高航 趙永亁

摘 要：隨著高速、高密集型壓配合連接器的快速發展，超高速背板成為了互聯網中節點設備的關鍵部件之一，同時也對連接器壓接設備提出了更高的要求。壓接工序定位精度準確、可靠性高，柔性化好、自動化程度高的壓配合連接器是超高背板加工產業中的重要環節。基于此本文通過對壓配合連接器壓接設備機械系統的設計進行了分析及優化，對連接器壓接設備行業水平的提升有一定意義。

關鍵詞：壓配合連接器;器壓接設備;設計分析

一、壓接設備的方案設計

（一）壓接設備機械系統的選擇

本文中連接器壓接設備的機械系統單元的運動路徑為。第一，先將機構移動至上模暫存區，抓取特定的上模;第二再將上模移動至連接器上方，旋轉并調整上模位置，使其對準連接器;第三將上模準確的插入連接器中;第四機構依照設定的速度和壓力，將單個連接器緩慢的壓入PCB板的金屬孔中。壓接結束后，機構抽出上模并返回。至此完成一個工作周期。

如上所述，通過研究可以發現器壓接設備的運動特點是：機械系統末端在具備精準的定位靜確度，可以在多個空間位置實現快速的平動;同時機械系統末端需要對Z軸輸出較大的插接壓力，才可以在Z軸進行旋轉運動;機械系統末端在精準的定位精確度下可以實現快速啟動和停止。

結合快速精確平動、運行平穩、結構緊湊可靠、可輸出較大垂直壓力等特點，所以優先選取具備4自由度的直角坐標系機械結構作為機械系統的整體結構。

（二）壓接設備機械系統驅動方式的需求分析

（1）最大行程。根據1060mmⅹ740mm是目前生產的印制電路板最大尺寸，可以確定出1200mmⅹ800mm是機械系統的X，Y方向最大工作行程。因為考慮到Z軸末端會越過印制電路板輸送線，但是印制電路板輸送線的高度為200毫米左右，所以Z軸最大行程大于等于輸送線高度+下模高度=250mm。假如把安全空間調整為50毫米，則Z軸需要的最大行程為300毫米。故確定1200mmⅹ800mmⅹ300mm。為X，Y，Z軸最大行程。

（2）根據連接器的插接過程可以分為三個工藝區間。首先是插接前的區間，從原點到指定高度的速度由上模設定，壓接的速度可為Z軸最大的速度，此過程可以不用接觸連接器，其次是插接區間，上模接觸連接器進行壓接在達到指定高度的時候，開始對每針最小力、最大力或指定壓力等進行判定，滿足壓力條件，下模繼續下壓，壓接的速度為0.2mm/s-5mm/s 之間，行程比較小。最后是插接結束的區間，如果機械系統在下模位于設定的高度區間時檢測到實際壓力已經達到了“設定的壓力值”時，則壓接結束。所以每分鐘的速度=0.2mm/s，maxV =5mm/s為機械系統 Z 軸的工藝壓接速度

（三）壓接設備附屬輸送線體的實現方案

背板輸送機構和頂升機構的功能可以有效實現背板快速、穩定的傳送，也可以對印制電路進行升降、定位等動作。通過使用步進電機驅動異型齒形的同步皮帶涮動輸送機構進行使用，在每一節的工位輸送時，每次只能容納一個背板進入和流出。其中背板的快速平穩輸送和輸送機可以根據背板的寬度對輸送線的寬度進行自動調節。

運用頂升機構將背板降下并成功傳動到襯板上，為定位背板。其具體的操作步驟為：將背板移動到特定的位置后，整體的輸送線頂升機構會開始下降，同時也會帶動背板下降，直至下降到與機床地板相貼合，以方便Z軸承受機械系統的較大壓力，壓接完成后，頂升機構會恢復到開始的高度，然后背板將會被抬起，等待一塊背板的進入。

二、壓接系統搭建與實驗分析

（一）系統硬件組成

工控機和運動控制卡（運動控制器）組成了壓配合連接器壓接設備的控制系統。工控機通過采用研祥 IPC-810E，對2個運動控制卡，1個運動控制器，1個數據采集卡進行連接。PARKER 提供的 ACR9000是運動控制器，需要將其安裝在專門的電柜中，可以有效實現八軸直線電機運動控制。雷賽的DMC1000和DMC2410是運動控制卡，分別對 Z 軸伺服電機、輸送線交流電機、夾緊氣缸等進行控制。采用 NI-9237 采集壓力傳感器信號作為數據采集卡。

（二）壓力采集系統介紹。

壓力傳感器系統由壓力傳感器，信號放大器，數據采集卡等三個部分組成，是插裝設備的核心傳感部件。整個壓接過程的可控性和連接器的最終裝配質量都是通過壓力傳感器系統直接進行的。對插裝行程的各個特定階段讀取壓力傳感器的實時數據是由插裝設備進行的，插裝設備在讀取壓力數據后會與設定的經驗數據進行比對，然后依據比對的結果，來決定下一步的程序走向。

在對本課題使用的壓力傳感器進行選型時，需要重點考慮壓力傳感器的靈敏度，精度，額定壓力范圍等參數。本項目為自動插入模具，故壓力采集系統需要能判斷模具是插入到連接器根部。即插入階段時，如傳感器感應到大于某數值的壓力，則說明模具未順利插入連接器，需要人工檢查連接器是否歪斜;如整個插入階段里，傳感器感應到的壓力小于某數值，則可認為其已經正常插入，系統自動進入壓接流程。上述的壓力數值，需要由插入實驗得出。故項目選用的壓力傳感器暫定為意大利 AEP C2S 壓力傳感器，其綜合誤差0.023%，精度（OIML R60）C3。信號放大器選用美國 Interface SGA/A SGA/D 信號放大器，數據采集卡選用 NI-9237。NI-9237 可驅動并測量 4 個基于電橋的傳感器所需的全部信號調理具有高采樣率和高帶寬，結合通道間零相位延遲，提供了高效高速的應變或載荷測量系統通道。

（三）模具自動插入實驗

本節首先進行模具的自動插入實驗。通過此實驗，可得出插入階段的上限壓力值。取得此經驗值后，系統即可利用此數值來自動判斷模具的插入過程是否正常。首先 Z 軸抓取模具，并自動運行至下 CCD 視場內拍照，定位模具的中心位置。

定位完畢后，Z 軸攜帶模具，移動至背板放置區間，使用 Z 軸上安裝的CCD 視覺系統對背板的 MARK 點進行拍照，以定位背板在上 CCD 坐標系中的位置（上、下 CCD 視覺系統各自所處的坐標系已經通過校準工裝進行校準）。最后導入待壓接位置在背板上的坐標數值。Z軸移動到該坐標值位置處后插入模具。

經過試驗數據分析，當模具順利插入連接器，傳感器感應的壓力曲線均低于 5N。模具插入連接器受阻時，力-時間曲線產生突變。故在主程序中設置插入階段的判斷參數值為 15N。當插入階段壓力傳感器感應到大于 15N 的壓力值，程序判斷插入出錯并暫停;否則正常運行。

結論：本文根據項目的實際情況出發，以壓配合連接器全自動插裝設備為研究對象計了系統的總體方案，并對關鍵結構部件和驅動部件進行了選型和理論計算，同時對模具自動插入過程的自動檢測系統進行了實驗，確保了模具可安全、可靠、準確的自動插入到連接器中，實現了自動壓接的關鍵一步。

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