PLC控制的激光去飛邊機研制

王曉華，吳江賢，李亞峰

(1. 江陰新基電子設備有限公司 江蘇 江陰 214400； 2. 江陰職業技術學院 江蘇 江陰 214405)

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PLC控制的激光去飛邊機研制

王曉華1，吳江賢2，李亞峰1

(1. 江陰新基電子設備有限公司 江蘇 江陰 214400； 2. 江陰職業技術學院 江蘇 江陰 214405)

摘要：介紹一種新型的PLC的激光去飛邊機研制。針對激光去飛邊機結構、工作原理，結合系統控制、視覺定位與激光掃描系統進行了較詳細闡述。該系統是以西門子S7-300為核心開發的，控制系統的控制精度和可靠運行等性能達到滿意的控制效果，對工業領域具有非常重要的現實價值。實際運行情況表明，系統運行穩定，能夠滿足生產的工藝要求。

關鍵詞：激光；去飛邊機；研制

0引言

激光去飛邊機用于產品塑封后對塑封體外側殘余溢料清除，該去飛邊機是條到條的全自動激光去溢料設備，采用單軌道輸送設計，其中使用的是目前比較先進的光纖激光發射系統，確保設備的可靠性和高效率以及降低客戶運行成本。

1激光去飛邊機組成與系統運行

1.1激光去飛邊機原理及組成

激光去飛邊機(Laser De-flasher)是用于SOT/SOD系列產品塑封后對塑封體外側殘余溢料清除的專用設備。其工作原理是利用銅、鎳和樹脂塑膠對特定波長的激光具有不同的吸收率這一特性，塑膠樹脂能有效吸收激光能量，從而使溢膠灼燒或氣化，而L/F框架部分為銅或鍍鎳表面，對這個波長的激光反射強烈，吸收很少，在較短處理過程中不會有損傷。因此能有效去除溢膠而不傷害L/F基體本身。

激光去飛邊機由機架、上、下料機構，L/F傳送軌道，吸塵系統、激光系統、視覺定位系統、電氣控制及相應控制軟件等幾個主要部分組成。激光去飛邊機涉及一種超薄型集成電路激光去飛邊機流道單元裝置,包括下流道、流道定位塊、旋轉軸、軸承座、軸承和流道蓋板。下流道中間沿下流道長度方向設置有一流道,流道的左右兩邊沿下流道長度方向凹設有二條平行的凹槽,二塊流道定位塊嵌置于所述二條凹槽內,四支旋轉軸的一端兩兩裝入二塊流道定位塊的兩端,四支旋轉軸的另一端均裝有軸承,軸承嵌置于軸承座內,四件軸承座固定連接于下流道的端的左右兩邊。下流道的左右兩側開設有若干個安裝孔,該安裝孔內依次安裝有彈簧和緊固螺絲,二塊流道蓋板用內六角螺絲擰緊在下流道頂端面的左、右邊。

L/F傳送機構包含機架、上/下料機構，L/F傳送軌道，吸塵系統、電氣控制系統、激光器/吸塵器安裝機構等。上下料單元采用單料盒進料方式，BUFFER區長度高于料盒；L/F抓取方式采用真空吸盤從BUFFER區吸至上料傳送軌道。頂料采用2級傳送，配合BUFFER區，減少更換料盒時間，以保證設備運行的連續性。

激光系統包含光纖激光發生器、光纖、激光器電源、振鏡掃描頭及控制系統。視覺定位系統包含攝像頭(高清、高分辨率)、70倍放大鏡頭、紅外燈、控制軟件及系統。激光掃描區傳送軌道采用伺服電機控制，以調節軌道寬度，確保L/F準確定位。L/F經上料區O型皮帶傳送到一次定位區，在該區域有防反檢測功能(一旦檢測到L/F放反，系統能夠自動將L/F踢出傳送軌道)。L/F從一次定位區傳送到激光掃描區采用伺服電機控制，以保證定位精度，定位后采用特制壓板壓緊，防止L/F的變形而導致加工區域偏離激光焦點。設備總體框架如圖1所示。

圖1　設備總體框架

1.2手動控制

手動控制分3部分：上料系統、激光成像系統和下料系統。

上料進料系統：電機正轉+電機反轉+電機停止，控制上料流道電機M4正/反轉及停止運轉。上料擋料：控制上料擋料定位氣缸動作。上料擋料下位，即氣缸在下位，此時氣缸不動作。上料擋料上位，即氣缸在上位，此時氣缸動作。移動壓送按鈕：控制上料移動壓送氣缸動作。移動壓送上位，即氣缸在下位， 壓輪在上位，此時氣缸不動作。移動壓送下位，即氣缸在上位，壓輪在下位，此時氣缸動作。搜原點：上料抓料移動電機M3自動搜索原點，運行到初始抓料位置。前位：上料抓料移動電機M3自動運行到前位，即放料位置。后位：上料抓料移動電機M3自動運行到后位，即抓料位置。抓料下壓按鈕：控制上料抓料下壓氣缸動作。抓料下壓上位，即氣缸在上位，此時氣缸不動作。抓料下壓下位，即氣缸在下位，此時氣缸動作。上料真空#1：點擊控制上料真空#1啟動。

激光成像系統：啟動連接，與ILV的通信中斷后，“啟動連接”按鈕顯示，點擊后手動建立與ILV的通信。調試手動控制激光位置移動。顯示與ILV通信是否正常。顯示從ILV中發送過來的圖像。顯示從ILV中發送過來的文本信息。

下料收料系統：電機正轉 + 電機停止，控制上料流道電機M4正轉以及停止運轉。下料擋料：控制下料擋料定位氣缸動作。下料擋料下位，即氣缸在下位，此時氣缸不動作。下料擋料上位，即氣缸在上位，此時氣缸動作。移動壓送：控制下料移動壓送氣缸動作。移動壓送上位，即氣缸在下位，壓輪在上位，此時氣缸不動作。移動壓送下位，即氣缸在上位，壓輪在下位，此時氣缸動作。搜原點：下料抓料移動電機M9自動搜索原點，運行到初始抓料位置。前位：下料抓料移動電機M9自動運行到前位，即抓料位置。后位：下料抓料移動電機M9自動運行到后位，即放料位置。抓料下壓：控制下料抓料下壓氣缸動作。抓料下壓上位，即氣缸在上位，此時氣缸不動作。抓料下壓下位，即氣缸在下位，此時氣缸動作。下料真空#1：控制下料真空#1啟動。

1.3設備系統自動運行

產品從上料送料料盒經過緩沖區由抓料系統取出送入流道，經過防反檢測裝置(如果產品放反，系統會自動剔除產品，送入上料廢料區)，由激光區拉料機構將產品送入激光#1區，產品到位后通知ILV1系統開始成像定位、激光去除溢料。ILV1結束后，激光拉料機構將產品送入激光#2區，通知ILV2系統開始成像定位、激光去除溢料。ILV2結束后，激光拉料機構將產品送到下料抓料區(如果有漏割或是抽檢則直接送到下料廢料區)，抓料機構將產品送入下料收料料盒。

2視覺定位系統

2.1視覺系統檢測內容及參數

檢測產品：SOT-523 / SOD-523；SOT-723 / SOD-723；SOT-923 / SOD-923。視野(FOV)范圍：為10 mm×7.5 mm。切割精度：0到0.05 mm；(產品外邊到激光內側)。設計時需注意整套系統的防塵、防震，包括光源及光源組數，以及提供接口信號模式。

視覺定位系統設計采用在Wire Bonder上成功應用的視覺系統。精確定位是Vision Location系統的重要功能。傳統的物體定位采用的是灰度值相關來識別物體。盡管這種技術得到了廣泛的應用，但是它在圖象品質變差的情況下，就缺乏穩定性(如L/F塑封后氧化變色、框架膠體面及邊對紅外光的反射造成灰度失真，引起辨識不佳)，而幾何對象定位法是一種最新的方法，它使用對象的輪廓來識別對象及其特征，用先進的輪廓檢測技術來進行識別對象。

視覺系統的分辨率是系統能分辨的最小特征。例如，“1”的視覺范圍(FOV)使用一個640 x 480象素的計算機圖象將得到1/640的分辨率。實際上，機器視覺算法具有亞象素的能力。也就是說，這些算法能夠測量或得出比一個象素更小的單位。Adept的幾何對象定位工具能精確到一個象素的1/40，而所有其他視覺系統工具只能精確到一個象素的1/10到1/20。

2.2視覺定位系統的流程

Vision Location在確定膠體正確位置后，視覺系統對第一工作加工區獲取圖像，并以輪廓為特征給出坐標，通過通訊數據線傳輸給Laser Scanner，從而激光光束從控制系統所賦予的坐標進行一定規則的切割動作。

視覺系統會給8片產品進行拍照，然后把上圖中的兩個坐標數據提供出來，前提是視覺系統和激光掃描系統的原點坐標必須是經過標定的同一個原點坐標。該原點坐標標定方法如下：在產品邊框處以激光指示點為圓心打十字標記(中心即為激光標準原點)，手動將Vision的原點移動到十字標記中心，此處即為激光和Vision的共同原點。

2.3視覺檢測

視覺定位系統可以有效地防止因L/F在封裝過程中的變形，或是L/F定位孔、定位邊有封裝樹脂微粒或毛刺造成的定位失誤，也能防止封裝后塑封膠體的微量位移等因素造成去飛邊切割的偏移(盡管這也許是在工藝文件許可的范圍內)。視覺系統效果圖如圖2所示。因而采用視覺定位系統能確保激光切割位置的精確度。

圖2　視覺系統效果圖

視覺系統在定位后將膠體及周圍的圖像信息保存下來，激光掃描結束后，再次把當前圖像與掃描前保存圖像比較，如相似值超出許可范圍，則判斷為漏割(沒有去飛邊)，這就是Vision Check功能。因此，在這臺設備中，Vision Location和Vision Check是用同一臺攝像機來實現的。

3激光掃描控制系統構成

3.1激光成像系統狀態顯示

采用當今國際最先進的激光器—光纖激光器，其特點是光電轉換效率高(可達30%)，比普通激光器如CO2的光電轉換效率(10%)要高，比固態激光(Td:YAG)更高，且以純風冷形式冷卻，不需要額外附加冷卻水系統，運行更經濟。光纖激光器的主要特性是利用脈沖峰值使產品溢料氣化，優點是輸出功率穩定，但是對銅的表面有輕微的損壞。CO2激光器雖然對銅的表面損壞相對比較小，但是輸出功率不穩定。

該設備用2臺光纖激光器，分別對一條L/F左右各半進行去飛邊處理。這種形式可以簡化機構，避免用到分光技術，方便激光的控制(如ON/OFF、功率調節、反饋)提高設備精度，并能使單機產能最大化。采用該激光系統的主要目的是保證設備的高生產能力以及降低設備運行成本 。

3.2激光成像系統參數設置

激光成像系統參數設置界面包括系統參數、#1激光設置、#2激光設置和通信設置4個部分。

1) 系統參數界面

安全門狀態按鈕：設置安全門使能狀態。激光#1工作狀態：設置激光#1是否聯機運作。激光#2工作狀態：設置激光#2是否聯機運作。抽檢設定：設置自動抽檢條數；下料料盒滿計數：設置下料料盒滿料盒條數，自動更換料盒；確定：確認抽檢設定、下料滿計數參數；取消：退出界面，系統不作任何修改。

2) #1、#2激光設置界面

#1/#2激光功率：在線更改ILV1/ILV2激光的功率大小。確定發送：發送#1/#2激光功率數值。#1/#2切割次數：在線追加ILV1/ILV2激光的切割次數，在原有次數上增加。確認發送：發送#1/#2激光追加的切割次數。

3) 通信設置界面

通信設置界面主要用于設定ILV1、ILV2的網絡參數。包括#1/#2激光服務器IP，#1/#2圖像傳輸端口，#1/#2文件傳輸端口的設置。

4結語

激光去飛邊機涉及一種超薄型集成電路激光去飛邊機流道單元裝置,包括下流道、流道定位塊、旋轉軸、軸承座、軸承和流道蓋板,本激光去飛邊機流道單元裝置能起到定位作用。這種類型的設備方便安裝調試，并且可方便客戶生產多種產品，有效的簡化客戶在生產中更換產品的步驟和時間，該設備能有效的提高產品品質，降低不良率的產生，減少無效停機時間。

該控制系統的控制精度和可靠運行等性能達到滿意的控制效果。實際運行情況表明，系統運行穩定，能夠滿足生產的工藝要求，在工業領域具有非常重要的現實價值。

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Development of Laser De-flasher with PLC

WANG Xiao-hua1,WU Jiang-xian2,LI Ya-feng1

(1. Southern Yangtze University, School of Mechanical Engineering, Jiangyin 214400,China;

2. Jiangyin Vocations University, Jiangyin 214405,China)

Abstract:This paper introduces the development of a new laser de-flasher with PLC. SIMATIC S7-300 series is used as the core of this system. The laser de-flasher is very reliable and used easily and has perfect use value in the Industrial areas. The result of its application shows that the control accuracy and reliability are very satisfactory. This system can run smoothly and meet the technique requirement.

Keywords:laser； deflasher；development

收稿日期：2014-12-02

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)03-0201-03

作者簡介：王曉華(1969-)，男，江蘇江陰人，工程師，主要從事電氣設備開發工作。