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壓力變送器

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淺析線路板抓取固定裝置的壓力變送器應用技巧及其設計研究

作時間:2019-08-05  來源:  作者:
   
摘要:硅壓組類型的壓力變送器具有體積小巧的特點,壓力芯片和調理芯片采用裸片,有助于減小其產品體積;而使用裸片需要將芯片的引腳通過邦定引出,然后再將PCB板固定到壓力變送器的本體上,非常終通過壓力變送器外殼進行保護。設計一種線路板抓取固定裝置,用以抓取PCB板并在三軸機的配合下,將PCB板粘貼固定到壓力變送器本體上,以保護芯片和邦定線。裝置成本低廉,實際使用情況良好。
硅壓組類型的壓力變送器一般體積都比較小巧,本例以油箱壓力變送器作為設計對象。該產品外形尺寸約為58mm×28mm×29mm,去除密封結構和電氣接口部分,線路板的可設計面積約13.7mm×8.7mm。在這非常有限的空間里,需要布置壓力芯片、調理芯片及輔助電路以便進行壓力信號的采集和數據處理,因此壓力芯片和調理芯片都采用裸片。本例的裸片芯片通過膠水固定在鋁基板上,再通過金線邦定機將芯片的功能焊盤通過直徑0.02mm的金線和鋁基板的焊盤熱超聲鍵合在一起(熱超聲鍵合法的鍵合過程是同時施加熱量和超聲能量,實質是熱壓鍵合和超聲鍵合的組合,主要用于金線鍵合[1])。壓力芯片受壓易碎,且金線細小,受到觸碰或者剮蹭就會互相短路或者斷線,因此通過人工夾取線路板并固定到壓力變送器的本體上,易造成線路板故障,且效率低下。本設計一種線路板抓取固定裝置,由抓料裝置、進料裝置、涂膠裝置等組成,可實現線路板抓取、線路板進料、本體涂膠等功能,并通過控制三軸機的三軸運動軌跡,非常終將線路板固定到壓力變送器本體上。
1抓料裝置
抓料裝置由料爪、推板、調整板、限位銷、氣缸抓料裝置組成,如圖1所示。
1.1裝置調整方式
本裝置固定于三軸機的Z軸上,由于Z軸只有X、Z兩個運動方向,同時安裝平面也不可能完全豎直于XY工作臺,因此調整板通過中間2個螺釘固定在Z軸平面上,并通過四周的4個螺釘頂到Z軸平面上。調整方式如圖2所示:螺釘3、螺釘4旋入,L2減小,調整板右移,反之調整板左移;螺釘1、螺釘2旋入,螺釘5、螺釘6旋出,L1加大,L3減小,調整板逆時針傾斜,反之順時針傾斜。通過這6個螺釘旋入長度的互相配合,調整抓料裝置的前后位置及傾斜角度。
抓料裝置調整方式
1.2抓料運動過程
1)如圖3a所示,氣缸下端進氣,氣缸的推桿回收,帶動推板上提,同時限位銷產生限位作用。此時推板和料爪的前端產生1個線路板厚度的段差,為線路板嵌入留出空間;同時又保證了線路板的水平,起到一個限位的作用,防止料爪按壓時不平衡導致線路板傾斜、甚至無法抓料的情況發生。
2)如圖3b所示,整個抓料裝置下降,料爪前端(加工有0.2mm×0.2mm的倒角)與線路板的兩側接觸,然后緩慢的擠壓,料爪產生彈性變形,前后張開,并將線路板卡住。由于本次抓取的線路板尺寸很小,此料爪依靠自身材料的彈性變形而獲得夾緊力?梢酝ㄟ^不同材料,不同料爪長度、厚度、變形量的選擇,以及不同的熱處理工藝等設計來獲得不同的夾緊力;如果線路板尺寸較大,在空間允許的情況下也可以考慮使用彈簧結構或者是手指氣缸等。
3)如圖3c所示,線路板被兩側的料爪夾住后,通過三軸的移動將線路板移動到指定的位置。
4)如圖3d所示,運動到位后,通過氣缸上端進氣、下端排氣,氣缸的推桿帶動推板將線路板頂出。推板的上下位置通過限位銷限位,保證了推板在限定的距離內運動。
抓料的過程如圖3所示。
抓料過程
2進料裝置
進料裝置由斜面進料槽、圓弧過渡槽、水平槽、前后擋塊、上下擋塊構成,在底部裝有直線振動盤。如圖4所示。
2.1斜面進料槽
進料裝置
斜面進料槽作用是使線路板從高處滑落,對線路板進行限位,保證線路板一片接一片的滑落,又不能互相重疊卡死。為了使線路板在導槽內能依靠自身的重力作用自由下滑,確定導槽的材料后,需對線路板和導槽的角度預先試驗。根據試驗結果,此處的斜面進料槽與水平面夾角設計為30°。斜面進料槽兩側設計有1mm擋位,因此線路板寬度方向兩側預先留出1.2mm的工藝邊,內槽寬度與線路板有0.1~0.2mm的間隙,如圖5所示。導槽細長,線切割加工前需注意預應力的消除。
進料槽
2.2圓弧過渡槽
圓弧過渡槽是線路板轉為水平位置的一段過渡圓弧。該段與水平槽整體加工,與斜面進料槽拼接,拼接面需比斜面稍低0~0.1mm。線路板在整個運動過程中四周均被約束,防止了線路板錯位或者被擠壓而拱起。
2.3前后擋塊
水平槽擋前后設置有擋塊,該擋塊可繞轉軸旋轉,底部設置有復位彈簧。在料爪未取料時,擋塊呈水平狀態、邊緣高于水平槽,此時可以起到限制線路板的作用;當料爪取料時,料爪前端觸碰前后擋塊,使得擋塊繞轉軸旋轉從而讓出運動空間給料爪,料爪接替擋塊對線路板前后起限位作用。
2.4上下擋塊
水平槽的上方設置有上下擋塊,防止線路板互相擠壓而拱起,或者受到振動而掉落。該擋塊自由狀態時,彈簧片復位,擋塊底部的限制凸起卡住線路板兩側的工藝邊(見圖6a);在料爪下移時,首先料爪的外側碰觸上下擋塊的圓弧面,此時擋塊張開,料爪的前端充當擋塊凸起部分約束線路板(見圖6b);抓取到線路板后,料爪上移,此時上下擋塊在彈力作用下復位,再次構成了對線路板運動的約束(見圖6c)。
限位擋塊運動過程
2.5限位裝置
水平槽前端設有限位柱,在限位柱的位置放置1個光電壓力變送器1;當線路板到位時,光電壓力變送器接收到光反射信號。在外圍設置1個垂直向上的光電壓力變送器2;當料爪移動到該壓力變送器上方時,可以用來判斷是否有漏抓線路板的情況。
2.6直線振動盤
直線振動盤工作原理是將銜鐵式的電磁鐵的電磁振蕩轉化為系統的送料動力,將凌亂無序的工件自動有序地輸送到生產線上,實現微小零件的精確輸送[2]。本設計直線振動盤用于提供輔助的進料動力,進料不順時可以通過調整振動盤的振幅或頻率。
3涂膠裝置
涂膠裝置由固定殼體的底座和點膠針管組成。
點膠針管固定在Z軸上,與抓料裝置固定于同一個固定板上,二者的運動平面不一致。為了避免互相干涉,點膠針管固定于氣動滑臺上,滑臺再固定在Z軸上,通過氣動滑臺的上下升降,可以使針尖處在料爪的上方或下方,如圖7所示。
涂膠裝置
固定殼體的底座根據三軸機X、Y軸的運動極限可以設計成幾行幾列的結構,固定于三軸機XY底座上,底板設計有放置殼體的凹槽、殼體之間設計取料的讓位槽,如圖8所示。
殼體固定方式
4工藝流程設計
生產流程為:點膠、抓料、粘膠定位依次循環進行。各個過程分別如圖9、圖10、圖11所示。
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5結束語
本設計線路板抓取固定裝置通過樣機試制、試產,基本能滿足設計的要求,邦定后的線路板通過本裝置固定到殼體上,較好的保護了芯片和金線。但還有部分問題需要注意或者設計改進:
1)使用中導槽及料爪易附著雜質,需及時清理。雜質的主要來源為線路板微割后產生的毛刺脫落物。
2)三軸機盡量選用有子粘膠定位程序程序功能的機型,有利于陣列產品的個別微調。
3)步進電機失步直接影響控制系統的穩定性和控制精度[3],因此調試時需留有余量或者增加緩沖機構。三軸機如果采用的是步進電機驅動,需特別注意這點。
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