电子元件目检设备

11引言1.1课题研究背景在世界经济一体化的大背景下，特别是20世纪90年代以来，由于世界电子工业的调整、信息技术和通信技术的迅猛发展，对电子元件的发展产生了巨大影，导致全球电子元件的产、销增长率均低于全球电子信息工业的产、销增长率；电子元件产、销值在电子信息制造业中所占份额亦明显下降。电子产业不得不朝着高精度化、高性能化、高复合化的方向发展，电子行业之间的竞争变得日趋激烈。1.2课题的研究意义基于电子行业的发展现状，本课题的研究具有如下几方面的意义:(1)新型电子元件体积微小、制造精密，通过传统的目检比较困难，通过该设备可以较轻松的对电子元件进行检测。(2)引进设备需要花费大量人力、物力和财力，间接导致生产成本增加。而该设备操作简单、成本低廉，可以很好的降低不必要的生产成本。(3)传统电子元件依靠人工目检，劳动强度高、生产效率低、产品利润少。通过该设备则可以明显改善工人的劳动条件，提高生产效率，增加产品利润。1.3课题研究的内容基于机械设计理论，对电子元件目检设备的机械结构提出合理的方案并进行结构设计。根据设备运动形式和运动参数的要求确定原动机的类型和参数，设计出组成该机构的零部件的外形和基本尺寸，绘制相应的装配图以及主要零部件图。本课题重点解决的问题有：(1).选择合适的电动机以解决料带间歇运动的问题；(2).设计传动精度较高的传动装置；(3).设计与载带相啮合的零件；(4).合理安排摄像头位置，满足目检要求。22总体方案设计2.1电子元件目检设备的原理随着使用者对电子元件多样化的需求，如今电子元件的出货作业已经趋向“多种、少量、多次”的趋势。于是，拣料作业量的增加成为必然的结果。电子元件生产过程中需按型号分拣元件，电子元件体积微小，不易看清和识别，若直接采用人工识别，不仅费时费力而且效率低下。因此本课题拟设计一套电子元件目检设备，其原理为：整套设备通过一个料带放料机构将电子元件放在料带中，通过传动机构输送到摄像头下，通过显示屏放大，便于工人识别，将不同型号的电子元件分拣开，同时控制电子元件放料和收料的速度。该设备可大大提高工人工作效率，减轻劳动强度并提高工作的准确度。图1-1电子原件目检设备结构简图1.原动机2.联轴器3.摄像头4传动机构5料带轮6导料轮7导轨2.2设备运动形式和运动参数(1)料带送料为间歇运动，每传输五个电子元件，停止2秒，便于操作者观察；(2)电子元件传输速度v=10mm/s;(3)传输带有效拉力F=500N。2.3方案设计与评价3表1.1电子原件目检设备设计任务书在研究电子元件目检测设备的设计方案时可以作如下分析：设备必须具备五个独立的功能因素，即动力、传动、传输、放料、收料共五个功能因素。列出能满足上述五个功能因素可采用的技术措施(形态)，组成设备设计的案的形态学矩阵（表1.2）表1.2电子原件目检设备设计方案形态学矩阵要求内容1.功能要求1).装料、收料效率高2).定位准确3).传输稳定2.结构方面1).结构新颖2).结构简单,紧凑3.材料方面1).材料耐磨性好2).价格便宜4.人机工程方面操作简单,造型美观5.经济、使用安全方面1).尽量能在各种电子原件生产流程中配套使用2).维护、安装方便,工作可靠,使用安全3).总成本低廉功能因素技术措施（形态）1234A动力异步电动机直流电动机步进电动机伺服电动机B传动齿轮传动带传动链传动蜗杆传动C传输齿状轮针轮D放料料带轮盘E收料料带轮盘4根据上表进行组合可得44211=32种设计方案。其中，动力所采用的原动机，为了能够符合设备要求的间歇性运动，所以采用步进电动机，而且步进电动机体积小，重量轻，适用做于小设备的动力系统。在传动机构中，齿轮传动的制造以及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合；带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点，在机械传动中被广泛应用；链传动的制造与安装精度要求较低，但是在两根平行轴之间只能用于同向回传的传动，运转时不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后容易发生跳齿，工作时有噪音；蜗杆传动通常用于减速装置。料带的传输对于设备的要求由设计者决定，设计成齿状轮形式的，只可以做同向传动。设计成针轮形式的，可以直接于料带上的圆孔配合，能够起到较好的固定跟传动作用。所以，方案上采用322ABC+D+E的组合。在带传动中，常用的有平带传动、V带传动和同步带传动等。平带传动结构最为简单，带轮也容易制造，在传动中心距比较大的情况下使用。V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，能产生比较大的摩擦力。同步带靠啮合传动，速比准确，传动效率高，初张紧力小，压轴力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，安装制造要求高。综合以上比较，带传动则选用同步带传动，对于料带体积小的特点传动比较精确。所以，这套电子元件目检设备的方案如下，原动机采用步进电动机，传动机构采用同步带传动，传输设备采用针轮，收料放料机构采用料带轮盘。53机械结构设计3.1原动机的选定随着数控技术及电子设备的发展，特别是电子计算机的普及，步进电动机的应用越来越广，其新型驱动方式也不断出现，为步进电动机的应用带来了广阔的前景。步进电动机是一种以电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电动机，因此适合作为数控系统的伺服元件。随着混合式步进电动机的产生和应用，其输出功率和力矩不断增加，成本与价格却不断降低，为步进电动机的推广应用打下了良好的基础。例如计算机的外设、办公自动化中的打印机、传真机的送纸机构、打印头、磁头驱动机构、数控机床、记数指示装置、阀门控制、纺织机、绘图机等均可应用。传统步进电动机的控制方式多是采用单片机或PLC作为控制器产生脉冲，然后加上环形分配器、功率驱动部分，最后连接电动机，其中的软硬件实现都较复杂。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。控制步进电机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。根据原始资料料带送料为间歇运动，每传输五个电子原件，停止2秒，步进电动机的步距角0.72度刚好能被旋转一周的角度360度整除，所以能满足送料时的运动方式。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识[2]。为解决料带间歇运动的问题，原动机选择步进电动机。根据已知条件，选择的步进电动机的具体参数（如表2-1）。6表2-1步进电动机的具体参数由于要求的电子原件传输速度极小，所以产生的转速也不高，电动机通过编程调节，远远可以满足所需的传输速度。因为转速不高，所产生的扭矩也不高，满足在电动机的保持转矩内。安装尺寸60mm。用螺丝将电动机固定在安装底座上；将电动机朝B方向处进行安装。图2-1电动机的安装3.2传动机构的设计3.2.1同步带传动同步带传动综合了带传动和链传动的优点。同步带通常是以钢丝绳或玻璃纤维等为抗拉层、氯丁橡胶或聚氨酯橡胶为基体、工作面上带齿的环状带。工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，故带与带轮之间没有相对滑动，从而保证了同步传动。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-20℃―80℃，品名(标准型)保持转矩（Nm）转动惯量J:2kgm额定电流（A/相）基本步距角（度）输入电源励磁方式重量（kg）生产厂家CRK569AP1.667560101.45相0.72DC24V10%2.5A微步1.3东方电机7v50m/s，P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。根据本课题要求设计传动精度较高的传动装置，同步带传动符合设计要求，它具有以下的优点：a）无滑动，能保证固定的传动比，本课题设计的传动比为1：1具要求传动精准；b）预紧力较小，轴和轴承上所受的载荷小，本课题设计的轴尺寸本身比较小，所以所受载荷要求较小；c）带的厚度小，单位长度的质量小，符合结构设计的重量要求小的目的；d）带的柔性好，故所用带轮的直径可以较小。同步带主要用于要求传动比准确的中、小功率传动中，适合本课题设计的小功率传动。3.2.2同步带的计算(1).功率P=FV(3-1)F——传输带有效拉力；V——电子元件传输速度。P=F.V=500N.0.01m/s=5W=0.005KW(2).扭矩9550000PTn(3-2)P——功率；n——输出轴的转速。(3).设计功率Pd设计工作情况，轻负荷传送带，原动机为步进电动机，普通使用每日8-10小时。由简明机械设计手册（以下查表及查图都由本册查出，概不重复）表6-1-50查得工况系数AK=1.0。dAPKP(3-3)AK——工况系数；P——传递的功率。dAPKP=1.0×0.005=0.005KW(4)选定带型和节距根据功率Pd=0.005kW转速n选择带型和节距。由于转速暂不知道，根据料带的尺寸（如图3-2）则初定轴间距0a8图3-2料带的尺寸从而初定带轮的节圆直径dp=50mm,600191.08ndd=3.823r/mm由图表6-1-9选定XL型，节距Pb=5.08mm根据XL型和转速由表6-1-51查得齿数Zmin=10(5).选取带轮齿数Z=32(6).由表6-1-45查得带轮节圆直径dp=51.74mm外圆直径da=51.24mm(7).初定带节线长度21200120224ppppddLpadda(3-4)=605.506mm0a——轴间距dp——节圆直径由表6-1-41选带长代号250L0Lp=609.60.61mm带长上的齿数Zb=120(8).实际轴间距a=0a+02LpLp(3-5)=224.094mm考虑到实际的操作几台，把轴间距设置位350mm。(9).带轮的啮合齿数9(3-6)=19(10).额定基本功率201000aTmvvP(3-7)由表6-1-52查得aT=50Nm=0.022kg/m0P=0.0005kW(11).带宽bs由表6-1-52查得XL型带bs=9.5mm已知Zm=19由表6-1-53查得查得Kz=1由表6-1-42查得带宽代号位037bs=9.5mm由表6-1-46查得标准同步带轮最小轮宽b=12.2mm(12).作用在轴上的力Fr(3-8)=45N600191.08ndd=3.82r/min9550000PTn=0.87272Nm(13).皮带的张紧方法各种材质的皮带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一段时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使预紧力F0降低。为了保证带传动的能力，应定期检查预紧力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。皮带张力过大时，会降低其寿命，张力过小时，可能会引起扭矩或冲击负载而导致轮齿跳出带轮槽，因此用手指按皮带时，皮带必须具有适当的张力。当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般应放在松边的内侧，使只受单向弯曲。由于设计的传动机构中心距不好调整，所以采