摘要：硅壓組類型的壓力變送器具有體積小巧的特點(diǎn)，壓力芯片和調(diào)理芯片采用裸片，有助于減小其產(chǎn)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，#終通過壓力變送器外殼進(jìn)行保護(hù)。設(shè)計(jì)一種線路板抓取固定裝置，用以抓取PCB板并在三軸機(jī)的配合下，將PCB板粘貼固定到壓力變送器本體上，以保護(hù)芯片和邦定線。裝置成本低廉，實(shí)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(shè)計(jì)對(duì)象。該產(chǎn)品外形尺寸約為58mm×28mm×29mm，去除密封結(jié)構(gòu)和電氣接口部分，線路板的可設(shè)計(jì)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(diào)理芯片及輔助電路以便進(jìn)行壓力信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)處理，因此壓力芯片和調(diào)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(jī)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(shí)施加熱量和超聲能量，實(shí)質(zhì)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(xì)小，受到觸碰或者剮蹭就會(huì)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(shè)計(jì)一種線路板抓取固定裝置，由抓料裝置、進(jìn)料裝置、涂膠裝置等組成，可實(shí)現(xiàn)線路板抓取、線路板進(jìn)料、本體涂膠等功能，并通過控制三軸機(jī)的三軸運(yùn)動(dòng)軌跡，#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(diào)整板、限位銷、氣缸組成，如圖1所示。

1.1裝置調(diào)整方式

本裝置固定于三軸機(jī)的Z軸上，由于Z軸只有X、Z兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)安裝平面也不可能完全豎直于XY工作臺(tái)，因此調(diào)整板通過中間2個(gè)螺釘固定在Z軸平面上，并通過四周的4個(gè)螺釘頂?shù)絑軸平面上。調(diào)整方式如圖2所示：螺釘3、螺釘4旋入，L2減小，調(diào)整板右移，反之調(diào)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(diào)整板逆時(shí)針傾斜，反之順時(shí)針傾斜。通過這6個(gè)螺釘旋入長(zhǎng)度的互相配合，調(diào)整抓料裝置的前后位置及傾斜角度。

1.2抓料運(yùn)動(dòng)過程

1）如圖3a所示，氣缸下端進(jìn)氣，氣缸的推桿回收，帶動(dòng)推板上提，同時(shí)限位銷產(chǎn)生限位作用。此時(shí)推板和料爪的前端產(chǎn)生1個(gè)線路板厚度的段差，為線路板嵌入留出空間；同時(shí)又保證了線路板的水平，起到一個(gè)限位的作用，防止料爪按壓時(shí)不平衡導(dǎo)致線路板傾斜、甚至無(wú)法抓料的情況發(fā)生。

2）如圖3b所示，整個(gè)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(cè)接觸，然后緩慢的擠壓，料爪產(chǎn)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。可以通過不同材料，不同料爪長(zhǎng)度、厚度、變形量的選擇，以及不同的熱處理工藝等設(shè)計(jì)來(lái)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(jié)構(gòu)或者是手指氣缸等。

3）如圖3c所示，線路板被兩側(cè)的料爪夾住后，通過三軸的移動(dòng)將線路板移動(dòng)到指定的位置。

4）如圖3d所示，運(yùn)動(dòng)到位后，通過氣缸上端進(jìn)氣、下端排氣，氣缸的推桿帶動(dòng)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(nèi)運(yùn)動(dòng)。

抓料的過程如圖3所示。

2進(jìn)料裝置

進(jìn)料裝置由斜面進(jìn)料槽、圓弧過渡槽、水平槽、前后擋塊、上下?lián)鯄K構(gòu)成，在底部裝有直線振動(dòng)盤。如圖4所示。

2.1斜面進(jìn)料槽

斜面進(jìn)料槽作用是使線路板從高處滑落，對(duì)線路板進(jìn)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(dǎo)槽內(nèi)能依靠自身的重力作用自由下滑，確定導(dǎo)槽的材料后，需對(duì)線路板和導(dǎo)槽的角度預(yù)先試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，此處的斜面進(jìn)料槽與水平面夾角設(shè)計(jì)為30°。斜面進(jìn)料槽兩側(cè)設(shè)計(jì)有1mm擋位，因此線路板寬度方向兩側(cè)預(yù)先留出1.2mm的工藝邊，內(nèi)槽寬度與線路板有0.1～0.2mm的間隙，如圖5所示。導(dǎo)槽細(xì)長(zhǎng)，線切割加工前需注意預(yù)應(yīng)力的消除。

2.2圓弧過渡槽

圓弧過渡槽是線路板轉(zhuǎn)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(jìn)料槽拼接，拼接面需比斜面稍低0～0.1mm。線路板在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中四周均被約束，防止了線路板錯(cuò)位或者被擠壓而拱起。

2.3前后擋塊

水平槽擋前后設(shè)置有擋塊，該擋塊可繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，底部設(shè)置有復(fù)位彈簧。在料爪未取料時(shí)，擋塊呈水平狀態(tài)、邊緣高于水平槽，此時(shí)可以起到限制線路板的作用；當(dāng)料爪取料時(shí)，料爪前端觸碰前后擋塊，使得擋塊繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)從而讓出運(yùn)動(dòng)空間給料爪，料爪接替擋塊對(duì)線路板前后起限位作用。

2.4上下?lián)鯄K

水平槽的上方設(shè)置有上下?lián)鯄K，防止線路板互相擠壓而拱起，或者受到振動(dòng)而掉落。該擋塊自由狀態(tài)時(shí)，彈簧片復(fù)位，擋塊底部的限制凸起卡住線路板兩側(cè)的工藝邊（見圖6a）；在料爪下移時(shí)，shou先料爪的外側(cè)碰觸上下?lián)鯄K的圓弧面，此時(shí)擋塊張開，料爪的前端充當(dāng)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(shí)上下?lián)鯄K在彈力作用下復(fù)位，再次構(gòu)成了對(duì)線路板運(yùn)動(dòng)的約束（見圖6c）。

2.5限位裝置

水平槽前端設(shè)有限位柱，在限位柱的位置放置1個(gè)光電壓力變送器1；當(dāng)線路板到位時(shí)，光電壓力變送器接收到光反射信號(hào)。在外圍設(shè)置1個(gè)垂直向上的光電壓力變送器2；當(dāng)料爪移動(dòng)到該壓力變送器上方時(shí)，可以用來(lái)判斷是否有漏抓線路板的情況。

2.6直線振動(dòng)盤

直線振動(dòng)盤工作原理是將銜鐵式的電磁鐵的電磁振蕩轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的送料動(dòng)力，將凌亂無(wú)序的工件自動(dòng)有序地輸送到生產(chǎn)線上，實(shí)現(xiàn)微小零件的精que輸送[2]。本設(shè)計(jì)直線振動(dòng)盤用于提供輔助的進(jìn)料動(dòng)力，進(jìn)料不順時(shí)可以通過調(diào)整振動(dòng)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(diǎn)膠針管組成。

點(diǎn)膠針管固定在Z軸上，與抓料裝置固定于同一個(gè)固定板上，二者的運(yùn)動(dòng)平面不一致。為了避免互相干涉，點(diǎn)膠針管固定于氣動(dòng)滑臺(tái)上，滑臺(tái)再固定在Z軸上，通過氣動(dòng)滑臺(tái)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。

固定殼體的底座根據(jù)三軸機(jī)X、Y軸的運(yùn)動(dòng)極限可以設(shè)計(jì)成幾行幾列的結(jié)構(gòu)，固定于三軸機(jī)XY底座上，底板設(shè)計(jì)有放置殼體的凹槽、殼體之間設(shè)計(jì)取料的讓位槽，如圖8所示。

4工藝流程設(shè)計(jì)

生產(chǎn)流程為：點(diǎn)膠、抓料、粘膠定位依次循環(huán)進(jìn)行。各個(gè)過程分別如圖9、圖10、圖11所示。

5結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)線路板抓取固定裝置通過樣機(jī)試制、試產(chǎn)，基本能滿足設(shè)計(jì)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(hù)了芯片和金線。但還有部分問題需要注意或者設(shè)計(jì)改進(jìn)：

1）使用中導(dǎo)槽及料爪易附著雜質(zhì)，需及時(shí)清理。雜質(zhì)的主要來(lái)源為線路板微割后產(chǎn)生的毛刺脫落物。

2）三軸機(jī)盡量選用有子程序功能的機(jī)型，有利于陣列產(chǎn)品的個(gè)別微調(diào)。

3）步進(jìn)電機(jī)失步直接影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度[3]，因此調(diào)試時(shí)需留有余量或者增加緩沖機(jī)構(gòu)。三軸機(jī)如果采用的是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，需特別注意這點(diǎn)。