贴片机的工作原理

·         貼片機的工作原理
SMT是一項綜合技術。貼片機是SMT生產線中極其關鍵的設備之一。
簡述貼片機的制造技術：
貼片機是機-電-光以及計算機控制技術的綜合體。它通過吸取-位移-定位-放置等功能，實現了將SMD元件快速而準確地貼裝到PCB板所指定的焊盤位置。
貼片機雖然品種繁多，下面以科亞迪貼片機為例：
 
 
現將其加以分述：
一、貼裝頭
從電裝機器人的概念來說，貼裝頭就是一只智能的機械手，它能按要求拾取元件，精確地貼放到預置的焊盤上。
a.元件拾放
拾取元件一般是采用真空負壓的吸嘴吸住元件，它結構簡單便於維護，近年這種產生負壓的微型真空發生器組件已經成為多家公司的系列產品，專供貼裝頭的設計者選用。

·         在拾放的動作中，吸嘴在做Z方向的移動時，既要拾放速度快，而且還要平穩。早期的吸嘴Z方向移動是選用微型氣缸完成的，在近十年的使用中發現氣缸易磨損，壽命短，噪音大。目前不少新機型都選用了新穎的機電一體化傳動桿代替，使Z向運動狀態都可以控制，大大提高Z方向運動綜合性能。
b.吸嘴
當真空負壓產生之後吸嘴是直接接觸SMD元件的零件，吸嘴孔的大小與SMD元件的外形有每一臺貼片機都有一套實用性很強吸嘴。為了貼片機適應不同元件的貼裝，所以還配有一個自動更換吸嘴的裝置。吸嘴與吸管之間還有一個彈性補償的緩衝機構，保證在拾取過程對貼片元件的保護，提高元件的貼裝率。
c.氣動電磁閥
貼裝頭的微型氣動電磁是貼裝頭上又一個重要組件，它管理著移動和拾放等功能，隨貼片機的發展集成電磁閥組亦有了相當大的發展，有些單個電磁閥厚度僅為10-18毫米。而且電磁鐵驅動功率小，一般電路的驅動電平都可直接驅動，隨著市場的不斷發展，這些新穎的氣動都能從市場上采購，給貼片機的設計開發提供有利條件。
d.元件的定位
貼片頭的元件定位系統是貼片質量的一個重要環節，也是研究貼片技術難點之一，當被貼元件吸住元件之後，元件就處於不移穩定的懸浮狀態。早期的技術用機械爪進行被動定位，從而解決了早期貼片機的元件定位問題，但必竟是機械方式，機械制造中的各種誤差，直接反映到元件定位的質量，特別是貼片速度提高時，機械的噪音，零件的磨損和精度的壽命等都限制了純機械定位爪的進一步發展。

·         近年視覺系統的采樣技術，伺服機構，計算機圖像處理等，已經改變了單純用機械來解決定位問題。而是用非接觸的紅外，激光對中系統，並在移動過程中對偏離值進行自動修正。

·         e.元件旋轉
當吸嘴頭吸持器件移動定位時，大部分元件都作一定量的回轉運動（q角），首先是修正板上元件的安裝軸線和元件在移動過程中軸線的角度(q’ 角)，其二是解決送料器上元件與PCB板元件焊盤軸線的角度差（q ”角）q = q’+q” 修正元件貼裝角度偏差的這一機構，早其采用開環步進電機控制，通過小型同步皮帶進行回轉操作。現在一些新穎的貼片機已被一些專用微電機所代替，使機構的性能有很大的提高。為了提高貼片速度在貼片頭都采用了多吸嘴的組合，它的操作程序都由計算機精密控制。
f. 其他
使貼頭各機構能協同工作安裝著多種形式的傳感器，有效地協調貼片的工作狀態。當貼片功能決定之後，貼片頭總體結構設計就成了貼片機的關鍵，貼片頭是一個高速運動的組件要提高精度就必須減小它的重量和體積，所以設計一個結構湊功能全齊的貼片頭，也是貼片的設計重點。

·         在設計貼片頭之前要多研究分析各種貼裝的特點，還要充分由集機電一體化技術發展的各種器件性能，結構、材料等，如傳感器，微電機，激光器，真空發生器，視覺識別系統，微型電磁閥，微型珠滾絲桿等。對設計方案還要進行大量工藝研究和實踐的摸索和試驗，克服各種不正常現象如飛片，立片，漏片等，不然是無法研究自已的貼片頭，假如貼片是采用國外引進的，那麽你的貼片機國產化的水平永遠將是滯後的。
g.完成貼裝頭設計後如何制造也是一個棘手的問題，一般說，加工最好是加工中心或數控機床，這類設備上進行，以達到高精度效率。由於加工尺寸的離散性小，能保證裝配上的要求。
 
二、承載機構
PCB板的承載機構，有承載平臺，真空支撐桿，PCB板移動的傳輸帶，固定位PCB板的定位銷釘，反映定位狀態的傳感器、PCB板的壓板，PCB板在這承載平臺上傳動平穩，定位準確。
貼片機和所有機械設備一樣，還有一個承載框架，以前常用金屬型材和鋼板等材料，通過焊接方法制造，隨著貼片機速度精度的提高，對框架基座的穩定性提出了更高的要求，近幾年國外不少機型又選用機床設備傳統的鑄件結構，我國的鑄造技術有相當水平，這一工藝技術又便於一般的小批量生產，這也是我們開發貼片機的一個有利條件。

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·         三、片機X-Y座標傳動的伺服系統
貼片機X-Y座標傳動伺服系統有兩種形式，一種是PCB板作X-Y方向的正交運動。另一種方法是由貼片頭作   X-Y座標平移運動，而PCB板仍定位在一定精度的承載平臺上。這兩種相對運動的方法都是為了將被貼的元件準確拾放到PCB板的焊盤上。
a.X-Y機構的有關參數
驅動X / Y二維運動構件的參數也是貼片機精度的關鍵，假如貼片裝頭它的直線移動速度為1米/秒，滾珠絲桿的導程為20毫米，那麽當貼片頭移動1米，絲桿需要旋轉50轉，伺服電機的轉速達到3000轉/分，如果伺肥電機的反饋碼盤取4000線，它每轉就產生4000脈衝。若對20毫米導程的絲桿，那麽每脈衝的移為5毫米，在3000轉/分的條件反饋脈衝的輸出頻率要達到200千赫，伺服電機的工作，實際是一組采樣數據的控制系統，它是由電腦直接控制，負責接受位移參數指令，采集位置傳感器的反饋信號，計算機控制函數（即控制規律），以及產生數字形式的控制信號。數字形式的控制信號，數字形式控制信號經過D/A轉換和伺服放大後，驅動執行機構，使輸出軸上貼片頭跟蹤被貼元件PCB板上位置的指令運動，從而組成數字閉環控制系統。在系統控制設計之後就需要有一組的合理結構裝置和相應的傳動元件。
b.X-Y結構按裝
X-Y的二維運動都是在X/Y軸的導軌上進行。驅動的動力伺服電有步進電機等 ，它們都應很好的動態特性和位置精度，承載運動件導軌是運動導向精度的關鍵零件。目前，大部分的精刻滾珠直線導軌，這種導軌摩擦系數小，精度高，壽命長，安裝維護方便，便於標準化生產，常用直線軸承導軌的斷面形狀也有多種，在機構形式上也有大跨距雙絲桿的橫梁結構，單懸肩雙導軌式等。
在導軌安裝時要保證兩導軌在空間平行，並保持水平工作面，導軌應直線性好，並不應有扭彎等幾何變形，滾珠絲桿與伺服電機聯結處，有一個高精度高性能的彈性聯軸器有效地消除安裝過程中產生的不同軸不同心等現象。從目前市場供貨情況來看交流伺服電機，高精度大導程滾珠絲桿，小型伺服電機，傳動軸上聯軸器等都可從市場選購，這也是有利確保貼片的設計和生產質量。
 
四、 自從貼片機問世以來，貼片機的控制都是由電腦解決，所以每臺貼片機都有它自已的一套操作軟件，它有種位號輸入輸出和一個良好的操作程序，隨著計算機技術的發展，Windows操作平臺上軟件的編制和操作的高智能化、可視化，而使得顯視屏上的人機界面都有很大的改進和創新，又由於計算機輔助設計CAD技術的高，電路CAD設計版本不斷升級如Protel軟件使貼片機的智能化水平有很大的發展。
 
對國產貼片機研制與生產途徑的思考
1．貼片機的狀況
從二十世紀八十年代開始，在國家的大力支持下，國內一些研究所、大學、大廠就開展SMT生產線中各種設備（指印、貼、焊等設備）的研制工作。
至今精密印刷機、波峰焊機、回流焊機都已有國產機型供應市場。唯獨全自動國產貼片機仍是空白。
2. 反思與探討
進口全自動貼片機仍然一統國內SMT領域的局面，使我們認為，仿制和引進的方法來解決設備國產化。這十幾年的實踐證明仿制和引進對一般家電產品趕上國際潮流是有效的。但對於技術含量的具有相當知識產權的貼片機來說，簡單仿制是難以奏效的。當年全國有四家研究所進行了貼片機的研制，雖然他們都完成各自的研制課題和樣機，取得了一定的成績，但最後都無法將成果應用到生產線上去。
 
為此，我們認為要使國產全自動貼片機早日問世 ，應註意以下幾點：
A.更新觀念，走出單一仿制，緊跟SMT發展，研制出適合我國企業要求的新機型。
B.新設計的貼片機應在SMT的服務與生產過程中不斷完善，使之盡快實用化，商品化。
C.研制與生產者應認識生產工藝對SMT設備研制的重要性。
D.只有充分重視自我人才的培養，才能真正做到新技術的創新和發展。