ECM-FPC锡焊机器人系统开发及基础理论研究

论文摘要

ECM（驻极体电容传声器）目前被广泛地应用于微型录音设备及手机中,在多数情况下该类设备会使用FPC（柔性印刷线路板）作为ECM的引出导线。通过锡焊的方式来连接ECM和FPC的过程被称为ECM-FPC锡焊,它是ECM生产过程中的一个重要环节。受ECM的自身特性和使用要求所限,通用的锡焊自动化设备难以满足ECM-FPC锡焊的生产要求,因此手工锡焊仍然是目前的主要生产方式。为了提高生产效率,有必要设计一种专用的系统来实现ECM-FPC的自动化锡焊生产。本文对锡焊机器人的运动学、标定、作业空间分析等理论内容进行了研究,开发了一种专用的ECM-FPC自动化锡焊机器人系统,设计了专用的锡焊烙铁头,确定了锡焊工艺流程,实现了ECM-FPC的自动化锡焊生产以ECM-FPC锡焊自动化系统开发为背景,本文提出了一种描述和计算操作臂CFRW（避障可达作业空间）边界的方法：凸体间最小距离求解问题的实质是凸优化问题,利用内点法,该凸优化问题可以被转化为凸体间的避障条件;通过结合避障条件与RW（可达作业空间）边界条件,本文给出了CFRW边界的描述,并通过连续法逐点求出了操作臂的CFRW边界。锡焊机器人的本体为一SCARA型操作臂,末端执行器为电烙铁和焊锡丝进给机构。该锡焊机器人的控制系统由PMAC、工控机、示教盒和CAN总线通讯卡组成,能够实现机器人的运动学控制、接触力控制、轨迹点生成、工艺文件管理等功能。ECM-FPC锡焊实验的结果表明,特定的锡焊质量要求需要用特定范围的锡焊工艺要素来保证,普通的圆锥形烙铁头会使锡焊工艺要素在选择范围上发生矛盾,因此无法生成合格的焊点。为了解决这些矛盾,我们设计了一种专用的烙铁头,并通过实验确定了ECM-FPC的锡焊工艺。本论文的主要贡献有以下几点：1.开发了第一种专用的ECM-FPC锡焊机器人系统;2.设计了一种新的ECM-FPC锡焊专用烙铁头,确定了锡焊工艺,成功地实现了难度较高的ECM-FPC自动化锡焊;3.首次提出了CFRW边界的描述和计算方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 ECM和FPC
• 1.1.2 ECM-FPC锡焊工艺要求
• 1.1.3 操作臂机器人的作业空间及避障要求
• 1.1.4 关于本项目
• 1.2 论文目标
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 锡焊方法
• 1.3.2 锡焊自动化设备
• 1.3.3 操作臂的作业空间及避障研究
• 1.4 论文主要内容
• 第2章 运动学、标定及作业空间研究
• 2.1 操作臂机器人的正、逆运动学分析
• 2.2 操作臂机器人的关节零位及杆长标定
• 2.3 操作臂机器人避障可达作业空间边界的计算方法
• 2.3.1 RW边界的解析描述
• 2.3.2 凸体间无干涉条件的构造
• 2.3.3 CFRW边界的解析描述
• 2.3.4 CFRW边界的计算方法
• 2.3.5 CFRW边界计算示例
• 2.4 本章小结
• 第3章 结构特点及控制系统构成
• 3.1 功能分析及设计
• 3.2 操作臂本体
• 3.3 末端执行器
• 3.4 外部传感器及执行器
• 3.5 控制系统
• 3.5.1 总体结构
• 3.5.2 基于PMAC的电机运动控制及接触力控制
• 3.5.3 上位机程序结构
• 3.6 系统的设计特点
• 第4章 系统分析:标定、轨迹点生成和接触力控制
• 4.1 运动学正逆解
• 4.2 标定
• 4.2.1 简化模型的误差分析
• 4.2.2 标定设备
• 4.2.3 标定过程
• 4.3 运动轨迹的生成
• 4.3.1 直线运动
• 4.3.2 三维空间圆弧运动
• 4.4 接触力控制
• 4.5 本章小结
• 第5章 锡焊工艺实验及烙铁头设计
• 5.1 锡焊实例
• 5.1.1 焊点拉尖及毛刺
• 5.1.2 蘸壳
• 5.1.3 焊点偏高
• 5.1.4 短路
• 5.1.5 焊点缺锡
• 5.2 锡焊质量要求与工艺要素分析
• 5.3 ECM-FPC锡焊专用烙铁头的设计
• 5.3.1 圆锥形烙铁头所存在的问题
• 5.3.2 烙铁头的初步设计及实验
• 5.3.3 ECM-FPC锡焊专用烙铁头的设计
• 5.4 锡焊工艺
• 5.5 锡焊测试结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果