出结束压力，并以大压力传感器检测到的实际压力达到结束压力作为压接结束条件;PARS压接模式以理论零点与过压高度作为另一个压接结束条件，以理论零点为压接理论结束点位置，以过压高度为理论零点的补偿参数，理论零点的高度与过压高度相加为压接实际结束点位置，当大压力传感器失效时，以该实际结束点位置作为压接结束位置;PARS压接模式的压接行程的前后分别设有开始保压段及结束保压段，且PARS压接模式设有压力上限、结束压力、采样区间、压力下限、保压力、最小压力位置及RARS率，其中:
上述采样区间的长度为0.2mm-0.4mm，采样区间的起点为第一压力曲线上针脚形变瞬间对应的位置，该针脚形变位置为压力曲线的波峰位置，起点对应的压力为F1，采样区间的终点对应压力为F2，由Fl及F2得出在采样区间内的平均压力；
上述PARS率为1.1-1.4，上述平均压力与PARS率的乘积为结束压力，当大压力传感器检测到的压力达到结束压力时，压接运动结束；
上述压力上限为最大压力报警值，压接过程中大压力传感器检测到的压力超过该压力上限时，设备报警，并停止工作；
上述压力下限为预设的压接结束时的最小压力报警值，当压接结束时的压力小于该压力下限时，设备报警，以便将压接过程中连接不牢固的不良品筛选；
上述保压力包括开始保压段压力及结束保压段内压力，开始保压段内的保压力预设为10-30KG，通过该保压力在压接行程之前对连接器针脚进行预压，防止针脚压接行程开始时形变过大而断裂;结束保压段内的保压力为压接行程结束时候的力，通过该保压力对压接行程结束后发生形变的针脚进行保压，防止针脚形变未充分完成；
上述最小压力位置为开始保压段的结束点，在开始保压段结束后，对比大压力传感器检测到的实际压力与预设的保压力，如果实际压力已经达到保压力则判断压头部件下方有连接器;如果没有达到保压力，则压头部件继续下降0.3mm-0.5mm，如果在压头部件下降过程中，实际压力仍然未达到保压力，则判断压头部件下方无连接器，并报警，以避免因PCB板上未放置连接器，使压头部件空压，损坏PCB板；
上述理论零点作为压接结束点位置为压接过程中的保护机制，仅在大压力传感器出现异常时生效，理论零点高度与理论压接完成后的连接器内针脚的压接台