自动插件机的制作方法

本实用新型涉及插件技术，更具体地说，涉及一种自动插件机。

背景技术：

随着工业的不断发展，人们更加注重生产的效率，更加注重设备的自动化发展。与此同时，生产所需的劳动力成本不断上涨，劳动密集型的企业陷入了困境，产业升级迫在眉睫。

PCB板是由电子元器件和基板上的电路连接组合而成。目前，在PCB板生产行业中，手工插件仍属于主流，特别是各种异形件的插件都有工人手工完成，劳动力高度密集，属于一项高强度、效率低、重复性的工作，这需要企业投入大量的人力、物力，直接增加了PCB板生产的成本。为了降低生产成本，提高生产效率，亟需全自动的插件设备来实现PCB板上各种元器件的自动插件。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种对异形元器件也可以进行全自动插件的自动插件机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种自动插件机，包括机架和安装于机架上的PCB板传送装置与三轴联动插件装置，其中，所述PCB板传送装置从机架的前后两侧进料和出料，所述三轴联动插件装置位于PCB板传送装置的上方并从机架的左右两侧进料；

其中，所述三轴联动插件装置包括XY轴平面内位置可调的第一插件机构和第二插件机构，所述第一插件机构和第二插件机构分设于所述PCB板传送装置的左右两侧；所述第一插件机构和第二插件机构均包括至少一个插件单元，每一所述插件单元包括Z轴滑杆、安装于Z轴滑杆末端的真空吸嘴或夹爪、驱动Z轴滑杆沿Z轴方向升降的Z轴驱动组件和驱动Z轴滑杆转动以调整真空吸嘴或夹爪的角度的角度调节组件；

其中，所述自动插件机还包括安装于机架上PCB板传送装置的左右两侧以用于提供多种吸嘴或夹爪的第一吸嘴夹爪更换装置和第二吸嘴夹爪更换装置、安装于机架上PCB板传送装置的左右两侧以分别用于对第一插件机构和第二插件机构吸取的待插元器件进行视觉检测的第一下视觉检测装置和第二下视觉检测装置、以及分别安装于第一插件机构和第二插件机构上以用于对PCB板上的插件位置进行定位的第一上视觉检测装置和第二上视觉检测装置。

根据本实用新型的一个实施例中，所述三轴联动插件装置进一步包括相互平行安装于机架上前后两侧的第一Y轴直线导轨和第二Y轴直线导轨、分别滑动配合跨装于第一Y轴直线导轨和第二Y轴直线导轨上且相互平行的第一X轴直线导轨和第二X轴直线导轨、分别滑动配合安装于第一X轴直线导轨和第二X轴直线导轨上的所述第一插件机构和第二插件机构、用于驱动第一X轴直线导轨和第二X轴直线导轨分别沿第一Y轴直线导轨和第二Y轴直线导轨移动的Y轴驱动机构、以及用于驱动第一插件机构和第二插件机构分别沿第一X轴直线导轨和第二X轴直线导轨移动的X轴驱动机构；所述第一插件机构和第二插件机构均包括滑动配合安装于所述第一X轴直线导轨或第二X轴直线导轨上的Z轴安装板和设于所述Z轴安装板上的至少一个插件单元。

根据本实用新型的一个实施例中，每一所述插件单元的Z轴驱动组件包括安装于Z轴安装板的第二侧面上的Z轴驱动电机和安装于Z轴安装板的第一侧面上的由Z轴驱动电机带动而绕一组同步带轮转动的同步带，所述Z轴滑杆的上端与同步带固定连接并通过Z轴滑块与安装于Z轴安装板的第一侧面上的Z轴直线导轨滑动连接；所述Z轴安装板的第一侧面下部还设有为Z轴滑杆的移动和转动提供导向的导向组件，所述Z轴滑杆的下端从所述导向组件的底部向下伸出以安装所述真空吸嘴或夹爪。

根据本实用新型的一个实施例中，每一所述插件单元的角度调节组件包括安装于所述导向组件上的角度调节驱动电机、由角度调节驱动电机带动的第一同步带轮、固定安装于Z轴滑杆上的第二同步带轮、以及连接第一同步带轮和第二同步带轮的同步带。

根据本实用新型的一个实施例中，所述至少一个插件单元中两个相邻的插件单元共用一个角度调节组件，所述同步带同时连接第一同步带轮和两个Z轴滑杆上的第二同步带轮。

根据本实用新型的一个实施例中，所述PCB板传送装置包括PCB顶板、PCB顶板升降机构、相互平行设置于PCB顶板两侧并沿PCB传送方向延伸的PCB支撑定板和PCB支撑动板、连接PCB支撑定板和PCB支撑动板的丝杠，所述丝杠在调节电机的驱动下转动进而带动PCB支撑动板相对于PCB支撑定板移动以靠近或远离PCB支撑定板；所述PCB支撑定板和PCB支撑动板上分别设有PCB传送带；所述PCB顶板上设有多个PCB顶针单元。

根据本实用新型的一个实施例中，所述PCB顶板升降机构包括升降气缸、固定于升降气缸输出端的安装板、设置于安装板上的用以支撑PCB顶板的至少一根弹簧、和为PCB顶板在升降气缸带动下的升降提供导向的导向单元。

根据本实用新型的一个实施例中，所述PCB传送带包括彼此独立的进料段传送带、出料段传送带和位于进料段传送带和出料段传送带之间的载料段传送带，所述PCB顶板对应所述载料段传送带设置。

根据本实用新型的一个实施例中，所述PCB支撑定板和PCB支撑动板的相对内侧还分别设有可在所述PCB顶板上升过程中被PCB顶板推动而沿导轨在竖向上的滑动以压紧PCB板的压料板。

根据本实用新型的一个实施例中，所述第一吸嘴夹爪更换装置和第二吸嘴夹爪更换装置均包括设置有多个存放位的底座、放置于所述底座内的多个真空吸嘴或夹爪、设置于所述底座的两侧并可在所述底座内滑动以卡住和释放所述多个存放位内的真空吸嘴或夹爪的第一卡板和第二卡板、以及分别驱动所述第一卡板和第二卡板滑动的第一气缸和第二气缸，所述第一卡板和第二卡板分别与所述第一气缸和第二气缸的输出端连接。

实施本实用新型的自动插件机，具有以下有益效果：本实用新型的自动插件机通过流水线自动上下PBC板，通过三轴联动插件装置实现取件和插件操作，Z轴插件机构上的真空吸嘴或夹爪可根据待插件元器件的不同而进行更换，能够在控制系统的控制下一次性完成PCB板上包括异形件在内的所有元器件的插件，极大的提高了插件效率，降低了PCB板的生产成本，使劳动密集型的PCB产业得到升级。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一个实施例的自动插件机的外部结构示意图；

图2是图1所示的自动插件机在去掉外壳后的内部结构示意图；

图3是图1所示的自动插件机在去掉外壳后的另一个角度的内部结构示意图；

图4是本实用新型一个实施例中PCB板传送装置的结构示意图；

图5是图4中PCB顶板升降机构的具体结构示意图；

图6是本实用新型一个实施例中的插件机构的结构示意图；

图7是本实用新型一个实施例中的吸嘴夹爪更换装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1至图3示出了根据本实用新型一个实施例的自动插件机1000的结构示意图。如图1至图3所示，该自动插件机主要由外壳100、机架200、三轴联动插件装置300、PCB传送装置400、两个吸嘴夹爪更换装置510和520、两个下视觉检测装置610和620、以及两个上视觉检测装置710和720构成。其中，如图1所示，外壳100由包围机架200的外壳围板102和罩于机架200上方的外壳上罩101构成，并在外壳上罩的前后两侧设置维修窗104，在外壳上罩101的左右两侧设置机器门103，其主要作用是防止机台外露，防止灰尘等污染物进入机台，保证机台的干净以及保护机器以及操作人员的安全，同时可以通过设置于外壳上罩101上的操作台对机器工作进行控制。对应于PCB板传送装置400的进出料端，外壳上罩101的前后两侧还设有PCB板进出料口106，其可位于维修窗104的中部；对应于三轴联动插件装置300的上料，外壳上罩101的左右两侧还设有元器件上料口105，用于与元器件上料装置配合以实现该机器的元器件自动上料。元器件上料口105可位于机器门103的下方。

进一步如图2所示，PCB板传送装置400安装在机架200上，从机架200的前后两侧进料和出料。三轴联动插件装置300位于PCB板传送装置400的上方，从机架200的左右两侧进料，用于对PCB板传送装置400上的PCB板进行元器件插件操作。具体如图2所示，三轴联动插件装置300主要由第一Y轴直线导轨311、第二Y轴直线导轨312、第一Y轴滑块313、第二Y轴滑块314、第一X轴直线导轨321、第二X轴直线导轨322、第一X轴滑块323、第二X轴滑块324、第一插件机构330和第二插件机构340以及相关的驱动机构构成。其中，第一Y轴直线导轨311和第二Y轴直线导轨312相互平行安装在机架200上的前后两侧，第一X轴直线导轨321的两端分别通过第一Y轴滑块313滑动配合安装在第一Y轴直线导轨311和第二Y轴直线导轨312上，第二X轴直线导轨322的两端亦分别通过第二Y轴滑块314滑动配合安装在第一Y轴直线导轨311和第二Y轴直线导轨312上，第一插件机构330通过第一X轴滑块323滑动配合安装在第一X轴直线导轨321上，第二插件机构340通过第二X轴滑块324滑动配合安装在第二X轴直线导轨322上。如此，在相应驱动机构的带动下，第一X轴直线导轨321和第二X轴直线导轨322可分别沿第一Y轴直线导轨311和第二Y轴直线导轨322移动，同时，第一插件机构330和第二插件机构340可分别沿第一X轴直线导轨321和第二X轴直线导轨322移动，从而实现第一插件机构330和第二插件机构340在XY轴平面内的位置可根据控制系统的控制随意调节，以定位在下方PCB传送装置400上的PCB板20的任意需插件的位置。具体实施例中，该驱动机构可以通过例如直线电机来实现，并可加设磁栅尺配合直线电机形成闭环驱动，相比传统的伺服电机加丝杠的驱动方式输出加减速更快、精度更高。

第一插件机构330和第二插件机构340分别设置于PCB板传送装置400的左右两侧，用于与从机架200左右两侧上料的外部元器件上料装置配合，实现元器件的取件和插件。图6示出了根据本实用新型一个实施例中第一插件机构330的结构示意图，第二插件机构340与其结构完全相同，便不再赘述。如图6所示，第一插件机构330包括Z轴安装板331和安装于Z轴安装板331上的多个插件单元，Z轴安装板331与对应的第一X轴滑块323(参见图2)固定连接，从而可随第一X轴滑块323一起在XY轴平面内移动。每一插件单元进一步由Z轴滑杆333、安装于Z轴滑杆333末端的真空吸嘴或夹爪334、与Z轴滑杆333上端连通的真空接头337、驱动Z轴滑杆333沿Z轴方向升降的Z轴驱动组件332、驱动Z轴滑杆333转动以调整真空吸嘴或夹爪334的角度的角度调节组件336、以及为Z轴滑杆333的移动和转动提供导向的导向组件335构成。

具体如图6所示，Z轴驱动组件332主要由Z轴驱动电机3321、同步带3322、Z轴滑块3323、Z轴直线导轨3324和连接块3325构成。其中，Z轴驱动电机3321安装于Z轴安装板331的第二侧面上，驱动安装于Z轴安装板331的第一侧面上的同步带3322绕沿Z轴方向设置的一组同步带轮转动。Z轴直线导轨3324安装在Z轴安装板331的第一侧面上，沿Z轴延伸。沿Z轴方向延伸的Z轴滑杆333的上端与连接块3325可转动地连接，连接块3325与同步带3322固定连接并还与Z轴滑块3323固定连接，Z轴滑块3323与Z轴直线导轨3324滑动配合。由此，在Z轴驱动电机3321的驱动下，Z轴滑杆333随同步带3322的运转在Z轴滑块3323与Z轴直线导轨3324的作用下上下移动，带动安装于其下端的真空吸嘴或夹爪334一起上下移动，以实现元件的取件和插件操作。

进一步如图6所示，Z轴安装板331的第一侧面下部还设有为Z轴滑杆333的移动和转动提供导向的导向组件335。Z轴滑杆333穿过该导向组件335上设置的导向孔，从而由导向组件335为Z轴滑杆333的移动提供导向。Z轴滑杆333的下端从导向组件335的底部向下伸出以安装真空吸嘴或夹爪334。再如图6所示，驱动Z轴滑杆333转动的角度调节组件336主要由角度调节驱动电机3361、同步带3364、第一同步带轮3362和第二同步带轮3363构成。角度调节驱动电机3361安装在导向组件335上，带动安装于其输出轴上的第一同步带轮3362转动，从而通过同步带3364带动固定安装于Z轴滑杆333上的第二同步带轮3363转动，使得Z轴滑杆333随之一起转动，以实现位于Z轴滑杆333末端的真空吸嘴或夹爪334的角度调节。具体如图6所示的实施例中，第二同步带轮3363固定于Z轴滑杆333上导向组件335的上方位置，并且，两个相邻的插件单元共用一个角度调节组件336，也即，同步带3364同时连接第一同步带轮3362和两个Z轴滑杆333上的第二同步带轮3363。这样，角度调节驱动电机3361通过同步带3364可同时带动两根Z轴滑杆333上的第二同步带轮3363转动，使得两根Z轴滑杆333同时实现真空吸嘴或夹爪334的角度调节。

进一步如图6所示，针对每一个插件单元在Z轴安装板331的上端设置有真空接头337，通过例如气管(图中未示出)与Z轴滑杆333上端连通，进而通过中空的Z轴滑杆333与真空吸嘴或夹爪334连通，以便为真空吸嘴或夹爪334的取件和插件操作提供工作气压。例如，当控制系统驱动真空吸嘴或夹爪334到取料位取件时，真空接头337外接真空发生器为真空吸嘴或夹爪334提供负压以吸附住元件；当控制系统驱动真空吸嘴或夹爪334到插件位时，真空接头337外接真空发生器为真空吸嘴或夹爪334提供正压以释放元件。

图4示出了根据本实用新型一个实施例的PCB板传送装置400的结构示意图。如图4所示，该PCB板传送装置400用于传送和支撑PCB板，主要由底座415、PCB顶板411、PCB顶板升降机构412、PCB支撑定板401、PCB支撑动板402、PCB传送带及相应的驱动机构构成。PCB支撑定板401和PCB支撑动板402相互平行设置在底座415上PCB顶板411的两侧，并沿PCB板的传送方向延伸。PCB支撑定板401和PCB支撑动板402通过前后两根丝杠403和404连接，其中一根丝杠404在调节电机406的驱动下转动，通过同步带407带动另一根丝杠403同步转动，从而带动PCB支撑动板402相对于PCB支撑定板401沿直线导轨405移动以靠近或远离PCB支撑定板401，实现二者间距的调节，以适配各种不同尺寸的PCB板。PCB支撑定板401和PCB支撑动板402上分别设有PCB传送带。该PCB传送带可包括彼此独立的进料段传送带408、出料段传送带410和位于进料段传送带408和出料段传送带410之间的载料段传送带409，三段传送带分别通过各自的驱动电机驱动而运转。

PCB顶板411对应该载料段传送带409设置，用于在PCB顶板升降机构412的作用下将载料段传送带409上的PCB板支撑起来进行插件操作。具体如图5所示，PCB顶板升降机构安装在底座415上，主要由升降气缸4121、安装板4122、弹簧4123、导向单元4124构成。升降气缸4121安装在底座415上，安装板4122固定于升降气缸4121的输出端，PCB顶板411被设置于安装板4123上的多根弹簧4123支撑，导向单元4124为PCB顶板411在升降气缸4121带动下的升降提供导向。图示实施例中，导向单元4124通过滑块与导轨的配合实现，但显然不同实施例中，本实用新型可以采用各种其他合适的结构来实现导向单元4124。进一步如图4所示，PCB支撑定板401和PCB支撑动板402的相对内侧还分别设有压料板414，压料板414可在PCB顶板411上升过程中被PCB顶板411推动而沿导轨(图中未示出)在竖向上的滑动以压紧PCB板。PCB顶板411和压料板414相配合的工作过程如下：当PCB板被输送到载料传送带409上时，通过其他机构准确定好位置后，升降气缸4121开始上升，通过弹簧4123带动PCB顶板411向上移动，PCB顶板411上升过程中接触到压料板414，使得压料板414沿导轨直线向上运动，当升降气缸4121上升到行程末端时，压料板414压紧需要插件的PCB板。在此过程中，弹簧4123起到减缓升降气缸4121的力和速度，把升降气缸4121的力转化为弹簧4123的压力，使得整个PCB顶板升降机构412对PCB板的压紧力为弹簧4123压缩后的弹性力，且压力大小可以通过调整弹簧4123的压缩量以及其弹簧系数来调节。当PCB板被压紧后，可以对PCB板进行插件操作，并确保PCB板在插件过程中不会发生移位。插件完成后，升降气缸4121开始下降，PCB顶板411在升降气缸4121的带动下下降，下降到一定距离后，PCB顶板411与压料板414分离，压料板414在自身重力的作用下沿导轨下降，此时压料板414与PCB板分开，载料段传送带409将已插件好的PCB板送出至出料段传送带410，并接收进料段传送带408送进的新的PCB板，此时PCB顶板升降机构412重复上述动作，周而复始。再如图4所示，PCB顶板411上还设有多个PCB顶针单元413，用于支撑待插件的PCB板。

再参见图3所示，第一吸嘴夹爪更换装置510和第二吸嘴夹爪更换装置520安装于机架200上PCB板传送装置400的左右两侧，分别用于为第一插件机构330和第二插件机构340提供多种真空吸嘴或夹爪，以实现各种元器件的插件操作。图7示出了根据本实用新型一个实施例中第一吸嘴夹爪更换装置510的结构示意图，第二吸嘴夹爪更换装置520与其结构完全相同，便不再赘述。如图7所示，第一吸嘴夹爪更换装置510包括底座511，底座511上部设置有多个存放位，多个真空吸嘴或夹爪512放置在相应存放位内。底座511的两侧还分别安装有第一卡板513和第二卡板514，该第一卡板513和第二卡板514可在底座内多个存放位的下方滑动，并对应每个存放位设置有相应的卡扣位。该第一卡板513和第二卡板514的相对滑动可以卡住或释放多个存放位内的真空吸嘴或夹爪512。具体如图7所示的实施例中，底座511两端对应于第一卡板513和第二卡板514分别设有第一气缸515和第二气缸516，用于分别驱动第一卡板513和第二卡板514滑动。该第一气缸515和第二气缸516优选为双杆气缸。当第一气缸515和第二气缸516收缩时，第一卡板513和第二卡板514处于初始状态，真空吸嘴或夹爪512卡在吸嘴存放位中。当需要更换第一插件机构330上的真空吸嘴或夹爪334时，移动第一插件机构330到第一吸嘴夹爪更换装置510上的空的存放位的上方，同时第一气缸515和第二气缸516动作，推动第一卡板513和第二卡板514滑动以松开对真空吸嘴或夹爪的卡扣，然后第一插件机构330上的真空吸嘴或夹爪334被降下放入存放位中，放置到位后，第一气缸515和第二气缸516收缩，带动第一卡板513和第二卡板514反向滑动卡紧真空吸嘴或夹爪，然后第一插件机构330的Z轴滑杆333上升，真空吸嘴或夹爪334与Z轴滑杆333分离。然后，第一插件机构330可移动到需要更换的真空吸嘴或夹爪的上方，Z轴滑杆333再次降下与存放位上的真空吸嘴或夹爪结合固定，然后第一气缸515和第二气缸516再动作带动第一卡板513和第二卡板514松开真空吸嘴或夹爪，Z轴滑杆333带着真空吸嘴或夹爪上升，成功换取到所需的真空吸嘴或夹爪。

再参见图3所示，第一下视觉检测装置610和第二下视觉检测装置620亦安装于机架200上PCB板传送装置400的左右两侧，分别用于对第一插件机构330和第二插件机构340吸取的待插元器件逐一进行视觉检测，并记录元器件的位置状态，用于后续调整元器件的方位角度。第一上视觉检测装置710和第二上视觉检测装置720分别安装在第一插件机构330和第二插件机构340上，用于对PCB板上的标定点(Marker点)进行捕捉，并保存和计算标定点的信息，对PCB板的位置进行精确定位，然后第一插件机构330和第二插件机构340利用第一下视觉检测装置610和第二下视觉检测装置620记录的元器件位置状态调整好真空吸嘴或夹爪的方位角度以调整好待插元器件的方位角度，将元器件插入PCB板上对应孔中，完成插件。根据本实用新型的具体实施例中，第一下视觉检测装置610和第二下视觉检测装置620以及第一上视觉检测装置710和第二上视觉检测装置720可以采用现有的或可能的各种合适的技术手段来实现。

本实用新型上述的自动插件机1000的具体工作工程如下：开始时，PCB板通过PCB板传送装置400进入到PCB板插件位对PCB板精确定位后，PCB顶板升降机构412将PCB顶板411升起，压紧PCB板使其完全固定，同时另外一块PCB板进入PCB上料位等待插件，元器件上料装置也开始往机台内部供料，三轴联动插件装置300开始动作，带动第一插件机构330运行到元器件上料装置的上方并通过真空吸嘴或夹爪吸取元器件，所有元器件成功吸取后，第一插件机构330移动到下视觉检测系统610上方对元器件逐一进行视觉检测，并记录元器件的位置状态，用于后续调整元器件方位角度。与此同时，三轴联动插件装置300带动第二插件装置340也运行到对应元器件上料装置的上方并通过真空吸嘴或夹爪吸取元器件，移动到下视觉检测系统620上方对元器件逐一进行视觉检测，并记录元器件的位置状态。元器件检测完成后，由第一插件机构330先进行插件，第二插件机构340等待插件。第插件机构330移动到PCB板上方，由上视觉检测系统710对PCB板上的Marker点进行捕捉，并保存和计算Marker点的信息，对PCB板的位置进行精确定位，利用前面存储的元器件位置状态调整好元器件的方位角度，并插入PCB板的小孔中。第一插件机构330上吸取的6个元器件插件完成后，第一插件机构330回到元器件上料位置再次对物料进行吸取，视觉检测，并等待插件。在第一插件机构330退回的同时，第二插件机构340快速移动到PCB板的上方，利用上视觉检测系统720对PCB板上的Marker点进行捕捉，并保存和计算Marker点的信息，对PCB板的位置进行精确定位，利用前面存储的元器件位置状态调整好元器件的方位角度，并插入PCB板的小孔中。第二插件机构340吸取的元器件插件完成后，第二插件机构340退回到元器件上料位置进行下一轮插件的准备。与此同时，第一插件机构330再次进行插件工作，如此两边相互交替插件，分时工作，互不干涉，更好的利用对方的插件准备时间，提高插件效率，在插件期间可以针对不同的元器件换取不同的吸嘴或者夹爪。整块PCB板插件完成后，PCB顶板升降机构412带动PCB顶板411下降，松开PCB板，PCB板被送出到PCB板出料位，同时把PCB板上料位上的PCB板送入到PCB插件位，并对PCB板进行精确定位，并把另一块PCB板送入到PCB板上料位上。PCB板固定后，三轴联动插件装置300开始动作插件，直到插件完成，周而复始的工作，从而实现了PCB板的全自动插件，提高生产效率，降低生产成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。