电子元件目检设备

1、1 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

2、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)

3、.合理安排摄像头位置，满足目检要求。2 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

4、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 方案设计与评价表1.1 电子原件目检设备设计任务书要 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

5、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收料料带轮盘根据上表进行组合可得=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

6、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+D+E的组合。在带传动中，

7、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。3 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

8、，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

9、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

10、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

11、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）。表2-1 步进电动机的具体参数品 名(标准型)保持转矩（）转动惯量J: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CRK569AP1.661.45相0.72DC24V10%2.5A微步1.3东方电机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

12、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-2080，v<50m/s，P<300kw,i<10,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

13、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= (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 (3-2) P功率；n输出轴的转速。(3).设计

14、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=1.0。 (3-3)工况系数；P传递的功率。 =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）则初定轴间距图3-2 料带的尺寸从而初定带轮的节圆直径dp=50mm, =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

15、=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 (3-4)=605.506mm轴间距dp节圆直径由表6-1-41选带长代号250L =609.60.61mm带长上的齿数Zb=120(8).实际轴间距=+ (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 (3-6)=19(10).额定基本功率 (3-7)由表6-1-52查得=50N m=0.022kg/m =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

16、查得 Kz=1由表6-1-42查得带宽代号位037 bs=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)=45N=3.82r/min=0.87272Nm(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

17、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，所以采用张紧轮张紧（图3-4）。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于带轮的直径。图3-4 张紧轮装置张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于带轮的直径。张紧轮安装在可以调整上下的支架上（图3-5），可以任意调整预紧力大小，容易装卸。图3-5 张紧轮支架3.2.3放料机构的设计用于盘卷料带的塑胶轮盘（plastic reel）。由聚苯乙烯(PS, polystyrene)材料制成的。它可由一到三个部件组成。其颜色是不同的(蓝色、黑色、白色或透明)，通常是可以再生使用的(大多数供应商参与环境责任再生计划

18、)。卷盘尺寸由EIA-481标准规定。盖带(cover tape)：通常，盖带是PET薄膜或胶膜层，薄膜的底部有胶。设计使用或者热压胶或者只是压力来保证对装料带的持续封口。薄膜厚度，包括胶，为5065微米。带卷(tape-and-reel) - 主要元件容器：典型的带卷结构都是设计来满足现代工业标准的。有两个一般接受的覆盖带卷包装结构的标准。EIA-481 应用于压纹结构(embossed)，而 EIA-468 应用于径向引线(radial leaded)的元件。到目前为止，对于有源(active)IC的最流行的结构是压纹带 (embossed tape)。 压纹带卷(Embossed tap

19、e and reel)：多数有源IC是在压纹带卷的结构中发运的。该结构由一个有封口盖带(cover tape)的装料带(carrier tape)组成。这种组合带，装载元件后，卷在一个盘上。带盘放入波纹形的运输盒内，用于运输和发货。这种包装结构的三个元素是装料带、盖带和卷盘。 装料带(carrier tape)：图四显示装料带的基本外形和尺寸标签。通常，装料带由聚苯乙烯(PS, polystyrene)或聚苯乙烯叠层薄片制成。位成型的胶片厚度为0.20.4mm，取决于料带所装载元件的大小与重量。装料带的设计主要由元件长度、宽度与厚度来决定。元件尺寸是装料带工业尺寸变量的基础。3.2.4 导料带

20、轮的设计导料带轮是作为放料机构与传动机构的衔接，也是作为传送料带的重要部件（图3-10），它不仅能够起到传动的作用，还可以使料带的传输位置较精确，不至于在传输过程中，偏离轨道，造成定位不准，影响检测结果。由于料带上有一排小的圆孔，所以在导料带机构上设计成有一周凸起的小圆轴，用来与料带上这些小孔配合定位，能够起到很好的定位与传动。因为孔很小，所以设计成的导料带机构形似一针轮。轮体是铸造出来后，针再通过锡焊接的方式焊接在轮体上。通过料带上圆孔之间的距离，设计针轮上的针之间的距离，针的直径比孔的直径略小，为了能使孔能顺利的与针衔接上，针的数量为30，实际上料带与针轮啮合只有针轮的上部分，针轮主要起到

21、传输作用。针轮体积的设计尽量较小（图3-12），避免针焊接在轮上，针与针之间距离产生的圆周累积误差，减小针与料带孔啮合的尺寸误差，避免出现针与孔啮合不上。 图3-12 针轮尺寸3.3 轴的计算3.3.1 轴的参数计算输出轴上的功率P=0.005KW，转速n=3.82r/min, 转矩T=827.78N· mm初步确定轴的最小直径 ，选取轴的材料为45号刚，调质处理。根据15-3，取A=103外伸轴，许用扭转切应力大，A取较小输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径。为了使所选的轴直径与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩,考虑到转矩很小，故取KA=1.3,则

22、： (3-9) =1.3×827.78N·mm =1076.114N·mm按照计算转矩Tca应小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB5014-85或手册，选用LX1型弹性柱销联轴器，其公称转矩为250000N·mm。半联轴器的孔径d12mm；故取=12mm；半联轴器长度L32mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=27mm。3.3.2轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(3)为了满足半联轴器的轴向定位要求，I-II轴端右端需制出一轴肩，故取-段的直径16mm；左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径D20mm

23、。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=27mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故I-II段的长度应比 L1 略短一些,现取= 24mm。(4)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用。故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据16mm，由轴承产品目录中选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承30204，其尺寸为d×D×T=20×47×15.25, 故=20mm。润滑方式采用脂润滑。右端滚动轴承采用套筒进行定位。定位套筒高度h=5mm。 (5)取安装带轮处的轴段-的直径=24mm；带轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知

24、带轮轮毂的宽度为12.4mm，为了使套筒端面可靠地压紧带轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取=12mm。带轮的右端采用套筒定位，套筒高度h>0.07d套筒宽度取14mm，取h=5mm,则轴环处的直径=20mm。轴环宽度b1.4h,取=25mm。即套筒轮毂宽度加上轴承宽度，则=25mm。(6) 轴承端盖的总宽度为14.5mm（由轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离=13.5mm ，故取=28mm；=28mm；针轮的宽度为10mm，为了安装定位，所以=8mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度（图3-10）。3.3.3

25、 轴上零件的周向定位带轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按由手册查得平键截面b×h=8×7(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为8mm(标准键长见 GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为4×4×15，半联轴器与轴的配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。针轮与轴的连接采用的是半圆头平键4×4×4。3.3.4确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为1×45°，各轴肩处的圆角半径R=1mm。图

26、3-10 轴的结构设计3.3.5求轴上的载荷首先根据轴的结构图，作出轴的计算简图(图 3-11)。在安装针轮的位置，轴所受的力很小，忽略不及，所以不考虑在计算范围里。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取图示中的a值。对于30204型圆锥滚子轴承。由手册中查得a=11mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距L2+L3= =40.4mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩、扭矩图和计算弯矩图。载 荷水平面H垂直面V支反力F=15N=22.5N弯矩M=303=454.5总弯矩扭矩TT=872.78 图3-11 轴的计算简图3.3.6 轴承的校核轴承受到径向载荷，将轴系部件受到的空间力系分解成铅垂面(图 3-

27、12)和水平面两个平面(图3-13)力系.由力分析可知: +=45N=22.5N+=30N=15N 图3-12 铅垂面受力图 图3-13 水平受力图轴承受到的径向载荷=27.04N=27.04N轴承的派生轴向力Fd=Fr/(2Y) （3-14）=/(2Y)=27.04/21.7=7.95N=/(2Y)=27.04/21.7=7.95N式中Y计算系数,由机械设计课程手册,表6-7查得Y=1.7被压紧的轴承所受总轴向力=+=0+7.95N放松轴承2只受其本身派生轴向力=7.95N求轴承当量动载荷和=0.294<e=0.294<e式中e计算系数,由机械设计课程手册,表6-7查得e=0.3

28、5所以=27.04N=27.04N计算轴承寿命 (3-15)=hC基本额定静载荷P当量动载荷3.3.7键的校核一般8级以上精度的有定心精度要求，应选用平键联接。键、轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计(第七版)表6-2查得需用挤压应力=100120MPa，取其平均值，=110MPa。(1)联轴器与轴轮毂的联接键计算根据d=12mm从机械设计(第七版)表6-1查得键的截面尺寸为：宽度b=4mm，高度h=4mm。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=15mm（比轮毂宽度小些）。键的工作长度=L-b=15-4=11mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.54=2mm。由 （3-16）=6.12M

29、Pa<=110MPa（合适）可见联接的挤压强度足够。(2)带轮与轴轮毂的联接键计算由于带轮的带宽相对较小，所以键槽用盘铣刀铣出。所以采用平头平键。根据d=24mm从机械设计(第七版)表6-1查得键的截面尺寸为：宽度b=8mm，高度h=7mm。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=8mm（比轮毂宽度小些）。键的工作长度=L=8mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.58=4mm。 （3-17）=4.36MPa<=110MPa（合适）可见联接的挤压强度足够。(3)针轮与轴轮毂的联接键计算此处是针轮直接与轴端的联接，所以采用单圆头平键。根据d=12mm从机械设计(第七版)表6-1

30、查得键的截面尺寸为：宽度b=4mm，高度h=4mm。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=6mm（比轮毂宽度小些）。键的工作长度=L =62=4mm，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.54=2mm。由： （3-18）=18.18MPa<=110MPa （合适）可见联接的挤压强度足够。轴2的设计相对轴1少了与联轴器联接的轴段，其余各轴端均与轴1相同，所选轴上零件也一致。3.4机架和导轨的设计3.4.1料带轨道组件当料带由送料机构经过针轮传送到摄像机下，要有一定的传输距离，根据已知条件每传输5个电子原件，停止两秒，所以在保证作业者在操作机台的空间有一定的范围，而且使目测流程能有缓冲，

31、并且不影响原件的传输，所以在针轮之间设置一条料带轨道。3.4.2 支撑机构在满足相同工作要求的前提下，不同机构其尺寸、质量和结构的紧凑性是不相同的。整个设备的流程从左右。首先是放料机构，放料机构主要是把料带轮盘安装放置在底座支撑上。放料机构中有安装一个小的马达，用来本身轴的自动转动。轮盘端面与轴的紧固用易于拆卸的螺钉紧固轴端挡圈来紧固。放料机构通过一个导料轮把料带传输到针轮上，所以这个导料轮的高度比放料机构略小，起到张进料带的作用，则导料轮的底座尺寸设计较小。导料轮底座的凸周本身是不转动的，所以导料轮端面与轴的紧固采用螺钉紧固轴端挡圈来紧固。当料带从放料机构输出，经过导料轮，然后与针轮连接。针

32、轮是与同步带轮、轴承一起放在一根轴上的。轴的支撑，是用轴承固定在轴承支座上，然后安装在底板上的。一般来说，一根轴需要两个支点，每个支点可以由一个或一个以上的轴承组成。合理的轴承配置应考虑轴在机器中有正确的位置、放置轴向窜动以及轴受热膨胀后不至于将轴承卡死等因素。本次设计的轴承配置方法是双支点各单向固定，是用两个反向安装的圆锥滚子轴承，两个轴承各限制一个方向的轴向移动。安装时，通过调整轴承外圈或内圈的轴向位置，可使轴承达到理想的游隙或所要求的预紧程度。轴承的固定就直接用带有毡油垫圈的轴承端盖紧固在套杯上3。所有的底座都是采用中碳非合金结构钢铸造，钢号45，这种钢的工作条件允许与滚动轴承配合，请载

33、荷或者中等载荷，转速低，冲击和交变载荷不打，调质后，保证有足够的强度与硬度。整个设备是安装固定在一个底板上，再将底板放置在一个柜子上，这样的分体试放置，便于机架的位置调整与移动。底板则采用钢板制作，以提高和底座的固定配合。柜子的设计，一方面可以把显示屏与摄像机还有电动机的电源线拉导柜子里统一布线，提高安全度并节省空间，美观设备，另外方便操作者操作时的操作高度，同时，可以储备必要的工作零件，未检查的料带以及检测出来的不合格产品。4 控制系统设计4.1 控制系统方案确定无论是步进电动机的转动还是料带的运动都离不开控制系统的控制。如今主流的控制方法主要有：单片机控制、PC机控制、DCS控制和PLC控

34、制等。他们体积小、重量轻、但功能强大可以实现许多复杂产品的加工控制，同时，他们又各有不同。如图单片机控制系统 PC机控制系统DCS控制系统PLC控制系统本质区别基于芯片级的系统实现工业生产的实时控制集4c技术于一身的监控系统基于板级或模块级的系统功能实现一些小型的智能控制生产设备的实时控制实现数据通信实现自动生产线精确控制运行速度快快一般快操作性简单简单复杂简单维护方便困难非常困难方便适用场合家电产品、智能化仪器、玩具、批量生产的控制器产品大型工业控制设备大规模的连续过程控制场合，如石油、电力单机电气控制系统、制造自动化和过程控制稳定性良好良好良好高为了满足该设计操作简单、成本低廉、维护方便、

35、稳定性好的要求，故该设计选用PLC。PLC（又称为可编程控制器），它是一种随着社会要求制造业对市场需求做出迅速反应，能生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量产品而出现的能完成特殊任务的微型工业控制机构。4.2. PLC概述PLC应用面广、功能强大、使用方便已广泛的应用在各种机械设备和生产过程中自动控制系统中。PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅猛发展。PLC应用面之广、普及度之高是其他计算机控制设备无法比拟的， PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。它的特殊功能模块还可以完成某些特殊功能。（1）CPU模块主要由微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中，

36、CPU模块相当于人的大脑和心脏，他不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。（2）存储器用来存储程序和数据。（3）输入模块和输出模块简称为IO模块，相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输入模块用来接受和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码等来的开关量输入信号；输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。PLC外部的输入、输出电路的电源电压较高，从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在IO模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等元件来隔离PLC的内部电路和外部电路的IO电路。IO模块除了

37、传递信号外、还有电平转换与隔离的作用。（4）编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。他的体积小，价格便宜一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护。另外PLC还具有编程方法简单易学、功能强大、性价比高、硬件配套齐全、用户使用方便适应性强、可靠性高抗干扰能力强及维修方便的特点。4.3 PLC选型目前，世界上有200多个厂家生产300多种PLC产品，比较著名的有美国的AB、日本的三菱、松下电工、德国的西门子、法国的SCHNEIDER公司等。在同类PLC产品中尤其以西

38、门子公司的产品最为出众。西门子公司的PLC产品又包括S7-200S7-300S7-500等，然S7-500在日常生产生活中不太常见，故不选用S7-500。S7-200与S7-300在硬件方面的主要区别有：（1）S7-200系列是整体式的，而S7-300是模块化的。S7-200的CPU模块、I/O模块和电源模块都在一个模块内；而S7-300系列的，从电源，I/O，CPU都是单独模块的。但是这么说容易让人误解200系列不能扩展，实际上200系列可以扩展，只不过买来的CPU模块集成了部分功能，一些小型系统不需要另外定制模块，200系列的模块也有信号、通信、位控等模块。（2）S7-200系列的机架，称

39、之为导轨；为了便于分散控制，300系列的模块装在一根导轨上的，称之为一个机架，与中央机架对应的是扩展机架，机架还在软件里反映出来。（3）S7-200系列的同一机架上的模块之间是通过模块正上方的数据接头联系的；而300则是通过在底部的U型总线连接器连接的。（4）S7-300系列的I/O输入是接在前连接器上的，前连接器再接在信号模块上，而不是I/O信号直接接在信号模块上，这样可以更换信号模块而不用重新接线。（5）S7-200系列的部分CPU带有特殊用途的接口，S7-300系列则没有该类型的接口。S7-200与S7-300在软件方面的主要区别有：（1）S7-200系列用的是STEP7-Micro/W

40、IN32软件；S7-300使用的是STEP7软件，两个软件之间具有明显的不同，前者可以完成很多后者不能完成的任务。（2）S7-300系列的编程语言有三种语句表（STL）、梯形图（LAD）、功能块图（FBD）；S7-200系列的除了这三种外，还有结构化控制语言和图形语言，其中结构化控制语言、还是一种高级语言。（3）S7-200软件提供了一些数据块来对应每一个功能块（Function Block-FB），称之为Instance nod。而S7-300则没有此功能。（4）S7-300能进复杂的自定义，S7-200可以进行简单的自定义，但该课题中用到的是一些并不复杂的控制指令，如电机的间歇运

41、动。 （5）S7-300中提供了累加器（ACCU）和状态字寄存器、诊断缓冲区，与单片机（MCU）的结构非常相近；S7-200系列中没有ACCU或者用得很少，可见 S7-300适于在一些复杂的控制系统中使用，用来完成一些复杂的控制。综上所述: S7-200具有极高的可靠性、丰富的指令集和内置的集成功能、强大的通信能力和品种丰富的扩展模块。S7-200可以单机运行，用于替代继电器控制系统，也可以用于复杂的自动化控制系统。由于他有极强的通信功能，在网络控制系统中也能充分发挥其作用。S7-200在我国占有很大的市场份额，而且性价比高。故选用s7-200作为控制元件。4.4 I/O端口的扩展生产中用的S

42、7-200的主机模块有很多，例如：(1)CPU221；本机集成6输入4输出，无扩展能力，程序和数据存储容量较小。(2)CPU222；本机集成8输入6输出，最多可以扩展2个模块。(3)CPU224；本机集成14输入10输出存储容量较大，可以有7个扩展模块，内置时钟有强大的模拟量和高速技术的处理能力，是使用最多的S7-200产品。该设计的输入输出端口需要实现的功能主要有：控制步进电机的转动与停止、显示器的运行与停止、摄像头的摄像，等等。为了防止输入输出接口不能满足实际需求，故应采用IO口扩展以满足特殊需要。S7-200PLC常见的IO模块有:(1)输入扩展模块EM221:共3种产品，即8点和16点

43、DC、8点AC。(2)输出扩展模块EM222：共5种产品，即8点DC和4点DC、8点AC、8点继电器和4点继电器。(3)输入输出混合模块EM223：共6种产品其中DC输入输出有三种，以及对应的三种输入输出点数。(4)模拟量输入扩展模块EM231：产品类型多且热电阻和热电偶可以直接连接到模块上而不需要用变送器对其进行标准电流或电压信号转换，模块上具有热电阻和热电偶信号选择开关，热电偶还具有冷补偿功能。(5)模拟量输出扩展模块EM232：只有一种2路模拟量输出的扩展模块产品。(6)模拟量输入输出扩展模块EM235：只有一种4路AI路AO的产品。主机模块与各IO扩展模块的连接方式如图。综上所述本设计

44、采用CPU224模块和EM231来实现对控制系统的控制。4.5 电气控制电路顺序功能图梯形图4.6步进送料为了方便对电子元件进行目检，因此该设计采用间歇运动的方式进行送料。而直流与交流电动机都不适合做间歇运动，故采用步进电动机作为原动机，。步进电动机的运动则由PLC进行精确控制。计数器选用遮光式红外计数器，其工作原理为：利用红外发光管发射红外线，红外接收管接收此红外线，并将其放大、整流形成高电平信号。当有人或物挡住红外光时，接收管没有接收到红外信号，放大器将输出低电平，同时计数器计数这个低电平脉冲，并经译码驱动电路使数码管显示数值。这样就得到要统计的人或物的数量。计数范围在0999之间，如果需

45、要还可扩展。步进送料实现过程：按下电源按钮接通电源，PLC开始运行，PLC每发出一个一个脉冲信号步进电机就移动一个角位移，同时导料轮和带轮也同时移动相应的角位移，传送带则移动一个线位移，传送带上的电子元件跟着移动相应的线位移。到达摄像头下时人就可以通过显示器检测电子元件了，通过显示器的放大作用，将不同型号的电子元件分拣开。同时为了方便人更好的观察电子元件，通过PLC定时器和遮光式红外计数器设定每传送5个电子元件停2秒。当计数器数字累计达到5或5的整数倍时，PLC定时器便会接收到一个电脉冲信号，定时器便会给控制系统发出一个延时2秒的反馈信号，控制系统于是发出一条控制指令给步进电机，步进电机停止转

46、动2秒，2秒以后定时器发出一条脉冲信号给控制系统，控制系统则给步进电机和遮光式红外计数器各发出一条控制指令，步进电机继续转动、计数器继续计数，如此循环知道将所有电子元件检测完毕。 结论至此，电子元件目检设备结构的设计已基本完成，在这次毕业设计中认真的对每个零件进行了研究、分析、比较、计算，通过反复推敲直到设计出符合要求的最佳效果。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。解决了电子元件的分拣问题，同时达到了对电子元件进行目检的效果。在根据设备的运动形式和运动参数的要求选择了合理的原动机，并选择了合理的传动机构符合了传输运动的要求。通过了解设备的性能要求，设计更

47、加人性化。在整体设计上更符合现代化生产要求，不仅提高工人工作效率，而且减轻了劳动强度并提高工作的准确度。从各方面考查，本电子元件目检设备具有合格的设计水平，有着很大的生产和运用价值。特别在原动机的选定计算和同步带轮的设计计算上参阅了大量的信息资料，进行了反复的计算、比较才完成了电动机和同步带轮的设计。在目前国内机械市场，这种小型的设备能够提高生产效率,通过自主创新,将来有可能会有很大的市场需求量，而市场有的多是早期设计的产品，技术含量不高。本设备因有着体积小、功能全、稳定可靠的特点，故有着广阔的市场前景。但作为一种开发产品，未能得到进一步的改进，肯定存在某些方面的不足。并且受国内电子元件的品种

48、和性能的限制，新的电子技术在此未能得到广泛的运用。同时，在设计当中难免会存在一些问题，在没有进行实际的操作之前肯定会存在很多没能考虑详尽的因素。所以，有很多结构还是需要改进的。希望本课题的设计能够符合现实生产的应用。 致 谢一学期的毕业设计即将结束，在此特别感谢我的毕业设计指导老师。指导老师耐心热情的指导帮助了我，从帮我拟定毕业设计的任务书并细心的解说此次电子元件目检设备结构设计的主要流程，到设计当中各个部分出现的问题，包括机构的形状尺寸，结构的设计原理，还有零件的设计计算等问题。指导老师都是不辞辛苦，在第一时间为我解答，并很负责任的定期做检查，及时提出发现的新问题，监督设计的进度。严格要求设

49、计的进度计划和任务要求，主动为我们设计的题目做了大量的调查工作，花费了不少心血和精力。过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。指导老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是指导老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和

50、工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校，是母校给我们提供了优良的学习环境；另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！。 参考文献1 王德东、李效忠、徐雪盟.电子电气产品机械结构设计综述J.电子机械工程,2004.2 凌均淑.步进电动机的应用及驱动方式J电气时代.2005.08.3 璞良贵、纪明刚.机械设计(第七版)M. 北京:高等教育出版社,2001.4 璞良贵、纪明刚.机械设计学习指南(第四版)M. 北京:高等教育出版社,2000.5 龚天军、贺地求、符荣华.

51、零件分拣机系统设计J.中国汽车制造技术.2006.12.6 林颖、曾志新、孙延.Pro/ENGINEER快速入门及应用专著/编著.北京:电子工业出版社,2000.8.7 李希诚、李弦泊编著.机械结构合理设计图册M.上海:上海科学技术出版社,1996.5.8 李忠杰、宁守信.步进电动机应用技术M. 北京:机械工业出版社,1988.12.9 祝凌云、李斌、白雁均.Pro/ENGINEER野火2.0版入门指南M.北京:人民优点出版社,2005.10 卢耀祖、郑惠强.机械结构设计M.上海:同济大学出版社,2004.11 机构（机械设计手册）专著北京：化学工业出版社，2004.12 彭文生.机械设计(第

52、一版).武汉:华中理工大学出版社,2001.13 廖念钊. 互换性与测量技术基础M. 北京:中国计量出版社,1995.14 吕仲文主编.机械创新设计M. 北京:机械工业出版社,2004.15 吴宗泽主编.机械结构设计M. 北京:机械工业出版社,1988,4附 录Step with the same1 belt Overview Belt is a strong rope or glass fiber layer, covered wit

53、h polyurethane or neoprene rubber ring belt, toothed belt made within weeks, to engagement with the toothed pulley.Synchronous transmission, the transmission ratio accurate axial f

54、orce on a small, compact, oil, wear resistance, anti-aging performance, generally temperature -20  -80 , v <50m / s, P <300kw, i <10, the required synchronizatio

55、n of the transmission can also be used for low speed transmission. Synchronous belt integrated a belt drive, chain drive and gear strengths. Rotation by toothed and wheel of alveolar engages to pass dynamic .Belt drive transmissio

56、n ratio with accurate, non-slip, get a constant speed ratio, drive smoothly, can absorb vibration, noise, transmission ratio range, usually up to 1:10. Allow line speeds 

57、up to50M / S, transfer power from a few watts to hundreds of kilowatts. High transmission efficiency, generally up to 98%, compact, suitable for multi-axis drive, no 

58、;lubrication, no pollution, it canbe allowed to have more pollution and poor working conditions under the normal work place. This product is widely used in textiles, mach

59、ine tools, tobacco, communication cables, light industry, chemical industry, metallurgy, instrumentation, food, mining, oil and auto industries of various types of mechanical transmission.&#

60、160; 2 belt features (1)drive accurate work without sliding, with a constant transmission ratio.(2)smooth transmission, buffer, damping capacity, low noise. (3)transmission, high efficiency, 

61、;up 0.98, energy saving effect is obvious. (4)easy maintenance, no lubrication, maintenance costs low. (5)can be used for long distance transmission, center distance up to 10m or more. Category 3 timing belt 3.1 The trapezoidal tooth timing beltSub-trapezoidal tooth timi