一种适用于PCB板的自动化焊接装置_侯建武.pdf
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1、中国科技信息 2023 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-94-三星推荐在印制电路板的生产过程中,存在 PCB 板上端子的焊接作业,即通过焊丝与 PCB 板上的引脚端进行对位后,通过电烙铁进行对位焊接作业,从而在引脚端上形成点状或线状焊接部,满足 PCB 板的焊接成型需求。目前 PCB 板上端子的焊接作业主要通过人工手持焊枪进行焊接,手动焊接虽然具有使用灵活、自由的特点,但是人为手持操作难以一直保持最佳的焊接动作,易出现焊丝对位偏差与焊接对位偏差,产品合格率较低,且操作人员如果长时间工作,身体更容易出现疲劳,不仅影响
2、焊接效率,还影响焊接质量。为解决上述问题,本文提供了一种适用于 PCB 板的自动化焊接装置(以下简称焊接装置),能实现自动化焊接的效果,降低了对操作人员的技能要求,提高了焊接质量稳定性和焊接效率。工作原理分析本焊接装置以 STM32 单片机为主控系统,并搭配有各种外设模块配合工作。焊接装置使用时将 PCB 板放置在承载台上,通过伺服电机驱动双向丝杆转动,双向丝杆转动并带动与其螺纹连接的两个滑板相对移动,两个滑板带动夹板相对移动,进而能够实现自动夹持的效果,通过调节 U 型板、活动块和横梁的移动,来调节焊丝与 PCB 板的接触,第二螺纹杆通过第二电机的驱动转动并带动与其螺纹连接的滑座水平移动,进
3、而带动焊丝到达指定焊接位置,然后启动焊枪实现自动化焊接,降低了操作人员的使用难度,提高了焊接稳定性和效率。焊接的过程中启动抽风机,通过抽风机能够驱动吸气头及时抽走 PCB 板焊接过程中产生的烟气粉尘等物质,并输送至净化箱内部净化,避免 PCB 板焊接过程中产生烟气粉尘等物质对工作环境造成影响,防止有害烟气对人体呼吸系统造成危害。设计优点与相关技术相比较,本焊接装置控制系统优良,机械结构简单,使用方便,便于维修。本焊接装置能够实现自动夹持的效果,避免 PCB 板在焊接过程中出现位置偏移,减轻了工人的劳动量,提高了焊接精度和生产效率,保证了品质的可控性,实现了自动化焊接的效果。同时抽风机能够过滤处
4、理焊接过程中产生的烟气粉尘,使焊接作业更加安全环保。行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度一种适用于 PCB 板的自动化焊接装置侯建武 侯 艳侯建武 侯 艳佳木斯大学信息电子技术学院项目名称:黑龙江省教育厅基础研究项目项目编号:2016-KYYWF-0574-95-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 7 期三星推荐控制系统设计本焊接装置控制系统选用 STM32F103C8T6 单片机作为主控芯片,通过对焊接装置空间位置信号、时间信号、温度以及出锡量的采集,使PCB板
5、元件的焊接过程稳定可靠。通过三台电机对焊枪空间位置参数的精确控制,实现焊枪对焊点的精准定位。本控制系统搭配有电阻触摸屏实现对焊接平台参数的可视化显示和指令操作,温度传感器实现对焊接装置温度的采集与监测,蓝牙模块实现对焊接装置的 APP控制,进而实现自动化焊接和精准焊接的目的。其系统总体结构框图如图 1 所示。硬件模块选型主控芯片的选择与论证方案一:选择 8051 系列单片机传统的 51 单片机具有价格低廉、开发环境易于搭建、使用简单等特点,但是本系统程序容量相对较大,51 单片机存储容量相对较小,外设和端口资源有限,其硬件资源无法很好满足本焊接装置需求。方案二:选择 ST 公司的 STM32F
6、103C8T6 单片机作为控制核心本模块是基于 Cortex-M3 内核的 32 位微控制器,硬件采用 LQFP48 封装,工作电压范围为 2.03.6V,主频可达72MHZ,内部采用64K或128K字节Flash程序存储器,以及高达 20K 字节的 SRAM 数据存储器,内部含有 4 个定时器,其中高级定时器 1 个,9 个通信接口和 37 个输入/输出端数量,是一款高性能与低功耗的单片机。结合本装置设计需求,综合考虑选择方案二。利用STM32F103C8T6 单片机能大大降低控制系统设计的复杂度,更能高要求的完成系统设计,性价比较高。如图 2 所示为单片机最小系统原理图。显示屏模块的选择与
7、论证方案一:选择 LCM1602A-14 液晶显示模块本模块为一种字符型液晶显示模块,采取 COB 封装,控制器类型为 AIP31068L,供电电压为 5V/3.3V,工作温度为-20 70,接口方式支持 SPI 和 IIC,液晶屏显示内容为 16 字符 2 行,显示屏面有蓝屏、黄屏和绿屏,背光类型为 LED,背光颜色为黄绿色。本模块显示的原理是利用液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制来显示图形。方案二:选择 NT35510 电阻触摸屏本模块是一款 4in,拥有 480800 分辨率,带电阻触摸,支持 8080 并口通信,接入 STM32F103Z 等 MCU 的IPS 显示屏,实现画
8、点、线、圆、矩形,显示英文字符和中文字符,显示图片及图片旋转等功能。本模块触控芯片型号为 XPT2046,是一款 4 线制电阻式触摸屏控制器,内含 12位分辨率 125kHz 转换速率逐步逼近型 A/D 转换器。本模块供电电压为 5V/3.3V,屏幕类型为 IPS,模块的 TP_IRQ引脚被 MCU 用来判断屏幕是否被按下,屏幕被按下输出低电平,反则被上拉输出高电平。本模块支持 16 位或 8 位并行数据输入,其中默认使用 16 位的 RGB565 颜色格式,用户可根据使用条件在模块背面选择 0 欧电阻使用 8 位并行数据输入,屏幕使用 NT35510 驱动,MPU8080 并口通信,读写速度
9、快,支持 80 系列 MPU、IIC、MIPI 等多种接口。结合本装置设计需求,综合考虑选择方案二。利用NT35510 电阻触摸屏模块可实现该焊接装置空间、时间、温度、出锡量等数据的彩色画面显示并可触摸输入指令操作,方便操作人员使用与维修,也提高了 PCB 板的焊接效率。温度显示模块的选择与论证方案一:选择 DS18B20 数字温度传感器模块本模块是一款单总线数字温度传感器,板载 DS18B20芯片和电源指示灯,同时留有 3P 圆孔座方便插拔芯片,内置上拉电阻,全部引出芯片引脚。本模块工作电压为35.5V,物体温度测量范围为-55 125,温度测量精度 2,模块内部含有两个字节的温度寄存器、一
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