1、 講師講師王偉鵬王偉鵬 余輝余輝1.1 引言引言 隨著電子技術(shù)與資訊隨著電子技術(shù)與資訊產(chǎn)業(yè)的飛躍發(fā)展，在電子產(chǎn)業(yè)的飛躍發(fā)展，在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，電子裝聯(lián)的技術(shù)裝備已從原來裝聯(lián)的技術(shù)裝備已從原來的勞力密集型的手工機(jī)械的勞力密集型的手工機(jī)械操作轉(zhuǎn)為技術(shù)密集型的自操作轉(zhuǎn)為技術(shù)密集型的自動(dòng)化電子裝聯(lián)系統(tǒng)。動(dòng)化電子裝聯(lián)系統(tǒng)。SMT技術(shù)的出現(xiàn)從根本上改變技術(shù)的出現(xiàn)從根本上改變了傳統(tǒng)的電裝生產(chǎn)形式，了傳統(tǒng)的電裝生產(chǎn)形式，成為現(xiàn)代電子裝配技術(shù)一成為現(xiàn)代電子裝配技術(shù)一個(gè)新的里程碑。個(gè)新的里程碑。SMT是一是一項(xiàng)綜合技術(shù)。貼片機(jī)是項(xiàng)綜合技術(shù)。貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線中極其關(guān)鍵的生產(chǎn)線中極其關(guān)

2、鍵的設(shè)備之一。它通過吸取設(shè)備之一。它通過吸取-位移位移-定位定位-放置等功能，放置等功能，實(shí)現(xiàn)了將實(shí)現(xiàn)了將SMD元件快速元件快速而準(zhǔn)確地貼裝到而準(zhǔn)確地貼裝到PCB板所板所指定的焊盤位置。指定的焊盤位置。 從電裝機(jī)從電裝機(jī)器人的概念來器人的概念來說，貼裝頭就說，貼裝頭就是一隻智慧的是一隻智慧的機(jī)械手，它能機(jī)械手，它能按要求拾取元按要求拾取元件，精確地貼件，精確地貼放到預(yù)置的焊放到預(yù)置的焊盤上。盤上。 吸取元件一般是採用吸取元件一般是採用真空負(fù)壓的吸嘴吸住元件，真空負(fù)壓的吸嘴吸住元件， 在拾放的動(dòng)作中，吸嘴在在拾放的動(dòng)作中，吸嘴在做做Z方向的移動(dòng)時(shí)，既要方向的移動(dòng)時(shí)，既要拾放速度快，而且還要平拾放

3、速度快，而且還要平穩(wěn)。目前不少新機(jī)型都選穩(wěn)。目前不少新機(jī)型都選用了新穎的機(jī)電一體化傳用了新穎的機(jī)電一體化傳動(dòng)桿代替，使動(dòng)桿代替，使Z向運(yùn)動(dòng)狀向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都可以控制，大大提高態(tài)都可以控制，大大提高Z方向運(yùn)動(dòng)綜合性能方向運(yùn)動(dòng)綜合性能。 H軸軸H軸馬達(dá)軸馬達(dá) 當(dāng)真空負(fù)壓產(chǎn)生之後當(dāng)真空負(fù)壓產(chǎn)生之後吸嘴是直接接觸吸嘴是直接接觸SMD元件元件的零件，吸嘴孔的大小與的零件，吸嘴孔的大小與SMD元件的外形有每一臺(tái)元件的外形有每一臺(tái)貼片機(jī)都有一套實(shí)用性很貼片機(jī)都有一套實(shí)用性很強(qiáng)吸嘴。吸嘴與吸管之間強(qiáng)吸嘴。吸嘴與吸管之間還有一個(gè)彈性補(bǔ)償?shù)木徯n還有一個(gè)彈性補(bǔ)償?shù)木徯n機(jī)構(gòu)，保證在拾取過程對機(jī)構(gòu)，保證在拾取過程對貼片元件

4、的保護(hù)，提高元貼片元件的保護(hù)，提高元件的貼裝率。件的貼裝率。 貼裝頭的微型氣動(dòng)電磁是貼裝頭上又貼裝頭的微型氣動(dòng)電磁是貼裝頭上又一個(gè)重要元件，它管理著移動(dòng)和拾放等功一個(gè)重要元件，它管理著移動(dòng)和拾放等功能，隨貼片機(jī)的發(fā)展集成電磁閥組亦有了能，隨貼片機(jī)的發(fā)展集成電磁閥組亦有了相當(dāng)大的發(fā)展，有些單個(gè)電磁閥厚度僅為相當(dāng)大的發(fā)展，有些單個(gè)電磁閥厚度僅為10-18毫米。而且電磁鐵驅(qū)動(dòng)功率小，一般毫米。而且電磁鐵驅(qū)動(dòng)功率小，一般電路的驅(qū)動(dòng)電平都可直接驅(qū)動(dòng)，隨著市場電路的驅(qū)動(dòng)電平都可直接驅(qū)動(dòng)，隨著市場的不斷發(fā)展，這些新穎的氣動(dòng)都能從市場的不斷發(fā)展，這些新穎的氣動(dòng)都能從市場上採購，上採購， 給貼片機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供

5、有利條給貼片機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供有利條件。件。 貼片頭的元貼片頭的元件定位系統(tǒng)是貼件定位系統(tǒng)是貼片質(zhì)量的一個(gè)重片質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，近年視要環(huán)節(jié)，近年視覺系統(tǒng)的採樣技覺系統(tǒng)的採樣技術(shù)，伺服機(jī)構(gòu)，術(shù)，伺服機(jī)構(gòu)，電腦圖像處理等電腦圖像處理等已經(jīng)改變了單已經(jīng)改變了單純用機(jī)械來解決純用機(jī)械來解決定位問題。而是定位問題。而是用非接觸的紅外，用非接觸的紅外，鐳射對中系統(tǒng)，鐳射對中系統(tǒng)，並在移動(dòng)過程中並在移動(dòng)過程中對偏離值進(jìn)行自對偏離值進(jìn)行自動(dòng)修正。動(dòng)修正。 當(dāng)吸嘴頭吸持器件移當(dāng)吸嘴頭吸持器件移動(dòng)定位時(shí)，大部分元件都動(dòng)定位時(shí)，大部分元件都作一定量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（作一定量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（q角），首先是修正板上元角），首先

6、是修正板上元件的安裝軸線和元件在移件的安裝軸線和元件在移動(dòng)過程中軸線的角度動(dòng)過程中軸線的角度(q 角角)，其二是解決送料器上，其二是解決送料器上元件與元件與PCB板元件焊盤軸板元件焊盤軸線的角度差（線的角度差（q ”角）角）q = q+q” 修正元件貼裝角修正元件貼裝角度偏差?，F(xiàn)在一些新穎的度偏差。現(xiàn)在一些新穎的貼片機(jī)已被一些專用微電貼片機(jī)已被一些專用微電機(jī)所代替，為了提高貼片機(jī)所代替，為了提高貼片速度在貼片頭都採用了多速度在貼片頭都採用了多吸嘴的組合，它的操作程吸嘴的組合，它的操作程式都由電腦精密控制。式都由電腦精密控制。 RN軸 使貼頭各機(jī)構(gòu)能協(xié)同工作安裝著多種形式的感測器，使貼頭各機(jī)構(gòu)能

7、協(xié)同工作安裝著多種形式的感測器，有效地協(xié)調(diào)貼片的工作狀態(tài)。當(dāng)貼片功能決定之後，貼片有效地協(xié)調(diào)貼片的工作狀態(tài)。當(dāng)貼片功能決定之後，貼片頭總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就成了貼片機(jī)的關(guān)鍵，貼片頭是一個(gè)高速頭總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就成了貼片機(jī)的關(guān)鍵，貼片頭是一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的元件要提高精度就必須減小它的重量和體積，所以運(yùn)動(dòng)的元件要提高精度就必須減小它的重量和體積，所以設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)湊功能全齊的貼片頭，也是貼片的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)湊功能全齊的貼片頭，也是貼片的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。設(shè)計(jì)貼片頭之前要多研究分析各種貼裝的特點(diǎn)，還要充分設(shè)計(jì)貼片頭之前要多研究分析各種貼裝的特點(diǎn)，還要充分由集機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的各種器件性能，結(jié)構(gòu)、材料等，由集機(jī)電一體

8、化技術(shù)發(fā)展的各種器件性能，結(jié)構(gòu)、材料等，如感測器，微電機(jī)，雷射器，真空發(fā)生器，視覺識別系統(tǒng)，如感測器，微電機(jī)，雷射器，真空發(fā)生器，視覺識別系統(tǒng)，微型電磁閥，微型珠滾絲桿等。對設(shè)計(jì)方案還要進(jìn)行大量微型電磁閥，微型珠滾絲桿等。對設(shè)計(jì)方案還要進(jìn)行大量工藝研究和實(shí)踐的摸索和試驗(yàn)，克服各種不正?，F(xiàn)象如飛工藝研究和實(shí)踐的摸索和試驗(yàn)，克服各種不正?，F(xiàn)象如飛片，立片，漏片等，不然是無法研究自已的貼片頭，假如片，立片，漏片等，不然是無法研究自已的貼片頭，假如貼片是採用國外引進(jìn)的，那麼你的貼片機(jī)國產(chǎn)化的水平永貼片是採用國外引進(jìn)的，那麼你的貼片機(jī)國產(chǎn)化的水平永遠(yuǎn)將是滯後的。遠(yuǎn)將是滯後的。 完成貼裝頭設(shè)計(jì)後如何製造也

9、是一個(gè)完成貼裝頭設(shè)計(jì)後如何製造也是一個(gè) 棘手的問題，一般說，加工最好是加工中棘手的問題，一般說，加工最好是加工中心或數(shù)控機(jī)床，這類設(shè)備上進(jìn)行，以達(dá)到心或數(shù)控機(jī)床，這類設(shè)備上進(jìn)行，以達(dá)到高精度效率。由於加工尺寸的離散性小，高精度效率。由於加工尺寸的離散性小，能保證裝配上的要求。能保證裝配上的要求。 PCB板的承載機(jī)板的承載機(jī)構(gòu)，有承載平臺(tái)，真構(gòu)，有承載平臺(tái)，真空支撐桿，空支撐桿，PCB板移板移動(dòng)的傳輸帶，固定位動(dòng)的傳輸帶，固定位 PCB板的定位銷釘，板的定位銷釘，反映定位狀態(tài)的感測反映定位狀態(tài)的感測器、器、PCB板的壓板，板的壓板，PCB板在這承載平臺(tái)板在這承載平臺(tái)上傳動(dòng)平穩(wěn)，定位準(zhǔn)上傳動(dòng)平穩(wěn)，

10、定位準(zhǔn)確。確。定位銷釘 貼片機(jī)貼片機(jī)X-Y座標(biāo)傳動(dòng)伺座標(biāo)傳動(dòng)伺服系統(tǒng)有兩種形式，一種服系統(tǒng)有兩種形式，一種是是PCB板作板作X-Y方向的正方向的正交運(yùn)動(dòng)。另一種方法是由交運(yùn)動(dòng)。另一種方法是由貼片頭作貼片頭作 X-Y座標(biāo)平移運(yùn)座標(biāo)平移運(yùn)動(dòng)，而動(dòng)，而PCB板仍定位在一板仍定位在一定精度的承載平臺(tái)上。這定精度的承載平臺(tái)上。這兩種相對運(yùn)動(dòng)的方法都是兩種相對運(yùn)動(dòng)的方法都是為了將被貼的元件準(zhǔn)確拾為了將被貼的元件準(zhǔn)確拾放到放到 PCB板的焊盤上。板的焊盤上。 Y軸軸 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)X / Y二維運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的參數(shù)也是貼片機(jī)精度的關(guān)鍵，二維運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的參數(shù)也是貼片機(jī)精度的關(guān)鍵，假如貼片裝頭它的直線移動(dòng)速度為假如貼片裝頭它

11、的直線移動(dòng)速度為1米米/秒，滾珠絲桿的導(dǎo)秒，滾珠絲桿的導(dǎo)程為程為20毫米，那麼當(dāng)貼片頭移動(dòng)毫米，那麼當(dāng)貼片頭移動(dòng)1米，絲桿需要旋轉(zhuǎn)米，絲桿需要旋轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到3000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分，如果伺肥電機(jī)的反饋碼分，如果伺肥電機(jī)的反饋碼盤取盤取4000線，它每轉(zhuǎn)就產(chǎn)生線，它每轉(zhuǎn)就產(chǎn)生4000脈衝。若對脈衝。若對20毫米導(dǎo)程毫米導(dǎo)程的絲桿，那麼每脈衝的移為的絲桿，那麼每脈衝的移為5毫米，在毫米，在3000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/分的條件反分的條件反饋脈衝的輸出頻率要達(dá)到饋脈衝的輸出頻率要達(dá)到200千赫，伺服電機(jī)的工作，實(shí)千赫，伺服電機(jī)的工作，實(shí)際是一組採樣資料的控制系統(tǒng)，它是由電腦直接控制，負(fù)

12、際是一組採樣資料的控制系統(tǒng)，它是由電腦直接控制，負(fù)責(zé)接受位移參數(shù)指令，採集位置感測器的反饋信號，電腦責(zé)接受位移參數(shù)指令，採集位置感測器的反饋信號，電腦控制函數(shù)（即控制規(guī)律），以及產(chǎn)生數(shù)位形式的控制信號?？刂坪瘮?shù)（即控制規(guī)律），以及產(chǎn)生數(shù)位形式的控制信號。數(shù)位形式的控制信號，數(shù)位形式控制信號經(jīng)過數(shù)位形式的控制信號，數(shù)位形式控制信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換和伺服放大後，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使輸出軸上貼片頭跟蹤被貼伺服放大後，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使輸出軸上貼片頭跟蹤被貼元件元件PCB板上位置的指令運(yùn)動(dòng)，從而組成數(shù)位閉環(huán)控制系板上位置的指令運(yùn)動(dòng)，從而組成數(shù)位閉環(huán)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)之後就需要有一組的合理結(jié)構(gòu)裝置和

13、統(tǒng)。在系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)之後就需要有一組的合理結(jié)構(gòu)裝置和相應(yīng)的傳動(dòng)元件。相應(yīng)的傳動(dòng)元件。 X-Y的二維運(yùn)動(dòng)都是在的二維運(yùn)動(dòng)都是在X/Y軸的導(dǎo)軌上進(jìn)行。驅(qū)動(dòng)的軸的導(dǎo)軌上進(jìn)行。驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力伺服電有步進(jìn)電機(jī)等動(dòng)力伺服電有步進(jìn)電機(jī)等 ，它們都應(yīng)很好的動(dòng)態(tài)特性和，它們都應(yīng)很好的動(dòng)態(tài)特性和位置精度，承載運(yùn)動(dòng)件導(dǎo)軌是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向精度的關(guān)鍵零件。位置精度，承載運(yùn)動(dòng)件導(dǎo)軌是運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向精度的關(guān)鍵零件。目前，大部分的精刻滾珠直線導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌摩擦係數(shù)小，目前，大部分的精刻滾珠直線導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌摩擦係數(shù)小，精度高，壽命長，安裝維護(hù)方便，便於標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，常用精度高，壽命長，安裝維護(hù)方便，便於標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，常用直線軸承導(dǎo)軌的斷面形狀也有

14、多種，在機(jī)構(gòu)形式上也有大直線軸承導(dǎo)軌的斷面形狀也有多種，在機(jī)構(gòu)形式上也有大跨距雙絲桿的橫樑結(jié)構(gòu)，單懸肩雙導(dǎo)軌式等?？缇嚯p絲桿的橫樑結(jié)構(gòu)，單懸肩雙導(dǎo)軌式等。在導(dǎo)軌安裝時(shí)要保證兩導(dǎo)軌在空間平行，並保持水平工作在導(dǎo)軌安裝時(shí)要保證兩導(dǎo)軌在空間平行，並保持水平工作面，導(dǎo)軌應(yīng)直線性好，並不應(yīng)有扭彎等幾何變形，滾珠絲面，導(dǎo)軌應(yīng)直線性好，並不應(yīng)有扭彎等幾何變形，滾珠絲桿與伺服電機(jī)聯(lián)結(jié)處，有一個(gè)高精度高性能的彈性聯(lián)軸器桿與伺服電機(jī)聯(lián)結(jié)處，有一個(gè)高精度高性能的彈性聯(lián)軸器有效地消除安裝過程中產(chǎn)生的不同軸不同心等現(xiàn)象。從目有效地消除安裝過程中產(chǎn)生的不同軸不同心等現(xiàn)象。從目前市場供貨情況來看交流伺服電機(jī)，高精度大導(dǎo)程滾

15、珠絲前市場供貨情況來看交流伺服電機(jī)，高精度大導(dǎo)程滾珠絲桿，小型伺服電機(jī)，傳動(dòng)軸上聯(lián)軸器等都可從市場選購，桿，小型伺服電機(jī)，傳動(dòng)軸上聯(lián)軸器等都可從市場選購，這也是有利確保貼片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量。這也是有利確保貼片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量。 自從貼片機(jī)問世以來，貼片機(jī)的控制都是由自從貼片機(jī)問世以來，貼片機(jī)的控制都是由電腦解決，所以每臺(tái)貼片機(jī)都有它自已的一套操電腦解決，所以每臺(tái)貼片機(jī)都有它自已的一套操作軟體，它有種位元號輸入輸出和一個(gè)良好的操作軟體，它有種位元號輸入輸出和一個(gè)良好的操作程式，隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，作程式，隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，Windows操作平操作平臺(tái)上軟體的編制和操作的高智慧化、視覺化，而臺(tái)上

16、軟體的編制和操作的高智慧化、視覺化，而使得顯視屏上的人機(jī)界面都有很大的改進(jìn)和創(chuàng)新，使得顯視屏上的人機(jī)界面都有很大的改進(jìn)和創(chuàng)新，又由於電腦輔助設(shè)計(jì)又由於電腦輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的高，電路技術(shù)的高，電路CAD設(shè)設(shè)計(jì)版本不斷升級如計(jì)版本不斷升級如Protel軟體使貼片機(jī)的智慧化軟體使貼片機(jī)的智慧化水平有很大的發(fā)展水平有很大的發(fā)展。 從二十世紀(jì)八十年代開始，在國家的從二十世紀(jì)八十年代開始，在國家的 大力支持下，國內(nèi)一些研究所、大學(xué)、大大力支持下，國內(nèi)一些研究所、大學(xué)、大廠就開展廠就開展SMT生產(chǎn)線中各種設(shè)備（指印、生產(chǎn)線中各種設(shè)備（指印、貼、焊等設(shè)備）的研製工作。至今精密印貼、焊等設(shè)備）的研製工作。至今

17、精密印刷機(jī)、波峰焊機(jī)、回流焊機(jī)都已有國產(chǎn)機(jī)刷機(jī)、波峰焊機(jī)、回流焊機(jī)都已有國產(chǎn)機(jī)型供應(yīng)市場。唯獨(dú)全自動(dòng)國產(chǎn)貼片機(jī)仍是型供應(yīng)市場。唯獨(dú)全自動(dòng)國產(chǎn)貼片機(jī)仍是空白?？瞻?。 進(jìn)口全自動(dòng)貼片機(jī)仍然一統(tǒng)國內(nèi)進(jìn)口全自動(dòng)貼片機(jī)仍然一統(tǒng)國內(nèi)SMT領(lǐng)域的局面，領(lǐng)域的局面，使我們認(rèn)為，仿製和引進(jìn)的方法來解決設(shè)備國產(chǎn)化。這使我們認(rèn)為，仿製和引進(jìn)的方法來解決設(shè)備國產(chǎn)化。這十幾年的實(shí)踐證明仿製和引進(jìn)對一般家電產(chǎn)品趕上國際十幾年的實(shí)踐證明仿製和引進(jìn)對一般家電產(chǎn)品趕上國際潮流是有效的。但對於技術(shù)含量的具有相當(dāng)知識產(chǎn)權(quán)的潮流是有效的。但對於技術(shù)含量的具有相當(dāng)知識產(chǎn)權(quán)的貼片機(jī)來說，簡單仿製是難以奏效的。當(dāng)年全國有四家貼片機(jī)來說，簡單仿製是難以奏效的。當(dāng)年全國有四家研究所進(jìn)行了貼片機(jī)的研製，雖然他們都完成各自的研研究所進(jìn)行了貼片機(jī)的研製，雖然他們都完成各自的研製課題和樣機(jī)，取得了一定的成績，但最後都無法將成製課題和樣機(jī)，取得了一定的成績，但最後都無法將成果應(yīng)用到生產(chǎn)線上去。為此，我們認(rèn)為要使國產(chǎn)全自動(dòng)果應(yīng)用到生產(chǎn)線上去。為此，我們認(rèn)為要使國產(chǎn)全自動(dòng)貼片機(jī)早日問世貼片機(jī)早日問世 ，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：