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摘要：
為了提高電路板焊接質量和焊接效率，改善焊接工人勞動條件，實現小批量電路板的自動化焊接，研制開發了一種智能三坐標臺式自動焊接機。該系統具有智能化程度高、精度高、焊接速度快等特點，能夠完成電路板上元器件的自動焊接；主要由滾珠絲杠三坐標運動機構、自動送錫機構、控制系統和上位機軟件組成；通過電機與絲杠的相互配合，上下位機的相互通信，使得焊接過程操作簡便，焊接質量優良，滿足了實際使用要求。
關鍵詞：
一直以來，各個電子制造廠焊接電路板時運用的大多都是傳統的手工藝焊接的辦法，也就是人工手持電烙鐵來進行焊接的辦法，這樣對焊接工人技能需求就很高，且存在許多缺點。首先是速度慢，由于人太過于自由靈活，稍微受點影響就會導致焊接位置偏移，帶來焊接誤差，還非常容易出操作事端，發生較多的工傷事故。因而這種焊接辦法也在逐漸地被企業淘汰，與此對應的自動化焊接技術優勢凸顯，逐漸時興起來。
1系統總體實現過程
本系統是將三坐標移動精確定位思想靈活應用到電路板焊點定位上，被固定在軸上的焊槍可在空間中X、Y、Z三個方向自由移動，從而實現焊點的精確定位并依照命令執行焊接動作。X、Y、Z的具體坐標移動的位置也就是電路板的焊點位置，從AltiumDesigner軟件導出至Excel表格中，再由上位機采集通過串口傳送給下位機，單片機接收到定位坐標后給定細分器脈沖來控制電機驅動器，驅動步進電機轉動一定的角度，步進電機帶動絲杠上的滑塊實現三坐標的運動，通過焊槍的二維運動和焊臺的一維運動相互組合，定位至要焊接的焊點。焊槍由x、z方向的兩個步進電機來驅動絲杠，待x、z平面內定位完畢，y方向的步進電機開始運動，將載有電路板的焊臺運送到焊接位置，再由步進電機組成的送絲機構向高頻加熱器的線圈內送焊絲，焊絲通過加熱融化再加上烙鐵頭與焊錫的接觸來進一步加熱，即可對所需加工零件進行焊接，焊接時，溫度由非接觸式溫度傳感器檢測，保證工作過程中的溫度要求，當溫度過高或過低時便可進行手動調節，使整個系統的操作更加人性化。焊接完成后，x、y、z軸方向的步進電機反轉，并回到起始位置待命。
2控制系統設計
控制系統利用上位機導入電路板焊點位置的坐標數據，上位機和下位機通過串口通信，主要完成焊點坐標的信號傳輸，下位機接到上位機的焊點坐標后發出程序指令，電機驅動器接到指令后開始控制步進電機轉動，進而控制絲杠滑動平臺移動、通過坐標與步進電機的步距角還有絲杠的螺距之間的關系，設定相應的算法，使得三坐標準確定位?？刂葡到y主要由步進驅動器、主控芯片、液晶顯示屏等組成。主控芯片選用的單片機是Freescale公司的16位單片機MC9S12XS128。為了使步進電機移動的精度更高，從而使絲杠的傳動更加平穩，我們選擇了最大可16細分的ZD-6560-V4高性能步進驅動器。
3機械結構設計
機械部分主要是以實現x、y、z三個方向上的運動為主，此外還有對送絲系統的設計。焊槍固定在z軸方向的絲杠滑塊上，同時z軸絲杠又被固定在x軸絲杠滑塊上，并能自由移動，這樣就實現了焊槍的二維移動。帶有工件的焊臺則固定在y軸絲杠滑塊上，可實現焊臺的前后移動。此機械結構各部分的相互結合實現了三個坐標上的運動，焊槍可在工件上的任何一個位置進行焊接。
4下位機程序設計
單片機在接到上位機傳來的坐標信號后，發出終端，這時各個步進電機開始按指令執行，x，y，z三軸開始運動，定位至焊接點，等準備就緒之后送絲機構開始往下輸送焊錫絲，同時給焊錫和烙鐵頭加熱，二者溫度都達到要求之后便開始焊接電路板，某焊孔焊接完畢后，x，y，z三軸復位，等待下一次中斷信號，繼續焊接電路板上的其他焊孔。
5上位機設計
上位機采用C#可視化語言編寫，上位機軟件可與單片機進行串口通信，在上位機中輸入控件輸入焊點坐標位置，通過串口將數據發送給下位機，下位機接到信號后再處理并控制烙鐵頭的運動。
6結束語
該三坐標自動焊接機床的數控系統借鑒三坐標測量機的設計原理，為焊接機能夠實現精確定位焊點提供了較強的理論性依據。焊接精度高，系統采用絲杠傳動系統實現焊槍在空間X、Y、Z方向的移動，在最大程度上保證了絲杠的直線性和分辨率微小化，從而保證了加工的精確性，提高了焊接的精度。該系統整體結構穩定，外形美觀，制造成本低，軟件結構開放，編程操作和維修簡單，應用前景較好。
作者：王楠 俞雙懋 單位：山東科技大學機械電子工程學院
參考文獻
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