基于LabVIEW平台的SMT贴片机路径优化的说研究.pdf - 第16页
湖北工业大学硕士学位论文 贴片机是计算机控制，集光学、电、气及机械为一体的高精度自动化设备， 其主要组成部分有机架，ＰＣＢ传送机构及支撑台，Ｘ，Ｙ与Ｚ／口伺服，定位系统， 光学识别系统，贴片头，喂料器，传感器和计算机控制系统。 ２．５．１机架 机架是机器的基础，所有的传动、定位、传送机构均牢固地固定在它上面， 大部分型号的贴装机及其各种送料器也安置在上面，因此机架应有足够的机械强 度和刚性。目前贴装机有各种形式的机架，大致可分为两类。 …
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２．５贴片机的结构和特性
片式元器件贴装是ＳＭＴ产品组装生产中的关键工序，ＳＭＴ生产中的贴片技术通
常是指用一定的方式将片式元器件准确地贴放到ＰＣＢ指定的位置上，这个过程英
文称之为“Ｐｉｃｋ
ａｎｄ
Ｐｌａｃｅ№ｈ，显然它是指吸取／拾取与放置两个动作。在ＳＭＴ初
期，由于片式元器件尺寸相对较大，人们用镊子等简单的工具就可以实现上述动
作，至今尚有少数工厂仍采用或部分采用人工放置元件的方法。但为了满足大生
产需要，特别是随着ＳＭＣ／ＳＭＤ的精细化，人们越来越重视采用贴装机来实现高速、
高精度的贴装元器件。近３０年来，贴装机已由早期的低速度（１～１．５秒／片）和
低精度（机械对中）发展到高速（０．０８秒／片）和高精度（光学对中，贴片精度±
６０
ｕ
ｍ／４
ｏ）。高精度全自动贴装机是由计算机、光学、精密机械、滚珠丝杆、
直线导轨、线性马达、谐波驱动器以及真空系统和各种传感器构成的机电一体化
的高科技装备ｆ５ｌ。从某种意义上来说，贴片机技术已成为ＳＭＴ的支柱和深入发展
的重要标志。贴片机是整个ＳＭＴ生产中最关键、最复杂的设备，是决定ＳＭＴ产品
组装自动化程度、组装精度和生产效率的决定因素，也是人们在初次建立ＳＭＴ生
产线时最难选择的设备旧１。
目前，世界上生产贴片机的厂家有几十家，贴片的品种达几百个之多，但无
论是全自动贴片机还是手动贴片机，无论是高速贴片机还是中低速贴片机，它的
总体结构均有类似之处，图２．４是一种通用贴片机的内部结构示意图。
图２．４贴片机结构示意图
誓婚咫
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贴片机是计算机控制，集光学、电、气及机械为一体的高精度自动化设备，
其主要组成部分有机架，ＰＣＢ传送机构及支撑台，Ｘ，Ｙ与Ｚ／口伺服，定位系统，
光学识别系统，贴片头，喂料器，传感器和计算机控制系统。
２．５．１机架
机架是机器的基础，所有的传动、定位、传送机构均牢固地固定在它上面，
大部分型号的贴装机及其各种送料器也安置在上面，因此机架应有足够的机械强
度和刚性。目前贴装机有各种形式的机架，大致可分为两类。
（１）整体铸造式
整体铸造的机架的特点是整体性强，刚性好，整个机架铸造后采用时效处理，
机架的变形微小，工作时稳固。高档机多数采用此类结构。
（２）钢板烧焊式
这类机架由各种规格的钢板等烧焊而成，再经时效处理以减少应力变形。它
的整体性要比整体铸造低一些，但具有加工简单、成本较低的特点。在外观上可
见到焊缝。机器采用哪种结构的机架，取决于机器的整体设计和承重。通常机器
在运行过程中应平稳，轻松，无振动感，从某种意义上来讲机架起着关键作用。
２．５．２
Ｘ，Ｙ与Ｚ／口伺服、定位系统
（１）功能
Ｘ，Ｙ定位系统是贴片机的关键机构，也是评价贴片机精度的主要指标，它包
括Ｘ，Ｙ传动机构和Ｘ，Ｙ伺服系统。它的功能有两种，一种是支撑贴片头，即贴
片头安装在Ｘ导轨上，Ｘ导轨沿Ｙ方向运动从而实现在）（＿＿Ｙ方向贴片的全过程，
这类结构在通用型贴片机中多见：另一种功能是支撑ＰＣＢ承载平台并实现ＰＣＢ在Ｘ
－Ｙ方向移动，这类结构常见于塔式旋转头类的贴片机中。这类高速机中，其贴片
头仅做旋转运动，而依靠送料器的水平移动和ＰＣＢ承载平面的运动完成贴片过程。
上述两种Ｘ、Ｙ定位系统中，Ｘ导轨沿Ｙ方向运动，从运动的形式来看，属于连动
式结构，其特点是Ｘ导轨受Ｙ导轨支撑，并沿Ｙ轴运动，它属于动式导轨（ＭｏｖｉｎｇＲａｉｌ）
结构。
还有一类贴片机，贴片机的机头安装在Ｘ导轨上，并仅做Ｘ方向运动，而ＰＣＢ
的承载台仅做Ｙ方向运动，工作时两者配合完成贴片过程。其特点是Ｘ，Ｙ导轨均
与机座固定，它属于静式导轨（ＳｔａｔｉｅＲａｉｌ）结构。
（２）结构
Ｘ，Ｙ传动结构主要有两大类，一类是滚珠丝杠一直线导轨，另一类是同步齿
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形带一直线导轨。
①滚珠丝杠一直线导轨
典型滚珠丝杠一直线导轨的结构是，贴片头固定在滚珠螺母基座和对应的直
线导轨上方的基座上，马达工作时，带动滚珠螺母做Ｘ方向往复运动，有导向的
直线导轨支承，保证运动方向平行，ｘ轴在两平行滚珠丝杠一直线导轨上作Ｙ方向
移动，从而实现了贴片头在Ｘ－Ｙ方向正交平行移动。同理，ＰＣＢ承载平台也以同
样的方法，实现Ｘ＿Ｙ方向正交平行移动。
贴片速度的提高，意味着ｘ＿Ｙ传动机构运行速度的提高，这将会导致卜＿Ｙ
传动机构因动作过快而发热，通常钢材的线膨胀系数为１５×１０．６，铝的线膨胀系数
为钢的１．５倍，而滚珠丝杠是主要热源，其热量的变化会影响贴装精度，故最新
研制出的Ｘ，Ｙ传动系统，在导轨内部设有冷却系统，以保证因热膨胀带来的误差。
此外，在高速机中采用无摩擦线性马达，和空气轴承导轨传动，运行速度能做得
更快。
②同步带一直线轴承驱动
同步齿形带由传动马达驱动小齿轮，使同步带在一定范围内作直线往复运动。
这样带动轴基座在直线轴承往复运动，两个方向传动部件组合在一起便组成Ｘ，Ｙ
传动系统。由于同步齿形带载荷能力相对较小，仅适用于支持贴片头运动，典型
产品是德国西门子贴片机，该系统运行噪音低，工作环境好。
（３）Ｘ，Ｙ伺服系统（定位控制系统）
随着ＳＭＣ／ＳＭＤ尺寸的减少及精度的不断提高，对贴片机贴装精度的要求越来
越高，换言之，对Ｘ，Ｙ定位系统的要求越来越高。而Ｘ，Ｙ定位系统则由Ｘ，Ｙ交
流伺服电机驱动，并在位移传感器及控制系统指挥下实现精确定位，因此位移传
感器的精度起着关键的作用。目前贴片机上使用的位移传感器有圆光栅编码器、
磁栅尺和光栅尺，现将它们的结构与原理介绍如下。
①圆光栅编码器
通常圆光栅编码器的转动部位上装有两片圆光栅，圆光栅是由玻璃片或透明
塑料制成，并在片上镀有明暗相间的放射状铬线，相邻的明暗间距称为一个栅节，
整个圆周总栅节数为编码器的线脉冲数。铬线数的多少，也表示其精度的高低，
显然，铬线数越多，其精度越高。其中一片光栅固定在转动部位作指标光栅，另
一片则随转动轴同步运动并用来计数，因此指标光栅与转动光栅组成一对扫描系
统，相当于计数传感器。编码器在工作时，可以检测出转动件的位置、角度及角
加速度，它可以将这些物理量转换成电信号，传输给控制系统，控制系统就可以
根据这些量来控制驱动装置，因此，圆光栅编码器通常装在伺服电机中，而电机
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