基于LabVIEW平台的SMT贴片机路径优化的说研究.pdf - 第17页
湖北工业大学硕士学位论文 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…
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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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直接与滚珠丝杠相连，如图２．５所示．
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图２．５圆光栅编码器工作原理图
贴片机在工作时，将位移量转换为编码信号，输入编码器中，当电机工作时，
编码器就能记录丝杠的旋转数，并将信息反馈给比较器，直至符合被测线性位移
量，这样就将旋转运动转换成了线性运动，保证贴片头运行到所需位置上。
采用圆光栅编码器的位移控制系统结构简单，抗干扰性强，测量精度取决于
编码器中光栅数及滚珠丝杠导轨的精度。
②磁栅尺
磁栅尺由磁栅尺和磁头检测电路组成，利用电磁特性和录磁原理对位移进行
测量。磁栅尺是在非导磁性标尺基础上采用化学涂覆或电镀工艺在非磁性标尺上
沉积一层磁性膜（一般１０～２０ｕｍ），在磁性膜上录制代表一定长度具有一定波长的
方波或正弦波磁轨迹信号。磁头在磁栅尺上移动和读取磁信号，并转变成电信号
输入到控制电路，最终控制Ａｃ伺服电机的运行。通常磁栅尺直接安装在Ｘ，Ｙ导
轨上。磁栅尺的优点是制造简单，安装方便，稳定性高，量程范围大，测量精度
高达１～５ｕｍ。一般高精度自动贴片机采用此装置。贴片精度一般在０．０２姗。
③光栅尺
该系统同磁栅尺系统相类似，它也由光栅尺、光栅读数头与检测电路组成。
光栅尺是在透明玻璃或金属镜面上真空沉积镀膜，利用光刻技术制作均匀密集条
纹（每毫米１０卜３００条纹），条纹距离相等且平行。光栅读数头由指示光栅、光源、
透镜及光敏器件组成。指示光栅有相同密度的条纹，光栅尺是根据物理学的莫尔
条纹形成原理进行位移测量，测量精度高，一般在Ｏ．１～１ｕｍ。光栅尺在高精度贴
片机中应用，其定位精度比磁栅尺还要高ｌ一２个数量级。
（４）Ｙ轴方向运行的同步性
由于支撑着贴片机头的Ｘ轴是安置在两根Ｙ导轨上，为了保证运行的同步性，
早期的贴片机采用齿轮、齿条和过桥装置将两Ｙ导轨相连接。但这种做法，机械
噪音大，运行速度受到限制，贴片头的停止与启动均会产生应力，导致震动并可
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