SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要：针对现有电脑内存条插槽(DIMM)连接器SMT生产线送料慢的问题，设计了一种全自动送料装置，包括安装底板、振动器、送料装置和STM32单片机控制系统。振动器和送料盘安装在设备底板上，送料盘内设置有两道送料导轨，与送料盘侧壁之间形成导向槽，另一端配有可上下活动的送料器料座，将DIMM连接器放入送料盘后，振动器工作将DIMM连接器振动前移，挡片挡住DIMM连接器，在需要送料时，单片机驱动电机控制气缸将DIMM连接器顶起，DIMM连接器被插件机上的机械手吸取或夹取后气缸下移复位，进入下一个工作周期。该装置已应用到实际生产中，兼容现有的SMT设备及插件机设备，有效实现自动化送料，提高了工作效率和降低了生产成本。对比改造前后的数据，员工人数从5人减少至1人，生产节拍从9s/件降低至4 s/件，次品率从21‰大幅度下降至3‰，各项技术指标较好，对电子制造业有一定的借鉴作用。
关键词：自动送料装置；导向槽；SMT生产线；单片机控制
Design and Application of Automatic Feeding Device Based on MCU
Xu Pingfan1，Li Hai1，Xu Mingli2，Huang Jian1
(1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Zhongshan Polytechnic,Zhongshan 528404,China;2.Zhongshan Songlian Electronic Technology Co.,Ltd.,Zhongshan,Guangdong 518000,China)
Abstract:In order to solve the problem of slow feeding in the SMT production line of the existing computer memory slot connector,a fully automatic feeding device was designed,which included a mounting base plate,a vibrator and a feeding device.The vibrator and the feeding tray were installed on the bottom plate of the equipment.There were two feeding guide rails in the feeding tray.A guide groove was formed between the feeding tray and the side wall of the feeding tray.The other end was equipped with a feeder that can move up and down.The device was compatible with existing SMT equipment and plug-in machine equipment,effectively realized automatic feeding,improved work efficiency and reduces production costs.The device applied to actual production.Comparing the data before and after the transformation,the number of employees reduced from 5 to 2,the production cycle reduced from 9 s/piece to 4 s/piece,and the defective product rate dropped significantly from 21‰to 3‰.The technical indicators are better,the electronics manufacturing industry has a certain reference role.Key words:automatic feeding device;guide groove;SMT production line;MCU
0引言
在电子产品装配工艺中，插装的电子元件具有抗干扰、功率大和稳定性好等特点被广泛采用。随着国内外大数据产业的发展，对整个电脑主板的生产节拍提出更高的要求，但由于内存条DIMM连接器长度过长，形状特异，现有插件机不带DIMM连接器自动送料装置，只能依靠人工进行手插，手工作业劳动强度大，速度慢，工作效率低下，远远不能满足电子产品组装行业的发展需求。如何解决内存条DIMM连接器的上料问题是整个主板代工行业亟待解决的难题[1-5]。
针对此问题，国内很多文献提出不同的解决措辞，归纳后主要有：(1)采用插件专机及改变制造工艺[6-9]，编程复杂且后期升级改造难；(2)工业机械手自动夹取[10-12]，有一定的借鉴作用，但无法实现高效柔性生产。
另外，由于内存条DIMM连接器尺寸较长且为塑料件，很难用振动盘调整至纵向位置，也不易进行抓取和调整方向。
本文根据现有SMT设备的送料结构，设计了一种电脑内存条插槽连接器自动送料装置，包括安装底板、高速振动盘、送料盘、两道送料导轨和单片机控制系统。通过采用自动化送料装置代替手工作业，能够匹配现有的松下自动贴片机及插件机等设备，实现DIMM连接器的自动送料，有效提高了工作效率，降低了生产成本。除了补充物料，整个过程无需人工介入，有效降低了工人的劳动强度和危险性，各部件也不易出现错位和偏移，效果明显。
1整体机械设计
图1所示为一种电脑内存条插槽连接器(DIMM)自动送料装置，安装底板上安装有振动器，振动器上装有送料盘，送料盘内设置有两道送料导轨，送料导轨与送料盘的侧壁之间形成导向槽，送料导轨与DIMM连接器上的凹口相匹配。
如图2所示，凹口外侧形成的凸边位于导向槽中，送料盘的一端设置有可上下运动的送料器料座，安装底板和送料盘之间安装有控制箱。
另外，安装底板上安装有气缸支座，气缸支座上安装有气缸，送料器料座安装在气缸的活塞杆上，并在送料器料座上安装有挡片，在送料器料座处设置有用于检测是否有DIMM连接器送入的传感器。
2 DIMM导向结构设计
为了运行平稳，送料器料座上设置有滑孔，气缸支座设置有插入滑孔中的导杆，送料器料座受导杆的导向作用，在上下运动时不会发生歪斜。
如图3所示，振动器和送料盘之间安装有振动台，振动台与振动器固定连接，送料盘与振动台固定连接，提高了整体的机械强度及连接的可靠性。
安装底板的底部设置安装有安装导轨和固定锥，通过安装导轨和固定锥，可以将自动送料装置安装在现有的插件机上。
3控制电路设计
本系统以STM32H750VB为控制器，把传感器采集到的数据送入STM32控制进行运算和处理，使用LM393对输入信号进行滞环过零比较，选用L298N为驱动模块，包含有两个H桥的高电压大电流双桥式驱动器，如图4所示。
在电机的控制系统中，单片机输出脉冲信号、方向信号、使能信号。其中，脉冲信号驱动步进电机运行，一个脉冲信号驱动步进电机运行一个步距角，保证DIMM连接器的精确导入；方向信号控制步进电机运行方向，使能信号是锁定步进电机；使能信号用于控制电机的启停工作，当使能信号高电平时，步进电机启动，将DIMM连接器推入导向槽，为插件机抓料做准备，低电平时步进电机不运行。
将DIMM连接器放入送料盘后，振动器工作，将DIMM连接器振动前移，挡片挡住DIMM连接器，在需要送料时，气缸动作，将DIMM连接器顶起，DIMM连接器被插件机上的机械手吸取或夹取后(传感器感应是否有DIMM连接器)，然后气缸下移复位，进入下一个工作周期，整个过程简洁、精确，能兼容现有的Panasonic松下自动贴片机及插件机，实现自动化送DIMM连接器，有效提高了工作效率，降低了产品的生产成本。
4程序逻辑设计
整个送料装置按照一定的运行流程完成，从开始的信号接收，到电机的驱动，再到备料和送料，最后实现与插件机的配合，每一步都涉及到精确的控制，详细工序如下。
工序1初始状态：贴片机初次贴装复位，步进电机复位，X轴闭环器与Y轴闭环器自动定位到初始设置的位置。
工序2信号接收：单片机(STM32F407VE)接收上位机传递器件信息数据，单片机处理后驱动Y轴电机，为后续吸取器件做准备。
工序3备料：备料装置接收到使能信号，将DIMM连接器放入送料盘后，振动器工作，将DIMM连接器振动沿X方向前移，挡片挡住DIMM连接器，控制器给予闭环控制器一个合适的脉冲至合适距离。
工序4送料：单片机输出驱动信号，电机和气缸将DIMM连接器顶起，Z轴方向的高度与贴片机夹具一直，传感器感应是否有DIMM连接器。DIMM连接器被插件机上的机械手吸取或夹取。
工序5复位：DIMM连接器件吸取完成后，备料装置回到初始位置。
梳理以上5个工序后，得到整体程序设计逻辑图，如图5所示。
通过模块化的方式对主控制器控制程序、信号收发模块程序、按键输入程序、电机驱动程序等进行设计，当有送料需求信号输入时，单片机输出控制信号给驱动电路，驱动电路启动对应电机和气缸，完成DIMN物料备料、进料和排料等工序。
5试用验证
为了验证设计的可行性，完成了自动送料装置的设计与制造，单片机STM32给驱动模块提供PWM输出信号，实现电机的精确控制。整个装置的稳态误差保持在0.5%以下，直流电机速度精度控制在93%以上，其稳态误差为0.2%。
送料装置已应用到中山市某台资主板代工公司，经过近1个月的调试和试运行，改造前后对比数据如表1所示。改造前，每个工位需要5名工人同时进行插件操作，工作量很大，其中1名工人负责配料，4个员工负责插件作业，包括定位和按压动作，由于针排很细，容易出现不良品；改进后，由于不需要人工对工件进行定位，整个插件只需1~2名工人负责上下料，员工数和劳动强度大大降低，且保证工艺的一致性。生产节拍达到4 s/件，同时降至次品率小于3‰，达到合同验收指标。
6结束语
本文针对现有SMT生产线送料慢的问题，设计了一种电脑内存条插槽连接器自动送料装置，包括安装底板、振动器、送料装置和单片机控制系统。采用自动化机械代替手工作业，能够与现有的SMT及插件机等对接，实现自动化送DIMM连接器，有效提高了工作效率，降低了产品的生产成本。该设备已应用到实际生产中，通过对比改造前后的数据发现，员工人数从5人减少至1人，生产节拍从9 s/件降低至4 s/件，次品率从21‰大幅度下降至3‰，各项技术指标较好。
整个设备除了补充物料外，无需人工介入，有效降低了工人的劳动强度，各部件也不易出现错位和偏移等问题，能有效提高生产效率和保证产品质量。经过实际应用验证，效果明显。
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