程仲文

(南京中南激光设备有限公司，南京 210012)

晶振49S/49U全自动激光打标送料机的设计

程仲文

(南京中南激光设备有限公司，南京 210012)

为满足晶振49S/49U大批量激光打标的需要，设计了一种晶振49S/49U气动自动送料机，该机采用气动元件作为执行元件，结合光纤检测，用PLC控制实现了自动化送料。使工人摆脱了简单、重复的手工操作，实现了一人值守多台机器的生产模式，节约了劳动力成本，极大地提高了劳动生产率。

送料机结构设计;气动回路;自动控制设计

0 引言

石英晶振就是用石英材料做成的石英晶体谐振器，晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。晶振49S标刻在外壳顶面上，晶振49U标刻在外壳侧面上。

国内大型晶振元件生产厂家，通常月产量达上亿件，元件标识的标刻通常采用人工摆放元件在固定夹具上进行激光打标，打标速度最快5000件/h，打标精度受人工主观因素影响大，不易控制，因为生产批量大，必须购买多台机器，使用大量工人同时进行操作，生产效率低、成本高，打标精度不易保证［1-4］。如今劳动力成本在逐年上升，如果能采用自动化的送料机械来打标，可以减轻工人的劳动强度，减少劳动力数量，提高生产率，降低生产成本。本文根据市场需求，设计出了晶振49S/49U全自动激光打标送料机，该机是国内打标机行业首台能同时打2个品种晶振元件的激光打标全自动送料机。

1 送料机的设计

1.1 送料机的结构设计

送料机的结构如图1所示。晶振49S/49U全自动激光打标送料机的组成部件如下:49S上料振动盘，49U上料振动盘，送料机，气动控制系统，机架，电源箱，文本显示器。

振动盘:其底座上安装了一个电磁振动器，通电后在垂直方向上会产生一定频率的振动，引起由倾斜的簧片带动的顶盘沿垂直轴作扭摆振动，料斗内的零件沿螺旋式轨道运动上升，经过多轨道筛选后，使零件自动、有序、定向排列整齐，准确地输送到下道工序。不同的零件有不同的振动参数和轨道形状，改变振动频率、改变轨道数可以改变输出速度的快慢。

49S，49U上料振动盘，底盘相同，料斗大小、轨道制作、振动参数不同，两种振动盘均由振动盘制造厂家专门制造。

送料机:由固定台板和左、右送料轨道组成。左轨道用来输送49S，右轨道用来输送49U。

送料机轨道设计是送料机结构设计的关键，49S轨道是利用元件的侧边作定位，由轨道底座、水平挡条和垂直挡条等组成。调整时，应注意元件滑动的间隙不能大于侧边的厚度，以防产生叠料。49U轨道是利用元件的侧面作定位，由轨道座、轨道拼条、轨道盖板等组成。调整时，应注意轨道座与轨道拼条的间隙不能大于零件凸边的厚度，以防产生叠料。轨道材料全部采用CrWMn或者Cr12研磨加工制成。

图1 送料机结构图

气动控制系统:由过滤减压阀、左、右轨道上分别设置的三组气缸以及控制气缸的电磁阀、轨道吹气嘴、吹气阀、控制电磁阀的PLC组成。

激光器:选用的是50W半导体激光器，该激光器体积小、省电、免维护，价格与其它激光器相比，较便宜，标刻金属材料效果好。

机架:由送料机安装台、激光器安装支架、电源箱等组成。

电源箱:由箱体和电源板组成。

文本显示器:由文本显示器盒、文本显示器、启/停开关、钥匙开关、急停开关等组成。

1.1.1 送料机轨道下倾角度的计算

图2为元件在下倾轨道上的受力分析图。根据元件在下倾轨道上的受力分析图可知，要想使元件下滑，必须满足:mgsinθ≥μmgcosθ。

这里，查机械设计手册，取摩擦系数μ=0.15，得θ≥8.53°。

由s=1/2at2得:物体下滑的时间:

φ =arctanμ，当 l，μ 一定时，物体下滑时间 t是斜面倾角θ的函数。

(1)当2θ-φ=φ 时，a=0，物体无初速度，不下滑;

(2)当 φ ＜2θ-φ ＜90°时，t随 θ增大而增大;

(3)当 2θ-φ =90°，θ=45°+φ/2时，t有最小值;

(4)当90°＜2θ-φ ＜180°时，t随 θ增大反而减小［4］。

图2 元件在下倾轨道上的受力分析图

理论分析认为，t越小越好，最节省送料时间，但实践证明，理论上只是把元件当成一个质点对待，并没有考虑到元件在长度方向上大小的因素，当倾角越大时，元件越容易倾倒，位于最前面的元件在下滑过程中受到的冲击力加大，元件反而容易在轨道中卡住，当倾角适当减小后，元件无明显倾倒和卡住现象，又要能满足打标速度的需要，因此经过实验确定下倾角为35°。

1.2 气动回路设计

该机气缸采用日本SMC微型气缸，气阀采用台湾亚德客的二位五通阀和二位三通阀。

送料机的气动回路图如图3所示。

该送料机是把零散的49S或49U元件自动定向排列，送入具有下倾角度的轨道快速、准确地定位后，在激光器扫描镜头的扫描范围内，进行激光阵列标刻，然后利用轨道的下倾角度，快速放料。其打标定位精度由轨道加工精度和打标压料块或推料块精度来确定。元件在轨道内的输送不需要外动力，即节省了能源，又提高了速度。

1.3 工作流程

打开机器启动按钮，先将散装元件倒入对应的振动盘中，振动盘很快将工件排列整齐输入到左、右各自的轨道中，此时左导轨前挡料气缸活塞伸出，使下滑的元件停止在气缸挡料块的位置上，当光纤检测到设定的打标元件数时，推料气缸将元件推向导轨的右侧，对齐，开始打标，打完标后，后挡料气缸活塞伸出，挡料，使未打标的元件停止不下落，推料气缸和前挡料气缸活塞退回，放料。放料完成后，前挡料气缸活塞复位，后挡料气缸活塞缩回，释放上面的未打标的元件到设定的打标位置;在接通振动盘电源的同时，右导轨中前挡料气缸活塞伸出，使下滑的元件停止在气缸挡料块的位置上，检测光纤检测到料，压料定位气缸活塞伸出，将元件定位对齐，激光器开始打标，完成后，后压料气缸压料，使未打标的元件停止不下落，压料定位气缸和前挡料气缸活塞退回，放料。放完料后，前挡料气缸复位，后压料气缸活塞缩回，元件开始从轨道上面下落，被前挡料气缸的挡料块定位。激光器以轨道检测光纤发出料满信号为准，利用左、右轨道进料和放料的时间间隔，对左右轨道轮流进行打标。这样大大节省了总体打标时间，提高了打标效率。

图3 气动回路图

1.4 自动控制设计

自动控制设有“卡料”报警和轨道“料满停振盘”功能，气动元件和检测光纤放大器、激光打标信号采用PLC控制。控制输出界面采用文本显示器，操作简单、便捷、易学。送料机的控制流程如图4所示。

图4 控制流程图

2 完成功能指标

通过实际使用验证，该送料机实现了如下功能指标:①由于采用气动元件和PLC控制，实现了自动化打标送料，工作过程中仅需人工补料和运转工件，可一人同时管理2～3台机器。②由于该机设有“卡料”报警功能，可以自动停机通知工人手动排除故障，对机器起到保护作用;由于设有“料满停振盘”功能，可以减少振盘堵料时间，即防止了出料口卡料，又节省了电能。③产量10000～14000件/h，该机启动后单机生产速度是同类传统打标方式的2～3倍。④整机调试完成后，各部件的相对位置保持不变，保证元件打标位置的一致性，打标定位精度±0.1mm。⑤49S轨道可以兼容不同高度外壳的元件打标，可一机多用，节省了设备成本。

3 结论

使用该机时应注意的问题:轨道在使用磨损后，要精研轨道，使元件能顺利下滑;在元件更换批次后，若元件尺寸有改变，应调整轨道间隙，以防卡料或叠料;同一批次元件外形尺寸、翻边厚度差别不应太大(±0.1mm)，以防卡料或影响打标位置的一致性。

［1］李顺才，张士创.斜面上的物体下滑的时间与斜面倾角的关系［J］.物理教师，2000，21(4):21-22.

［2］尚久浩.自动机械设计(第二版)［M］.北京:中国轻工业出版社，2003.

［3］SMC中国有限公司.现代实用气动技术［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［4］陈羽锋，胡国清，栾厚宝，等.气动自动送料系统的设计与实现［J］.自动化应用.2010(8):30-31，38.

Design of Crystal Oscillator 49S/49U Automatic Laser Marking Feeding System

CHENG Zhong-wen
(Nanjing Lasure Laser Equipment Co.，Ltd，Nanjing 210012，China)

In order to meet the crystal oscillator 49S/49U large quantities of laser marking requirements，a system used for crystal oscillator 49S/49U electronic components laser marking automatic feeding has been designed.it used pneumatic components as actuators，fiber optic detection and PLC control to realized the automated feeding，it makes workers out of simple and repeat of manual operation，one person may manage more than one machines，it saved labor cost and improved productivity sharply.

structure design of the feeding system;pneumatic circuit;automatic control of the system

TH121;TP23

B

1001-2265(2012)11-0090-03

2012-09-05;2012-09-17

程仲文(1963—)，女，江苏南京人，任职于南京中南激光设备有限公司，主要从事电子元件自动送料技术等，(E-mail)896539951@qq.com。

(编辑 李秀敏)