一种自动换盘机的制作方法

本发明属于半导体生产技术领域，具体涉及一种应用于半导体芯片编带封装的自动换盘机。

背景技术：

测试及封带机是片式元件自动生产线的最后工序。目前，由于缺乏相应的自动化生产设备，穿带、换卷盘等工序一直由人工完成。即每编带完一盘之后，由人工进行剪带、换盘。这种生产方式在编带速度较低的情况下，还能满足要求。然而，目前片式元件已经发展到了以0402、0201小尺寸规格为主，对编带速度要求越来越高。现在有测试机的uph已达到50k的速度，更高速的测试机已初步研制成功。

这种情况下，如果剪带换盘等工序仍由人工操作，将大大增加工人的劳动强度，同时也需要企业加大人员的投入，这无疑将提高企业劳动生产成本，降低企业竞争力。同时，由于人工操作不及时，经常会出现测试机停止工作了，操作人员才去作剪带和换盘处理。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种自动换盘机，自动化程度高，占地面积小，生产效率高，人工成本小，且具有自动导入编带、缓冲结构设计，避免造成芯片翻转或编带损伤。

技术方案：本发明所述的一种自动换盘机，包括人机界面、收料系统、编带传送系统、卷盘暂存机构、机架及电气柜；

所述的人机界面用于对换盘机运行进行控制以及对各项参数进行调节设置，包括集成触摸屏和旋转机构；

所述的收料系统用于实现卷盘的上料、卷编带以及下料，包括x轴机构和y轴机构，所述x轴机构安装在所述y轴机构上；

所述的编带传送系统用于编带的导入和传送，包括主轨道、中间过渡轨道、缓冲区机构、气爪机构和导入机构，所述导入机构安装于主轨道的一端，所述主轨道的另一端设有中间过渡轨道，所述气爪机构安装于中间过渡轨道的端部，所述缓冲区机构安装于主轨道上；

所述的卷盘暂存机构用于存放空卷盘和满卷盘，包括上料机构和下料机构；

所述的机架作为整体支撑结构，电气柜内设有控制部件。

进一步的，所述集成触摸屏通过触摸屏固定支架固定在所述机架上，所述集成触摸屏底部通过旋转机构与所述触摸屏固定支架顶部活动连接，实现集成触摸屏的旋转调节。

进一步的，所述旋转机构包括人机界面安装板、上阻尼环、定位轴、安装板、下阻尼环、下固定环；所述人机界面安装板通过螺栓固定在定位轴上，定位轴依次穿过上阻尼环、安装板、下阻尼环，并通过螺栓与下固定环相连。

进一步的，所述x轴机构包括气管接头安装板、真空发生器、电机安装盒、收料旋转轴、抓取位置传感器、抓取感应片、真空吸盘、吸盘架安装座、吸盘架、第二抓取气缸、安装座连接板、第一抓取气缸；所述气管接头安装板、真空发生器、第二抓取气缸、抓取位置传感器安装在电机安装盒上，收料旋转轴通过联轴器与收料电机轴相连，真空吸盘安装在吸盘架上，吸盘架与吸盘架安装座相连，吸盘架安装座与第一抓取气缸连接实现吸盘架安装座的推出或退回；所述第一抓取气缸通过安装座连接板与第二抓取气缸连接，通过第二抓取气缸带动第一抓取气缸以及与所述第一抓取气缸连接结构的整体推出或退回。

进一步的，所述收料旋转轴端部设有可伸缩的定位片结构。

进一步的，所述y轴机构包括传送电机、丝杆后安装座、传送丝杆、丝杆螺母安装座、丝杆前安装座，所述传送电机与所述传送丝杆连接带动传送丝杆转动，所述丝杆后安装座、丝杆螺母安装座、丝杆前安装座安装在上的不同部位，所述丝杆螺母安装座上固定安装有电机安装盒。

进一步的，所述导入机构包括可拆卸的编带穿入口，所述编带穿入口与主轨道的入口连接。

进一步的，所述中间过渡轨道底部通过导轨与过渡轨道安装座连接；所述中间过渡轨道侧部连接有中间过渡轨道推出气缸，通过所述中间过渡轨道推出气缸控制中间过渡轨道伸出或退回。

进一步的，所述过渡轨道安装座上固定连接有传感器支架，所述传感器支架上对称设有过渡轨道传感器。

进一步的，所述中间过渡轨道上还连接有压编带气缸支架，所述压编带气缸支架上固定连接有编带压轮气缸，所述编带压轮气缸下方连接有编带压轮，所述编带压轮位于中间过渡轨道上方。

进一步的，所述气爪机构包括气爪轨道、气爪气缸、气爪气缸安装板、气爪推出气缸、气爪推出气缸连接片，所述气爪轨道安装于气爪气缸上，所述气爪气缸安装板通过气爪推出气缸连接片与气爪推出气缸相连。

进一步的，所述缓冲区机构包括轨道上盖、缓冲区活动门、轨道上盖连接片、轨道上盖气缸，所述轨道上盖位于主轨道上方，所述轨道上盖通过轨道上盖连接片与轨道上盖气缸相连接，所述缓冲区活动门位于轨道上盖上方两侧，所述缓冲区活动门底部和顶部分别对称设有缓冲传感器。

进一步的，所述主轨道上安装有空编带取出盖板，所述空编带取出盖板通过侧部的销轴安装在主轨道上，所述空编带取出盖板下方连接有压缩空气。

进一步的，所述上料机构包括上料轴、上料轴安装座、卷盘定位杆、定位杆安装座、定位杆导轨安装座、卷盘推板、卷盘推板安装座、卷盘推杆、卷盘推杆安装座、卷盘推出气缸、缓冲器、缓冲器安装座；所述上料轴安装在上料轴安装座上；卷盘定位杆与定位杆安装座相连，整体通过导轨安装在定位杆导轨安装座上，定位杆导轨安装座固定在料轴安装座上；卷盘推板安装在卷盘推板安装座与卷盘推杆相连，卷盘推杆安装座与卷盘推出气缸相连。

进一步的，所述下料机构包括下料轴和下料轴安装座，所述下料轴安装在下料轴安装座上。

有益效果：本发明的有益效果如下：

（1）本发明的自动换盘机采用可旋转调节的集成触摸屏结构，这样操作人员可以根据习惯灵活选择触摸屏的角度，从而方便了操作；

（2）本发明的自动换盘机收料系统采用x轴机构和y轴机构相结合的紧凑结构，x轴机构可以将卷盘抓取到上料位、装载位和工作位三个位置，而y轴机构可以带动x轴机构整体移动，从而将卷盘传送到编带进入位、上料位和下料位三个位置；

（3）本发明的自动换盘机编带传送系统中采用了中间过渡轨道，从而实现了气爪机构与主轨道之间的灵活对接，同时中间过渡轨道上还设有编带压轮，防止编带脱离轨道；

（4）本发明的自动换盘机编带传送系统中采用了缓冲区机构，这样在编带的卷绕过程中，防止因卷绕速度过快导致的编带拉扯情况发生，从而保护了芯片和编带不受损伤；

（5）本发明的自动换盘机编带传送系统中采用了活动式、轨道式的气爪机构，编带可以从气爪轨道中穿过，从而将编带从过渡轨道插入卷盘插孔中，为后续的编带卷绕打下基础；

（6）本发明的自动换盘机编带传送系统中导入机构采用可调节式的编带穿入口结构，该编带穿入口结构可以根据现场情况制作成不同的长度，方便适配，且采用可拆卸结构；

（7）本发明的自动换盘机编带传送系统中还包括了空编带取出盖板，当空编带取出盖板打开时，压缩空气可将空编带吹起，方便取出；

（8）本发明的卷盘暂存机构结构设计合理，其中上料机构可以实现卷盘的自动推料，从而实现将卷盘推出等待抓取；安装在缓冲器安装座上的缓冲器可减小退料机构退回时的震动；

（9）本发明自动换盘机的控制部件安装在控制柜内，机架安装在控制柜上部，整体结构布局设置合理，占地小，便于搬运。

附图说明

图1为本发明自动换盘机的整体结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明自动换盘机中的指示灯结构示意图；

图4为本发明自动换盘机中的集成触摸屏结构示意图；

图5为本发明自动换盘机中的旋转机构结构示意图；

图6为本发明自动换盘机中的触摸屏固定支架结构示意图；

图7为本发明自动换盘机中的编带传送系统的总装图；

图8为图7的爆炸结构示意图；

图9为本发明自动换盘机中的收料系统和卷盘暂存机构结构示意图；

图10为图9的爆炸结构示意图；

图11为图9中的收料系统爆炸结构示意图；

图12为图11收料系统的主视图；

图13为收料系统中的收料旋转轴端部结构示意图；

图14位图13的主视图；

图15为图9卷盘暂存机构中的上料机构结构示意图；

图16为图15的主视图；

图17为本发明实施例中使用的一种卷盘正面结构示意图；

图18为图17卷盘的反面结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1和图2所示的一种自动换盘机，包括人机界面1、收料系统2、编带传送系统4、卷盘暂存机构、机架及电气柜7，其中卷盘暂存机构包括了卧式结构的上料机构5和下料机构6，本实施例中采用了一个上料机构5和一个下料机构6。由图1和图2可知，本发明的自动换盘机整体采用一种卧式的结构，电气柜7设置在整个设备的下部，在电气柜7的上部安装有机架，机架内部设有主要的工作部位，即收料系统2和卷盘暂存机构。机架的侧部安装有编带传送系统4，该编带传送系统4与收料系统2适配对接；收料系统2的前部安装上料机构5，上料机构5的侧部并排平行安装下料机构6，人机界面1通过触摸屏固定支架13固定在所述机架上。

本实施例中，为了防止运行过程中对操作人员造成伤害或外界的异物等进入工作区域，机架上适配安装有防护罩，防护罩采用透明材料制成，方便观察内部运行情况。

本实施例中，自动换盘机还包括扫码机构3，该扫码机构安装在机架上，位于卷盘暂存机构的上方，扫码机构3的作用是：当卷盘被抓取到上料位置时，扫码机构3会扫取卷盘上的条码，防止将编带卷到错误的卷盘上。

本实施例中，所述电气柜7的底部还相应设有万向轮和支撑脚，且支撑脚采用可调高度的结构。当需要移动设备时，可以将支撑脚调节收起，利用万向轮将整个设备进行移动；当移动到目的位置需要固定时，可将支撑脚旋转与地面接触，这时支撑脚代替万向轮作为整个设备的支撑，此时可将设备进行固定。

下面对本发明的自动换盘机各个结构部件结合附图进行详细的说明：

如图3到图6所示，是本发明人机界面部分的结构，其中图3为三色指示灯11，图4为集成触摸屏12，图5为旋转机构，旋转机构包括人机界面安装板566、上阻尼环572、定位轴567、安装板568、下阻尼环569、下固定环571，图6为触摸屏固定支架13。

其中，三色指示灯11安装在集成触摸屏顶部的开孔中，与集成触摸屏进行连接，用于实现对换盘机运行状态的指示，比如正常运行（绿灯亮）、故障（红灯亮）、待机（黄灯亮）。集成触摸屏12通过触摸屏固定支架13固定在所述机架上，所述集成触摸屏12底部通过旋转机构与所述触摸屏固定支架顶部旋转活动连接，实现集成触摸屏的旋转调节。

如图5所示旋转机构中，人机界面安装板566通过四颗螺栓固定在定位轴567上，定位轴567穿过上阻尼环572、安装板568、下阻尼环569，通过四颗螺栓与下固定环571相连，通过调节位于下固定环571上的另外四颗螺栓可实现对旋转阻尼大小的调整。该旋转机构结构简单，方便调试和维修，可减少成本。

本实施例中的集成触摸屏12，可以对设备进行控制和参数等的输入调整等，触摸屏部分的下方对应还设有电源、开始、停止、复位等按钮，方便对设备进行及时快捷的控制。其中触摸屏的主界面窗口由四大部分组成：自动模式、手动模式、设定模式和诊断模式。其中自动模式下降进行自动运行；手动模式可以手动控制各个部件气缸，可以监控气缸传感器的状态，可以通过点击“卷盘型号选择”来选择相应的卷盘型号及程序；设定模式中可以设置卷盘位置，传送轴位置，马达参数，开启关闭扫码功能，修改密码等；诊断模式可以查看输入输出的状态以及查看机器报警历史记录。

图7和图8为本发明自动换盘机中的编带传送系统结构示意图，编带传送系统的主要功能是实现编带的自动导入，且将导入的编带通过气爪机构导入到卷盘的缺口中，以保证后续编带正常卷绕工作的进行。

编带传送系统包括主轨道486、中间过渡轨道253、缓冲区机构、气爪机构和导入机构，所述导入机构安装于主轨道的一端，是编带导入的入口，所述主轨道的另一端设有中间过渡轨道，中间过渡轨道是活动式的，可以退回与主轨道对接齐平，也可以伸出将编带导入到气爪机构中的气爪轨道中，进而通过气爪轨道将编带导入到卷盘缺口中。所述气爪机构安装于中间过渡轨道的端部（远离主轨道的一端），所述缓冲区机构安装于主轨道上。

该编带传送系统中，主要部件包括：轨道上盖497、中间过渡轨道推出气缸262、压编带气缸支架273、气爪轨道587、气爪气缸592、气爪气缸安装板593、气爪推出气缸580、气爪推出气缸连接片576、中间过渡轨道253、编带压轮283、编带压轮气缸286、过渡传感器支架272、过渡轨道安装座259、缓冲区玻璃门488、轨道上盖连接片519、轨道上盖气缸494、空编带取出盖板491、编带穿入口521、主轨道486、主轨道支架492、送料机构安装板602、送料机构支柱600，主轨道486通过主轨道支架492固定。

其中气爪机构包括气爪轨道587、气爪气缸592、气爪气缸安装板593、气爪推出气缸580、气爪推出气缸连接片576，气爪轨道587安装于气爪气缸592上，当气爪气缸592动作时，气爪轨道587可打开或闭合，待生产状态下气爪轨道587处于打开状态；气爪气缸安装板593通过气爪推出气缸连接片576与气爪推出气缸580相连，气爪气缸安装板593底部通过导轨与送料机构安装板602固定连接，送料机构安装板602底部通过多个送料机构支柱固定在电气柜顶部，当气爪推出气缸580动作时，气爪气缸592可随气爪气缸安装板593伸出或退回，待生产状态下气爪气缸592处于退回状态；过渡传感器支架272安装于过渡轨道安装座259上，过渡传感器支架272上对称设有过渡轨道传感器，该过渡轨道传感器用于监测中间过渡轨道上是否有编带穿过。

中间过渡轨道253通过导轨与过渡轨道安装座259相连，过渡轨道安装座259底部与送料机构安装板602固定连接，中间过渡轨道253保证与主轨道486齐平，中间过渡轨道253侧部连接有中间过渡轨道推出气缸262，通过所述中间过渡轨道推出气缸262控制中间过渡轨道沿着主轨道延长方向伸出或退回。编带压轮气缸286通过压编带气缸支架273与中间过渡轨道253相连接，所述编带压轮气缸286下方连接有编带压轮283，所述编带压轮283位于中间过渡轨道253上方。当中间过渡轨道推出气缸262动作时，中间过渡轨道253可随之伸出或退回，当编带压轮气缸286动作时，编带压轮283可抬起或压下，待生产状态下编带压轮283处于抬起状态。

本发明的自动换盘机在主轨道上还设置了一个缓冲区机构，该缓冲区机构包括轨道上盖497、缓冲区活动门488、轨道上盖连接片519、轨道上盖气缸494，所述轨道上盖497位于主轨道486上方，可以完全覆盖住主轨道。所述轨道上盖497通过轨道上盖连接片519与轨道上盖气缸494相连接，所述缓冲区活动门488位于轨道上盖上方两侧，缓冲区活动门488采用透明的玻璃材质制成，且可打开，方便观察缓冲区状况。缓冲区活动门488底部和顶部分别对称设有缓冲传感器，其中底部的缓冲传感器用于监测缓冲区的主轨道上是否有编带穿过，而顶部的缓冲传感器是用于监测顶部是否有编带，即表示编带处于正常弯曲状态而非拉直状态，可以进行卷绕操作，保证了芯片和编带免受损伤。当轨道上盖气缸494动作时，轨道上盖497可打开或关闭，待生产状态下轨道上盖497处于关闭状态。

导入机构包括可拆卸的编带穿入口521，所述编带穿入口521与主轨道486的入口连接，编带穿入口521可根据现场情况制作成不同的长度，方便适配，且采用可拆卸结构，拆卸方便，便于更换与维护。

本实施例中，在缓冲区机构与导入机构之间主轨道上还设有空编带取出盖板491，空编带取出盖板491通过侧面的销轴安装在主轨道486上，当空编带取出盖板491打开时，压缩空气可将空编带吹起，方便取出。

本发明的编带传送系统的主要工作原理如下：

当机器正常工作时，编带从测试机通过编带穿入口521穿入主轨道486，此时空编带取出盖板491和轨道上盖497处于关闭状态，中间过渡轨道253处于退回状态与主轨道相连，编带压轮283处于抬起状态，方便编带穿过；当编带经主轨道486穿入中间过渡轨道253时，安装于过渡传感器支架272上的过渡传感器感应到编带，中间过渡轨道推出气缸262、编带压轮气缸286、气爪推出气缸580和气爪气缸592动作，中间过渡轨道253被推出，编带压轮283落下压住编带，气爪气缸592被推出同时气爪轨道587闭合；编带继续送进，经中间过渡轨道253和气爪轨道587穿入卷盘130的缺口之中，此时自动换盘机收到测试机信号，轨道上盖497打开；由于编带头部顶到卷盘无法继续前进，因此料带在缓冲区处拱起，当缓冲区底部的缓冲传感器感应到编带时，中间过渡轨道推出气缸262、气爪推出气缸580和气爪气缸592动作，气爪轨道587打开，气爪气缸592退回，中间过渡轨道253退回；当缓冲区顶部的缓冲传感器感应到编带时，电机安装盒60中的收料电机启动，带动卷盘开始卷料，一定时间后卷料结束，收料电机停止动作；当缓冲区底部的传感器感应不到编带时，表示缓冲处异常，收料电机停止动作，机器发出警报提醒操作人员。

图9到图18为本发明自动换盘机中的收料系统和卷盘暂存机构示意图，其中图9和图10为收料系统和卷盘暂存机构分布结构示意图，图11和图12为收料系统结构示意图，图13和图14为收料旋转轴端部结构示意图，图15和图16为卷盘暂存机构中的上料机构结构示意图，图17和图18为卷盘结构示意图。

如图11和图12所示，收料系统用于实现卷盘的上料、卷编带以及下料，包括x轴机构和y轴机构，所述x轴机构安装在所述y轴机构上；x轴机构实现x轴方向的运动，y轴机构带动x轴机构整体在y轴方向的运动。

其中，x轴机构包括气管接头安装板107、真空发生器94（吸盘的真空输出）、电机安装盒60、收料旋转轴10、抓取位置传感器41、抓取感应片150、真空吸盘131、吸盘架安装座134、吸盘架133、第二抓取气缸141（方形抓取气缸）、安装座连接板145、第一抓取气缸138（圆形抓取气缸）；所述气管接头安装板107、真空发生器94、第二抓取气缸141、抓取位置传感器41安装在电机安装盒60上，收料旋转轴10通过联轴器与电机安装盒60内的收料电机的电机轴相连，实现收料旋转轴的转动卷料。真空吸盘131包括两个，且安装在吸盘架133上，吸盘架133与吸盘架安装座134相连，吸盘架安装座134与第一抓取气缸138连接实现吸盘架安装座134的推出或退回；所述第一抓取气缸138通过安装座连接板145与第二抓取气缸141连接，通过第二抓取气缸141带动第一抓取气缸138以及与所述第一抓取气缸138连接结构（吸盘架安装座134、吸盘架133以及真空吸盘131）的整体推出或退回。通过第一抓取气缸138和第二抓取气缸141的共同配合，可以实现对卷盘130的抓取，并将卷盘抓取到x轴的上料位、装载位和工作位三个不同的位置。

其中，上料位是指通过真空吸盘131吸住卷盘130并从上料机构上吸附抓取出来，此时第一抓取气缸138（圆形抓取气缸）处于伸出状态，而第二抓取气缸141（方形抓取气缸）处于退回状态，待真空吸盘131将上料机构上的卷盘130吸附抓取后，进入装载位；装载位是指卷盘130处于待编带穿入位置，此时第一抓取气缸138（圆形抓取气缸）和第二抓取气缸141（方形抓取气缸）均处于退回状态，待编带由前部的编带传送系统正常穿入卷盘的缺口中后，收料旋转轴端部安装的可伸缩定位片结构14（如图13和图14所示）弹出，卡住卷盘，吸盘退回，之后进入正常的卷料程序，此时卷盘处于工作位；工作位即卷盘进行卷料，此时第一抓取气缸138（圆形抓取气缸）处于退回状态，而第二抓取气缸141（方形抓取气缸）处于伸出状态，电机安装盒60中的收料电机启动，带动卷盘开始卷料，当缓冲区底部的传感器感应到编带时，表示卷料结束，收料电机停止动作。

本实施例中，x轴机构中还包括了辅助托盘91，辅助托盘91和电机安装盒60分别与丝杆螺母安装座56相连接，辅助托盘91起到辅助保护卷盘的作用。

其中，y轴机构带动整个x轴机构在y轴方向来回运动，即在上料机构与下料机构之间来回运动。y轴机构包括传送电机61、丝杆后安装座57、传送丝杆46、丝杆螺母安装座56、丝杆前安装座45，所述传送电机61与所述传送丝杆46连接带动传送丝杆46转动，所述丝杆后安装座57、丝杆螺母安装座56、丝杆前安装座45安装在上的不同部位，所述丝杆螺母安装座56上固定安装有电机安装盒60。

传送电机61带动传送丝杆46转动，从而实现该整体的x轴机构移动，将卷盘传送到编带进入位、上料位和下料位三个位置。其中编带进入位是指y轴方向与编带传送系统对接的位置，上料位是指y轴方向与上料机构对接进行上料的位置，而下料位是指y轴方向与下料机构对接进行下料的位置。

如图9、图10所示本发明的卷盘暂存机构结构示意图，本实施例中只是针对一个上料机构和下料机构进行说明：

其中，如图15和图16所示，上料机构具体包括上料轴189、上料轴安装座208、卷盘定位杆211、定位杆安装座215、定位杆导轨安装座214、卷盘推板207、卷盘推板安装座204、卷盘推杆202、卷盘推杆安装座197、卷盘推出气缸221。上料轴189安装在上料轴安装座208上；卷盘定位杆211与定位杆安装座215相连，整体通过导轨安装在定位杆导轨安装座214上，定位杆导轨安装座214固定在料轴安装座208上；卷盘推板207安装在卷盘推板安装座204与卷盘推杆202相连，卷盘推杆安装座197与卷盘推出气缸221相连，该整体可在气缸的作用下推出或退回，从而实现将卷盘推出等待抓取。

本实施例中，还包括了缓冲器225和缓冲器安装座227，安装在缓冲器安装座227上的缓冲器225可减小退料机构退回时的震动。

而下料机构没有推出功能，它只需要接收卷料接收后的卷盘即可，因此包括了下料轴和下料轴安装座，所述下料轴安装在下料轴安装座上。

如上实施例对本发明的自动换盘机的各系统结构和原理进行了详细说明，其完整的大概流程如下：

首先待卷绕编带由编带穿入口穿入，通过编带传送系统传送至收料系统中去，由收料系统中的收料轴带动上料机构上的卷盘转动进行卷料，卷料结束后将卷盘运送至下料机构上去即可，以此重复实现了自动导入编带、自动穿入编带、自动卷料以及自动换盘等操作，真正意义上的实现了全自动化生产。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。