（机械电子工程专业论文）平面led焊线机整机结构设计及关键部件仿真分析.pdf

摘要 摘要 本文根据平面及大功率l e d 封装工序中的超声波会线焊接工艺要求，研究开发 全自动平面l e d 焊线机，设汁相关机械结构，并采用虚拟样机技术对关键部件进行 仿真分析，设计方案具有一定的理论意义和实际应用价值。 本论文完成平面l e d 焊线机主要机构设计及仿真部分包括以下几方面的工作： ( 1 ) 支架供送机构的设计；该机构是l e d 支架从上料、过片、焊接、下料等 整个工作环节的主要部分，本设计重点包括了料盒式上、下料机构和送料机构的设 计。 上、下料机构采用料盒形式，实现不同规格的支架需要，实现上、下连料机构 续工作。 送料机构负责l e d 支架的运送和定位，整个送料结构要求多自由度可调，以适 应不同规格的l e d 支架并保持支架焊接面与焊头垂直。 ( 2 ) 焊线机构的设计；焊线机构是完成金线焊接的核心部件，焊线机构的设 计好坏直接影响到焊接效果，该机构设计部分主要分为并联式x y 工作台和焊头机 构的设计。 并联式x y 工作台具有运动质量轻、自由度少、刚度大的特点，同时能够适应 快速启停，机构运行轻快平稳；弹性解耦装置采用柔性设计，依靠弹簧预紧，实现 x y 解耦，减小冲击、消除间隙。 焊头机构采用伺服电机直接驱动偏心轮，与曲柄滑块机构组合，使焊头做往复 摆动，省去丝杆、直线导轨等传动环节，减轻焊头重量的同时提高传动效率；焊头 旋转关节采用交叉弹片式，无磨损间歇，冲击更小、金线键合更平稳。 ( 3 ) 利用多体动力学分析软件a d a m s 对焊头机构进行运动仿真，通过对机 构真实环境和运动的模拟，获得该机构运动的关键数据：焊头的运动轨迹和焊接接 触力，验证是否满足设计要求，并针对结果进行优化分析。 本文解决问题的思想和方法对类似研究具有一定借鉴意义，对进一步研究开发 更高性能的微电子封装设备打下了坚实的基础。 广东工业大学硕士学位论文 关键词：l e d ；焊线机；动力学仿真；s o l i d w o r k s ；a d a m s ； i l a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e ra c c o r d i n gt ot h ep l a n ea n dh i g hp o w e rl e d p a c k a g i n gp r o c e s so f u l t r a s o n i cg o l dl i n eb o n d i n gr e q u i r e m e n t s ，r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n ta u t o m a t i cf l a tl e d w i r eb o n d e r s ，d e s i g nr e l a t e dm e c h a n i c a ls t r u c t u r e ，a n dd os i m u l a t i o na n da n a l y s i so nt h e k e yc o m p o n e n t s ，d e s i g ns c h e m eh a s c e r t a i nt h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a l a p p l i c a t i o nv a l u e t h i sp a p e rt of i n i s ht h el e dw i r eb o n d e rm e c h a n i c a ld e s i g na n ds i m u l a t i o n i n cl u d e st h ef ol l o w i n ga s p e c t s ： ( 1 ) d e s i g n o f t h ef r a m ef e e d e rm e c h a n i s m ；t h ea g e n c yi sl e df r o mf e e d i n g ， s e n d i n g ，b o n d i n g ，w h i c hi st h em a i np a r to f t h ew h ol em a c h i n e ，t h ef o c a lp o i n to fd e s i g n i n c l u d i n gt h ea u t o m a t i o nf e e dm e c h a n i s ma n dl e d f l a m ec o n v e ym e c h a n i s md e s i g n i nt h ef e e d i n gm e c h a n i s m ，l e df l a m eb o xn e e d sd i f f e r e n ts p e c i f i c a t i o n s ，t h eb o xo n t h ev e r t i c a lf e e dm e c h a n i s mt or e l yo nt h e i ro w ng r a v i t yc l o s et ot h ef e e d i n gc l a wc a r e ； w h e nf r a m e si nt h em a t e r i a lb o xb ep u s hc o m p l e t e l yo rt h eb o xf u l lw i t hf r a m e s ，t h e f l a m eb o xp u s h e dt ot h es a f ea r e at ow a i tf o rw o r k e r sr e p l a c ei tan e wo n e ，e v e nr e a l i z e t h el e df r a m e sa u t o m a t i cf e e d i n g t h el e df l a m ec o n v e ym e c h a n i s mr e s p o n s i b l ef o rt h el e df l a m e ss e n d i n ga n d p o s i t i o n i n g ，w h e nt h ef l a m e sw a sp u s h e dt 6t h es p e c i f yl o c a t i o no nt h ec o n v e y m e c h a n i s m ，f e e d e rc l a wc l a m pt h ef l a m e sd e l i v e r e dt ot h eb o n d i n gp o s i t i o n ，t h e nt h e p a wi n s t i t u t i o n sp u s hd o w nt of u l l yc o m p r e s st h el e df r a m e s ；b o n d i n gc o m p l e t ea n d s e n d i n gf l a m et ot h em a t e r i a lb o xb yt h ef e e d e rc l a w t h ew h o l es t r u c t u r er e q u i r e sm a n y d e g r e e so f f r e e d o mc a nb ea d a p t t od i f f e r e n ts p e c i f i c a t i o n so ft h el e df r a m e sa n dm a k e t h eb o n d i n gs u r f a c ep e r p e n d i c u l a rt ot h eb o n d i n gh e a d ( 2 ) d e s i g no ft h eb o n d i n gm e c h a n i s m ；b o n d i n gm e c h a n i s mi st h ek e yp a t st o c o m p l e t et h eg o l dw i r eb o n d i n g ，t h ed e s i g no ft h eb o n d i n gh e a di sad i r e c ti m p a c to nt h e e f f e c to fw i r eb o n d i n g ，t h em e c h a n i c a ld e s i g ns e c t i o ni si n c l u d et h ep a r a l l e lx - yt a b l e a n db o n d i n gh e a d p a r a l l e lx yt a b l ed r i v eb yc o n t r o ls o f t w a r e ，x yt a b l ec a nr e a l i z eh i g h s p e e d 广东工业大学硕士学位论文 h i g h p r e c i s i o np o s i t i o n i n g ，a tt h es a m et i m ea b l et oa d a p tt oaf a s ts t a r ta n ds t o p ，b r i s k a n ds m o o t hb o d i e sr u n ；e l a s t i cd e c o u p l i n gd e v i c e su s i n gt h ef l e x i b l ed e s i g n ，r e l y i n go n t h es p r i n gp r e l o a dt oa c h i e v ex - y d e c o u p l i n gm e c h a n i s m t or e d u c et h ei m p a c t t h eb o n di n gh e a da d o p tae c c e n t r i cw h e eldi r e c t - d r i v eb yas e r v om o t o r , d os w i n g b a c ka n df o r t hw i t ht h es l i d e r - c r a n km e c h a n i s mc o m b i n a t i o n ，b o n d i n gh e a d ，e l i m i n a t i n g t h en e e df o rs c r e w , l i n e a rg u i d et r a n s m i s s i o nl i n k s ，r e d u c i n gt h ew e i g h to ft h eb o n d i n g h e a d ，a tt h es a m et i m ei m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft r a n s m i s s i o n ；t h er o t a t i o no ft h eb o n d i n g h e a d j o i n tw i t ht h ec r o s ss p r i n gl a m i n a t i o n ，t h ei m p a c ti ss m a l l e r , a n dg o l dw i r eb o n d i n g w i l lb em o r es t a b l e ( 3 ) d os i m u l a t i o no nb o n d i n gh e a dm e c h a n i s mb yt h em u l t i b o d yd y n a m i c s s o f t w a r ea d a m s ，t h ek i n e m a t i cs i m u l a t i o no ft h er e a le n v i r o n m e n ta n dt h em o v e m e n t o f t h em e c h a n i s m ，t h ek e yd a t as u c ha s t h et r a j e c t o r yo f t h e b o n d i n gh e a da n db o n d i n g c o n t a c tf o r c e ，v e r i f yt h a tm e e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s ，a n df o rt h er e s u l t so ft h e o p t i m i z a ti o na n a l y s i s t h ei d e a sa n dm e t h o d si nt h i sa r t i c l et ot h ef l a tw i r eb o n d e r ，i sac e r t a i nr e f e r e n c ef o r s i m i l a rd e s i g n ，a n dl a i das o l i df o u n d a t i o nf o rf u r t h e rr e s e a r c ho nt h eh i g h - p e r f o r m a n c e m i c r o e l e c t r o n i cp a c k a g i n ge q u i p m e n t k e y w o r d s ：l e d ；f l a tw i r eb o n d e r ；d y n a m i c ss i m u l a t i o n ；s o l i d w o r k s ；a d a m s ； i v c o n l e n l c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i i c o n t e n t s ( c h i n e s e ) v c o n t e n t s ( e n g l i s h ) v i i c h a r p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n d 。1 1 1 1p r e s e n ta p p l i c a t i o ns t a t u sa n dt r e n do ff l a tl e do rh i g hp o w e r l e d 1 1 1 2p r e s e n ts t a t u sa n dt r e n do ft h ea u t o m a t i cf i a tl e d w i r eb o n d e r 2 1 2k e yt e c h n o l o g i e sa n dr e s e a r c hs t a t u si nl e dp a c k a g i n ge q u i p m e n t 3 1 3b a s i cc o m p o n e n t so f t h ef l a tl e dw i r eb o n d e r 6 1 4t h es i g n i f i c a n c ea n dt h em a i nc o n t e n to f t h i sp a p e r 8 1 4 1s i g n i f i c a n c ea n do f t h ed i s s e r t a t i o n 8 1 4 2r e s e a r c hw o r k so f t h ed i s s e r t a t i o n 8 1 5s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 9 c h a r p t e r 2d e s i g no ft h ef r a m ef e e d e r 1 0 2 1p r i n c i p l eo f d e s i g n 1 0 2 2d e s i g no f t h ea n db l a n k i n gm e c h a n i s m 1 0 2 2 1f u n c t i o na n dp r i n c i p l eo f t h ef e e d i n gm e c h a n i s m 一10 2 2 2p a r t sd e s i g na n ds t a n d a r dp a r t ss e l e c t i n g 11 2 3d e s i g nt h el e df l a m ec o n v e ym e c h a n i s m 2 4 2 3 1f u n c t i o na n dp r i n c i p l eo f t h ec o n v e ym e c h a n i s m 2 4 2 3 2p a r t sd e s i g na n ds t a n d a r dp a r t ss e l e c t i n g 2 5 2 4s u m m a r yo f t h i sc h a p t e r 3 2 c h a r p t e r 3d e s i g no fw i r eb o n d i n gm e c h a n i s m 3 3 3 1p r i n c i p l eo f d e s i g n 3 3 3 2d e s i g no f t h ep a r a l l e lx yt a b l e 3 3 3 2 1f u n c t i o na n dp r i n c i p l eo ft h ep a r a l l e lx yt a b l e 3 3 3 2 2p a r t sd e s i g na n ds t a n d a r dp a r t ss e l e c t i n g 3 3 v l l 广东工业大学硕士学位论文 3 3d e s i g no f t h ew i r eb o n d i n gh e a d 。4 2 3 3 1f u n c t i o na n dp r i n c i p l eo f t h eb o n d i n gh e a d 4 2 3 3 2p a r t sd e s i g na n ds t a n d a r dp a r t ss e l e c t i n g 4 3 3 4s u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 4 5 c h a r p t e r 4w i r eb o n d i n gm e c h a n i s ms i m u l a t i o na n de v a l u a t i o n 4 6 4 1v i r t u a lp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g yi n t r o d u c t i o n 4 6 4 2s o f t w a r ea d a m si n t r o d u c t i o n 4 8 4 3s i m u l a t i o no f w i r eb o n d i n gp r o c e s s 4 9 4 3 is o l i d w o r k sf i l et r a n s f o r mt oa d m a sf i l e 4 9 4 3 2s i m u l a t i o ns e t t i n g 5 0 4 3 3a n a l y s i so f t h em o t i o nt r a j e c t o r i e s 5 2 4 3 4d y n a m i ca n a l y s i s 5 3 4 3 5e v a l u a t i o no ns i m u l a t i o nr e s u l t s 5 5 4 4s u m m a i yo ft h i sc h a p t e r 5 5 c o n c l u s i o na n dp r o s p e c t s 5 6 r e f e r e n c e s 5 7 p u b l i c a t i o n s 6 0 d e c l a r a t i o n 6 1 a c k n o w l e d g e m e n t 6 3 a p p e n d i x 6 4 v 1 1 1 第一章绪论 1 1 课题研究背景 第一章绪论 1 1 1 平面及大功率l e d 应用现状及趋势 发光二极管：l i g h te m i td i o d e ，英文简称l e d ，是一种由砷化镓( g a a s ) 、磷 化镓( g a p ) 等半导体材料合成，能够将电能转变成可见光和辐射能的发光元器件。 常见的l e d 器件可分为直插式、食人鱼式、平面式及大功率l e d ；平面式l e d 多 芯集成封装在铝基板或陶瓷基板上，具有结构简单，体积小，热阻低，寿命长，发 光效率高，工作电压低，功耗少，发光稳定等一系列的特点1 。目前平面及大功率 l e d 发展十分迅速，各种各样的平面式l e d 被广泛地应用在汽车、家电、同常生 活、工业设备、指示性标志、装饰、公共照明等各个领域。随着平面式l e d 的成本 进一步降低和发光强度的不断提高以及散热问题的不断优化，各种电子电路集成技 术继续发展，目前国内越来越多的科研单位及企业机构不断开发、生产这种新型的 l e d 器件，其主要应用包括以下几个方面b j ： 1 背光源 平面l e d 作为手机、笔记本电脑、l e d 液晶电视、电子计算机、刷卡机、电 子手表的背光源，需求越来越大，具有寿命长，发光效率高，无干扰，性价比高等 优点。经过半个世纪的发展，如今背光源已经成为电子独立学科，并逐步形成研究 开发热点。 2 l e d 显示屏 目前，车站、银行、证券、医院、航天监控等行业纷纷采用高分辨率的平面l e d 显示屏，这种显示屏亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性 能稳定，随着封装技术的不断发展，l e d 大屏显示已经达到7 2 0 p 的水平。 3 车用照明 目前欧洲系列车种包括奥迪、宝马、奔驰等高端品牌全系列采用高亮度平面 l e d ，而车厂中，丰f f l 汽车也率先将仪表板的背光板换成高亮度平面l e d ，而我 国自主研发的比亚迪汽车，也全部足运用l e d ，并且l e d 也是公司自己生产的。 广东工业大学硕士学位论丈 主要应用包括了仪表板、音h 向指示灯、丌关的背光源、阅读灯、刹车灯、尾灯、头 灯等。 4 室外照明 城市路灯时r 常生活中常见的照明工具，它给夜晚的生活带来光明。美观的路 灯还可以把城市的夜晚装饰得多姿多彩。l e d 路灯作为新的室外照明解决方案，节 能5 0 以上且能保持高亮度和长寿命，在成本进一步削减的情况下，我国平面l e d 室外照明灯组的应用将越来越广泛。 5 景观照明 受到2 0 0 8 年北京奥运会和2 0 10 年上海世博会的影响，北京、上海等举办地加 快了景观照明的步伐，由于l e d 功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有很强 的市场竞争力。目前，l e d 已经越来越多地应用到景观照明市场中。l e d 在城市的 亮化工程和夜景工程的应用包括了景观树、埋地灯、水底灯、草坪灯、投光灯、沈 墙灯、彩虹管、护栏管、地砖灯等各种场合。 6 太阳能l e d 照明 近几年来，在城市路灯照明行业中出现了一大批节能的新技术和新产品。太阳 能l e d 路灯到天黑时自动点亮灯具，到天亮时自动关闭，更加方便，安全可靠。无 需复杂昂贵的管线铺设，可任意调整灯具的布局，安全节能无污染，无需人工操作 工作稳定可靠，节省电费免维护。并且也可以根据要求来做太阳能l e d 路灯整灯的 设计。2 0 1 2 年4 月，飞利浦照明已经发布了功率为1 0 w 的平面l e d 照明器件，寿 命长达2 0 年。结合太阳能路灯的推广，对绿色生态照明建设的贡献将越来越大。 综上，平面及大功率l e d 的应用越来越广泛， 无论是商业照明还是民用照明 领域都孕育着庞大的市场，在平面l e d 封装技术不断发展的今天，其制造成本不断 降低将有力驱动整个l e d 行业飞速发展。 1 1 2 平面l e d 焊线设备发展现状以及趋势 平面及大功率l e d 不断扩大的市场需求刺激着相应封装没备的发展，其独特的 封装工艺驱使越来越多的企业，科研单位，高校等加大研发力度。目前看来，平面 l e d 封装的核心技术仍然被国外几个大公司垄断，国内科研成果还存在较大差距， 不能真正满足国内市场的实际需要例。总体上我国在平面及大功率l e d 封装设备的 第一章绪论 研发、制造及整线配套的能力与国外差距较大，大量的关键设备，特别是高端自动 化设备( 如固晶机、焊线机、测试机、编带机等) 仍然以进口为主。进口的封装设备 通常存在价格昂贵，维修和使用相对不方便，目前国内比较有实力的外资企业和国 有控股企业已经开始采用先进的全自动进口生产设备( 如a s m 、k & s 、k a i j o 等 高端品牌) ，封装能力很强，封装出来的l e d 品质好，巨大的投入也限制了企业的 进一步扩张。同时，珠三角地区很多私有型小企业规模有限，资金链不足，难以购 买昂贵的进口设备或高端设备，很多仍以半自动设备为主，封装的平面l e d 质量、 产量和一致性均达不到较高的要求，这无疑是我国国产封装设备的一个巨大市场和 研发的一个努力方向。 总的来说，我国在半导体封装设备领域的发展速度相对过慢，远远达不到国外 先进水平，近年来我国政府大力提倡绿色环保照明，为l e d 市场的发展奠定了坚实 基础，不断扩大的市场需求也促进各科研单位和企业加大研发力度，在此关键时刻， 学校、科研机构、企业的有机联合将是最好的出路，于此同时，随着国内机械加工 水平和设备零配件质量的不断提高，国产l e d 封装设备与国际先进水平的差距将会 越来越小。 1 2 平面l e d 封装工艺及其关键设备简介 典型的平面l e d 封装是把l e d 芯片放置在引线框架上的反射杯中，经过金线 键合后，用环氧树脂封装成如图1 1 所示的常见的l e d 灯产品。 ， 图1 1平面l e d 支架简图 f i g u r e1 1s t r u c t u r eo ff l a tl e ds t e n t 典型的l e d 封装工艺流程如图1 2 所示： 主要工序经历了点胶、固晶、焊线、树脂封装、切脚、检测等十多道工序，相 应的加工设备有点胶机、固品机、焊线机、注塑机、荧光粉涂和机、塑封机、测试 机等。封装设备的性能对产品品质的影响很大，在一定程度上直接决定了产品的定 位及性能；在实际生产中，对封装工艺和专用设备的调试水平直接影响着l e d 的质 量、产量和综合性能。 图1 2 典型l e d 封装工艺流程 f i g u r e1 - 2t y p i c a ll e dp a c k a g i n gp r o c e s s 4 第一章绪论 平面式l e d 全自动焊线机所要完成的功能是 j 动装载和输送平面贴片或者大 功率l e d 支架，完成所需要的会线超声波焊接，然后进行支架的自动卸载。平面 l e d 支架灯杯较大且多为多列形式排列，其译颗灯珠成本相对直插型l e d 较高， 当进行焊接时要求夹具对各列灯杯充分压紧避免支架上下晃动，焊接完成后要求金 线拉力更高；囚此对其焊线设备无论是在结构和控制方面都有严格的要求。根据焊 接工艺的特点，平面l e d 焊线机的工作流程一般如图1 3 所示。 图l - 3l e d 平面焊线机工作流程框图 f i g u r el 一3w o r k i n gf l o wc h a r to fl e dw i r eb o n d e r 本文设计的平面式l e d 全自动焊线机要做的主要工作有以下几个：一是设计通 用的料盒式上下料机构，其功能是高速，稳定地把支架从料盒中送出或收进到指定 的位置；二是完成送料机构设计，确保支架达到相应位置也焊头配合进行金线焊接， 并完成支架在送料器上的精确运送；三是设计并联x y 高精度工作平台，为焊头组 件提供精确的驱动及定位平台；四是针对目前已有的垂直式焊头进行技术改进，改 变其驱动方式及安装方式，满足平面l e d 焊接设备的技术要求。为良好的完成上述 工作，需要对焊线机从机械结构、驱动机构、检测传感等诸多方面进行设计和选型。 本设备的研制的工程路线如图1 4 所示，在样机研发的过程中，采用自行设计、外 协加工和购买相结合的方式开展。对其中的标准件、部分零件、硬件设备从综合性 价比方面进行选型和购置，并在此基础上设计其它的零部件。 广东工业大学硕士学位论丈 恻 = 淫 叠 1 名 研究流程框图 图1 4 样机研发工程技术路线【2 1 l f i g u r e 卜4t e c h n i c a lr o u t eo fp a t t e r nm a c h i n ed e s i g np r o j e c t 1 3 平面l e d 焊线机的基本组成 目前典型的全自l e d 焊线设备包括了上料机构、送料机构、焊头组件、机器视 觉机构、光学照明机构、下料机构、x y 工作平台、机架及底座、机器视觉系统和 控制系统。全自动的焊线设备具有高速度、高精度、高动态性能的特点，是典型的 光机电一体化设备，具体组成部分如图1 5 所示。 6 第一章绪论 图卜5 全自动平面l e d 焊线机组成框图 f i g u r e1 - 5s t r u c t u r ed r a w i n go f t h ea u t o m a t i cf l a tl e dw i r eb o n d e r 机械部件是整个机器的轮廓构架，是体现设计要求和完成各项工作的最终执行 元件；论文将首先对机构零部件功能原理进行分析，对整机各个模块进行总体规划 得出具体实施方案，再进行机构详细设计和三维建模。对焊线机机械结构要求重量 轻，体积合理，需满足高刚度，高动态性能等要求，在整个设计过程中需要涉及到 零件的结构设计、机械加工工艺、材料选择、装配及维护方便性等方面的知识。当 前，使用主流的三维绘图软件进行零部件结构设计，整机模拟装配，运动和力学分 析甚至虚拟制造的技术已经十分成熟，它可以提升研发效率，减少重复性工作，降 低设计开发成本。在此选用s o l i d w o r k s2 0 1l 作为三维设计软件，该软件是当今使用 率很高的三维c a d 软件之一，除继承原版本的强大功能外，软件操作简单，能高 效率地完成相应的设计工作。另外，本机器除标准件和部分购买件外，设备大部分 金属零件以铝作为材料。整个机械系统涉及的零部件和机构繁多，设计任务较重， 整个机械系统的设计由本人在吴小洪副教授的指导下共同完成。 7 广东工业大学硕士学位论丈 1 4 本文研究的意义以及主要内容 1 4 1 本文研究的目的及意义 我们所丌发的平面型l e d 全自动焊线机主要完成l e d 制程中的焊线工序，当 前，国内不少企业仍然采用相对落后的半自动设备进行操作。其效率低，一般不超 过5 0 0 0 片d , 时；且焊线难以保证一致和容易损坏芯片，较难满足平面l e d 器件相 对较高的品质要求，封装质量。本设备能够高速度( = 9 0 0 0 片4 , 时) ，高精度的完 成焊线工序，且具有低成本的优势能为中小企业所接受，替代困产半自动设备，促 进我国半导体行业进一步发展。 因此，本设备的研制，对于微电子封装设备国产化和促进平面及大功率l e d 行 业快速发展具有十分重要的意义。 1 4 2 本文研究的内容及工作 本文作者系统分析了国内外l e d 焊线设备的市场需求很发展现状，深入了解平 面式l e d 的焊线工艺，结合以往实验室的科研成果，在已有的垂直式l e d 焊线机 的基础上，和实验室其他人员共同努力，全新开发平面l e d 焊线机，力争达到实际 应用需求，填补国内平面l e d 焊线机的空白，本次论文研究主要进行以下几项工作： ( 1 ) 料盒式通用上、下料机构 采用料盒形式，实现不同规格的引线框架的需要，使上、下料机构的导向装置 能够实现左右调节及前后调节，推料机构的行程能满足不同支架的需要。每个料盒 都能在各方向准确定位，确保能精确推料到夹具托料板上；当料盒支架推完或者下 料料盒装满支架时，料盒之问衔接顺畅，推送料盒机构能及时准确将料盒推离轨道。 ( 2 ) l e d 支架送料机构 负责工件的安放及支架的定位。送料器的底座要求与y 工作台保持垂直，焊 线的质量才能得到保证。其次通用性也是至关重要，进行不同支架焊线时尽量更换 较少的零部件。央具上的弹片压爪要与支架充分接触，以此增加支架的稳定性和定 位精度。拨料压爪的行程足够大且运行位置准确。支架压板能充分压紧支架以防止 支架晃动而导致偏焊等现象。 ( 3 ) 并联x y 工作台 第一章绪论 在图像识别技术的指引下，要求工作台能够在高加速度条件下实现高精度的定 位，并迅速的带动工件进行位置补偿，以便进行准确快速焊线。工作台能够适应急 起急停的工况要求，并且能够迅速稳定的进行定位。要求尽量减少由于工作台的运 动及电机的转动对定位准确度造成的冲击。以前版本由于v 轨之间的配合使工作台 或多或少的会产生变形，囚此没计时要允分考虑工件的刚度。 ( 4 ) 焊头机构 焊头机构采用伺服电机直接驱动偏心轮，与曲柄滑块机构组合，使焊头做往复 摆动，省去丝杆、直线导轨等传动环节，减轻焊头重量的同时提高传动效率；焊头 旋转关节采用弹片式，惯性力更小、金线键合更平稳。焊头机构主要山换能器部分、 线央部分、压力控制部分及y - z 向移动控制部件组成。 ( 5 ) 利用多体动力学分析软件a d a m s 对焊头机构进行运动仿真，通过对机 构真实环境和运动的模拟，获得该机构运动的关键数据：焊头的运动轨迹和焊接接 触力，验证是否满足设计要求，并针对结果进行优化分析。 1 5 本章小结 本章简单介绍了平面l e d 的应用、国内外l e d 封装设备的现状及发展趋势， 针对平面l e d 的工艺流程，归纳了封装过程中相应的设备及关键技术，明确本次设 计的意义和工作内容，同时分析平面l e d 焊线机的各部分组成及所要完成的功能， 依照样机研发的路线展开各部分的设计工作，为平面l e d 焊机的进一步研究奠定基 础。 9 广东工业大学硕士学位论文 第二章l e d 支架供送机构设计 2 1 机构设计原则 支架供送机构是平面l e d 焊线机的重要组成部分，其功能是完成l e d 支架从 上料机构到供送机构，再到下料机构的整个运送流程，支架供送机构的高速稳定性 决定了整个设备的可靠性；要求其中的上、下料机构，送料机构具有高速、轻载、 稳定、便于维护等特点，本章在机构的设计过程中遵循以下原则： 1 首先对相应机构零部件的功能需求进行分析，然后进行机构设计和三维建模； 2 采用模块化设计，使功能模块化，实现上、下料机构的通用性； 3 送料机构尽量实现多自由度可调，以适应不同规格的l e d 支架需求； 4 功能相似的零部件采用相同设计，结构尽量简单可靠，降低研发及生产成本； 5 采用的标准件规格尽量相同；在满足性能要求的基础上，选择最具性价比的 规格和型号。 2 2 上、下料机构设计 2 2 1 上、下料机构的功能与原理 上、下料机构是l e d 焊线机的重要部件之一，其功能是将预先放置于标准料盒 中的平面l e d 支架准确可靠地从料盒中推出至送料机构需求位置或者从送料机构 对应位置将l e d 支架供送到下料机构的料盒中，整个组件要求机械结构简单可靠， 上、下料机构的稳定性是整个设备的关键所在，在使用软件及传感保护的同时要求 机械结构也可以进行自我保护；在本次设计中考虑到平面l e d 支架品种规格的多样 性，尽量采用通用结构，便于实际生产过程中更换产品规格时能最方便地调整上、 下料机构以适应生产的需要；设计按照标准料盒尺寸需求调节范围为：长 9 0 1 8 0 m m ，宽3 0 6 5 m m ，高1 0 0 1 5 0 m m ；推料机构最大行程为1 2 0 m m ，最大料 盒容量为3 个，料盒推送机构最大行程1 0 5 m m ，机构z 方向料盒最大行程1 5 0 m m 、 下降速度8 m m s 。 为遵循模块化设计思想，上、下料组件可分为以下几个基本模块组成：料盒推 l o 第二章l e d 史架供送机构设计 送机构、垂直送料机构、推片机构、料盒导向机构。料盒导向机构多自山度可调； 其中下料部分的支架输送山送料器拨爪完成，不需要推片机构外，其余部分与上料 机构一样，可有效降低研发及生产成本。上、下料机构功能模块组成如图2 1 所示。 送料机构，等待装料 安全区域等待取料 图2 1 机构结构功能图 f i g u r e2 1s t r u c t u r ea n df u n c t i o nd i a g r a m 2 2 2 机构零部件设计与标准件选择 料盒推送机构的作用在于当料盒沿垂直送料机构下降直到料盒中最后一片支 架被推送至送料器相应位置后，空料盒继续下降至推料机构的滑块上，在电机驱动 下将料盒推送至安全区域，等待作业人员更换料盒；对于下料组件，料盒推送机构 作用类似。设计要求料盒推送平稳、无卡死现象，机构尽量简单可靠。在此采用小 型步进电机和同步带传动结构，降低成本的同时增加机械结构的维护方便性。具体 机械结构原理如图2 2 所示： 广东工业大学硕士学位论丈 ( 5 ) ( 1 ) 推料档块、( 2 ) 驱动电机、( 3 ) 料盒滑台、( 4 ) 直线导杆、( 5 ) 同步带 图2 - 2 料盒推送机构 f i 9 2 - 2s t r u c t u r eo f f e e db o xp u s hi n s t i t u t i o n s 如上图所示，驱动电机通过同步带驱动与之相连接的推送滑块，低速推送料盒 至所需位置，推送距离可根据实际需要调节光电传感器位置即可。此次设计，料盒 最大推送距离为1 0 5m m ，按标准料盒厚度计算，可最多容纳2 个料盒。 在上料一侧，垂直送料机构主要作用是使料盒的每一层单元格对准送料器轨道 平面，便于推片机构将支架准确推入送料器轨道，下料端作用在于将料盒单元格平 面对准送料器轨道平面，保证送料器能够将焊接完成的支架送入对应的料盒之中。 为保证料盒在垂直方向上精确、平稳地运行，使支架被准确运送避免撞击，本次设 计初步采用电机驱动滚珠丝杆，并使用镀铬光杆和直线衬套进行导向。设计要求料 盒托爪行程为l5 0 m m ，最大运行速度8 m m s 。具体设计方案如图2 3 所示： 第二章l e d 支架供送机构设计 ( 1 ) 驱动电机、( 2 ) 料盒、( 3 ) 料盒托爪、( 4 ) 滚珠丝杆、 ( 5 ) 直皱导杆、( 6 ) 底座、( 7 ) 光电传