一种高精度带飞行识别功能的贴片头的制作方法

本发明涉及一种贴片头，尤其是一种高精度带飞行识别功能的贴片头。

背景技术：

当前贴片机品种繁多，但无论是全自动高速贴片机或是手动低速贴片机，它的全体布局均有类似之处。全自动贴片机是由计算机控制，集光机电气一体的高精度自动化设备，主要由机架，PCB 传送及承载组织，驱动体系，定位及对中体系，贴装头，供料器，光学识别体系，传感器和计算机控制体系组成，其包括汲取- 位移- 定位- 放置等功用，完成了将SMD 元件疾速而精确地贴装。贴片机的贴片头作为整个机器的重要部件，对于整个机器的性能是十分关键的，贴片头拾取元件后能在校正系统的控制下自动校正位置, 并将元器件准确地贴放到指定的位置。贴片头的发展是贴片机进步的标志，贴片头已由早期的单头、机械对中发展到多头光学对中；早期单头贴片机是由吸嘴、定位爪、定位台和Z 轴、秒角运动系统组成的，并固定在X.Y 轴传动机构上。当吸嘴吸取一个元器件后，通过机械对中机构实现元器件对中并同时给供料器一个信号( 电信号或机械信号)，使下一个元器件进入吸片位置。但这种方式贴片速度很慢，通常贴放一只片式元器件需Is。为了提高贴片速度，人们采取增加贴片头数量的方法，即采用多个贴片头以增加贴片速度。固定式多头是目前通用型贴片机采用的结构，固定式多头外观它是在原单头的基础上改进而来的，即由单头增加到了3 ～ 6 个贴片头。它们仍然固定在X.Y 轴上，但不再使用机械对中而改为多种形式的光学对中。工作时分别吸取元器件，然后对中后再依次贴放到PCB 指定位置上。

现有的贴装头一般采用一个飞行相机固定在X/Y轴上，进行飞行识别元件和mark点相机捕捉mark点，这导致了贴片头要进行元件识别的时候需要在固定的飞行相机上方飞过才行，目前最新的技术是将飞行相机集成到贴片头上，有采用固定在贴片头底部一侧并且和吸嘴数量匹配的元件识别相机，有采用相机固定在贴片头底部并且沿着吸嘴方向往复运动的元件识别相机技术。上述两种最新技术都存在明显缺陷，一个会限制可识别的吸嘴数量，一个光路配套较复杂，且两者成本都较高，贴片头体积较大，因此，一种结构简单、小型化、低成本的带飞行识别功能的贴片头亟需开发。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、小型化、低成本的带飞行识别功能的贴片头，达到贴片头稳定，准确，快速的高精度贴装的目的。

本发明的技术方案为：一种高精度带飞行识别功能的贴片头，包括贴装头支架、安装在贴装头支架中的多支贴片轴、Z向升降机构、R向转角机构、真空模组，其特征在于：贴装头支架的上部背面安装有集成控制组件，其上部正面安装有真空模组，其正面中部安装有驱动R向转角机构的R向步进电机和采集图像的CCD摄像器，其背面上部安装有Z向驱动电机，所述Z向驱动电机输出轴方向与Z轴垂直；贴装头支架背面下部安装有飞行相机装置，飞行相机装置包括吸嘴正下方的光源组件、镜头方向在XY平面内与竖直方向呈锐角的相机组件、安装有光源组件和相机组件的相机支架、使相机支架沿X轴运动的驱动机构。

所述光源组件包括上方开口的盒子状光源外壳、所处平面垂直于YZ平面的可调反光镜、平行于可调反光镜设置的灯珠条，所述灯珠条水平设置在光源外壳内，所述相机组件包括相机、与相机连接的向下倾斜的镜头、包围相机和镜头并固定在相机支架上的盒子状保护壳，所述可调反光镜使吸嘴区域物体的虚像中心点在相机镜头的轴线上。

所述驱动机构包括伺服电机、飞行驱动丝杆、飞行驱动支座、飞行驱动螺母，飞行驱动支座固定在贴装头支架上，飞行驱动螺母与相机支架连接，伺服电机带动飞行驱动支座上的飞行驱动丝杆转动，进而使套接在飞行驱动丝杆上的飞行驱动螺母做X向的直线运动，飞行相机支架包括底板和连接板，底板为水平设置且安装有光源组件，底板与连接板的夹角为110°-150°，连接板上安装有相机组件。

所述真空模组的真空模组支架上部安装有汇流集装板，汇流集装板外侧面安装有气压检测集成模块，真空模组支架底部连接有真空换向板，真空换向板上面安装有若干真空输出口，侧面安装有与真空输出口对应导通的真空直管，每个真空直管连接一个过滤组件，过滤组件与汇流集装板上的对应的真空管支管连接。

真空模组还包括真空破坏阀、正负压切换电磁阀、真空管，所述真空模组支架侧面呈H形，汇流集装板从上方左往右依次安装有真空破坏阀和正负压切换电磁阀，真空破坏阀安装在正压管道上，正压管道分别与若干真空管连接，真空管上设置有正负压切换电磁阀；真空破坏阀安装在正压管道进口端，正压管道分别与若干真空管连接，真空管上设置有正负压切换电磁阀，真空输出口与真空软管连接，真空软管与贴片轴的真空接入口连接。

所述的真空破坏阀和正负压切换电磁阀通过小孔管道与正压管道平面密封连接，小孔管道另一端通过螺丝连接阀体的腔体。

所述贴片轴包括吸嘴、吸头、吸杆、连接座组件，所述吸杆是带有外花键的中空管，连接座组件与吸杆顶端连接，连接座组件侧面设置有与吸杆连通的真空软管接口，吸杆下端部连接有吸头，吸头下端部安装有吸嘴。

Z向升降机构包括设置在贴装头支架背面的Z向驱动电机、竖直设置的Z向带轮机构，贴片轴的连接座组件与Z向带轮机构的滑块连接，所述Z向驱动电机使Z向带轮机构的滑块上下运动进而拉动贴片轴上下运动。

Z向升降机构还包括固定在贴装头支架上方的弹簧，弹簧与贴片轴连接座组件连接。

R向转角机构包括R向步进电机、R向主动轮单元、R向从动轮单元、R向同步带，R向步进电机驱动R向主动轮单元，所述的R向主动轮单元带动多个R向从动轮单元，R向从动轮单元套接在吸杆上，通过外花键限位，进而控制贴片轴R向转动。

所述贴装头支架为整体框架结构，其背面滑块并在同一侧面的中部连接有螺母，螺母与驱动贴片头移动的丝杆套接。

本发明的有益效果：（1）飞行相机和伺服电机的控制集成在一个控制板上，改变了飞行相机的设置方案；相机支架设置成一定的倾斜角，使贴片头整体的重心尽量集中的中心处，减少飞行相机左右移动造成的挠动，保证贴片头运行的平稳。

（2）贴片头分两道正压弱吹气压为正常工作气压，强吹气压为清理管路杂物气压；通过小孔管道与正压管道平面密封连接，通过螺丝连接固定阀体的腔体，控制正压更精细。

（3）负压管道通路由复杂的弯曲的多弯道管路结构，改成简易的直通管路结构，便于安装，汇流集装板结构简单，真空管道设计更大，负压阻力更小，过滤组件安装在外部，气体流通后，气压较稳定，提高吸料速度，减少真空检测的波动，便于模拟压力传感器检测信号的降噪处理；负压从真空泵出来通过储气罐单独接到吸嘴，更易得到均衡有负压。

附图说明

图1为本发明的高精度带飞行识别功能的贴片头结构示意图。

图2为本发明高精度带飞行识别功能的贴片头局部结构示意图。

图3为本发明的飞行相机装置的局部爆炸图。

图4为本发明的真空模组结构示意图。

图5为本发明的R向转角机构局部结构示意图。

图6为本发明的贴片头支架结构示意图。

图7为本发明高精度带飞行识别功能的贴片头局部结构示意图.

图中，1-贴装头支架、102-螺母、2-贴片轴、203-吸杆、204-连接座组件、3-Z向升降机构、301-Z向驱动电机、302-Z向带轮机构、303-弹簧、304-通信接口模块、4-R向转角机构、5-真空模组、6-集成控制组件、401-R向步进电机、402-R向主动轮单元、403-R向从动轮单元、404-R向同步带、501-真空模组支架、502-汇流集装板、504-真空换向板、505-真空输出口、506-真空直管、507-过滤组件、508-真空管支管、509-真空破坏阀、510-正负压切换电磁阀、512-正压管道、7-CCD摄像器、8-飞行相机装置、801-光源组件、802-相机组件、803-相机支架、804-驱动机构、805-光源外壳、806-可调反光镜、807-灯珠条、808-相机、809-镜头、810-保护壳、811-伺服电机、812-飞行驱动丝杆、813-飞行驱动支座、815-底板、816-连接板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-7所示，一种高精度带飞行识别功能的贴片头，包括贴装头支架1、安装在贴装头支架1中的多支贴片轴2、驱动贴片轴2上升和下降的Z向升降机构3、驱动贴片轴2圆周转动的R向转角机构4、调节贴片轴2吸料取料动作的真空模组5，贴装头支架1的上部背面安装有集成控制组件6，其上部正面安装有真空模组5，其正面中部安装有驱动R向转角机构4的R向步进电机401和采集图像的CCD摄像器7，其背面上部安装有Z向驱动电机301，所述Z向驱动电机301输出轴方向与Z轴垂直；贴装头支架1背面下部安装有飞行相机808装置8，飞行相机808装置8包括吸嘴正下方的光源组件801、镜头809方向在XY平面内与竖直方向呈锐角的相机808组件802、安装有光源组件801和相机808组件802的相机808支架803、使相机808支架803沿X轴运动的驱动机构804。本实施例中，两个采集图像的CCD摄像器7设置在贴片头吸嘴的两侧，称为mark点相机808。

飞行相机808和伺服电机811的控制集成在一个控制板上，改变了飞行相机808的设置方案；相机808支架803设置成一定的倾斜角，使贴片头整体的重心尽量集中的中心处，减少飞行相机808左右移动造成的挠动，保证贴片头运行的平稳。

所述光源组件801包括上方开口的盒子状光源外壳805、所处平面垂直于YZ平面的可调反光镜806、平行于可调反光镜806设置的灯珠条807，所述灯珠条807水平设置在光源外壳805内，所述相机808组件802包括相机808、与相机808连接的向下倾斜的镜头809、包围相机808和镜头809并固定在相机808支架803上的盒子状保护壳810，所述可调反光镜806使吸嘴区域物体的虚像中心点在相机808镜头809的轴线上。

所述驱动机构804包括伺服电机811、飞行驱动丝杆812、飞行驱动支座813、飞行驱动螺母102，飞行驱动支座813固定在贴装头支架1上，飞行驱动螺母102与相机808支架803连接，伺服电机811带动飞行驱动支座813上的飞行驱动丝杆812转动，进而使套接在飞行驱动丝杆812上的飞行驱动螺母102做X向的直线运动，飞行相机808支架803包括底板815和连接板816，底板815为水平设置且安装有光源组件801，底板815与连接板816的夹角为110°-150°，连接板816上安装有相机808组件802。

真空模组5还包括真空模组支架501、汇流集装板502、气压检测集成模块、真空换向板504、真空输出口505、真空直管506、过滤组件507、真空破坏阀509、正负压切换电磁阀510、真空管、真空管支管508，所述真空模组5的真空模组支架501上部安装有汇流集装板502，汇流集装板502外侧面安装有气压检测集成模块，真空模组支架501底部连接有真空换向板504，真空换向板504上面安装有六个真空输出口505，侧面安装有与真空输出口505对应导通的真空直管506，每个真空直管506连接一个过滤组件507，过滤组件507与汇流集装板502上的对应的真空管支管508连接；所述真空模组支架501侧面呈H形，汇流集装板502从上方左往右依次安装有一个真空破坏阀509和六个正负压切换电磁阀510，真空破坏阀509安装在正压管道512进口端，正压管道512分别与六个真空管连接，真空管上设置有正负压切换电磁阀510，真空输出口505与真空软管连接，真空软管与贴片轴2的真空接入口连接。

所述的真空破坏阀509和正负压切换电磁阀510通过小孔管道与正压管道512平面密封连接，小孔管道另一端通过螺丝连接阀体的腔体，控制正压更加精细。

负压管道通路由复杂的弯曲的多弯道管路结构，改成简易的直通管路结构，便于安装，真空管道设计更大，负压阻力更小，提高吸料速度，减少真空检测的波动，便于模拟压力传感器检测信号的降噪处理，而且腔体内部负压值更均匀。

本实施例真空模组5工作原理：分两道正压（弱吹气压与强吹气压），两道正压分别通过小型减压阀RB500-SSC4-P（0.1Mpa）与调压阀R4000-15-W（0.5Mpa）由电磁阀切换连接至汇流集装板502，弱吹气压为正常工作气压，强吹气压为清理管路杂物气压。

采用真空破坏阀509控制所有吸头的正压气路，真空破坏阀509常态位为常闭，正压气路通过真空破坏阀509处于常闭与正负压切换电磁阀510编号为1－6的处于常开位实现导通。负压从真空泵出来通过储气罐单独接到吸嘴1至吸嘴6，通过改进后得到均衡有负压。

从吸取到贴装物料，这一过程中电磁阀通断电情况，当正负压切换电磁阀5101－6通电，对应的吸嘴将处于吸取物料状态，同时气压检测集成模块上的真空压力传感器检测真空，当真空破坏阀509通电，正负压切换电磁阀510编号为1－6通电，对应的吸嘴仍然处于吸住物料状态，当真空破坏阀509通电，正负压切换电磁阀510编号为1－6任意电磁阀断电，对应的吸嘴则处于贴装物料状态。

本实施例得到明显的技术效果：原来阀体是通过腔体螺纹连接在正压管道512上，改进后通过小孔管道与正压管道512平面密封连接，通过螺丝连接固定阀体的腔体，控制正压更精细。而且汇流集装板502较为简单，气孔较大，过滤组件507安装在外部，气体流通后，气压较稳定。负压从真空泵出来通过储气罐单独接到吸嘴1至吸嘴6，通过改进后得到均衡有负压。

所述贴片轴2包括吸嘴、吸头、吸杆203、连接座组件204，所述吸杆203是带有外花键的中空管，连接座组件204与吸杆203顶端连接，连接座组件204侧面设置有与吸杆203连通的真空软管接口，吸杆203下端部连接有吸头，吸头下端部安装有吸嘴。

Z向升降机构3包括设置在贴装头支架1背面的6个Z向驱动电机301、竖直设置的6个Z向带轮机构302，6个贴片轴2的连接座组件204与6个Z向带轮机构302的滑块连接，所述Z向驱动电机301使Z向带轮机构302的滑块上下运动进而拉动贴片轴2上下运动。

Z向升降机构3还包括固定在6个贴装头支架1上方的6个弹簧303，弹簧303与贴片轴2连接座组件204连接，使贴片轴2下移停止时得到一定的缓冲，同时，向上的拉力使贴片轴2复位更加容易。

Z向驱动电机301设置为上下两排各三个，Z向驱动电机301上方的集成控制组件6后端设置有通信接口模块304。

本实施例中R向转角机构4包括两个R向步进电机401、两个R向主动轮单元402、六个R向从动轮单元403、两条R向同步带404，所述的两个R向步进电机401分别驱动两个R向主动轮单元402，一个R向主动轮单元402带动三个R向从动轮单元403，六个R向从动轮单元403依次编号为1-6号，1、3、5号R向从动轮单元403与第一R向主动轮单元402连接并设置在上层，2、4、6号R向从动轮单元403与第二R向主动轮单元402连接并设置在相邻的下层；R向从动轮单元403套接在吸杆203上，通过外花键限位，进而控制贴片轴2R向转动。

所述贴装头支架1为整体框架结构，其背面滑块并在同一侧面的中部连接有螺母102，螺母102与驱动贴片头移动的丝杆套接。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。