基于LabVIEW平台的SMT贴片机路径优化的说研究.pdf - 第19页
湖北工业大学硕士学位论文 能会影响贴片精度。目前设计的新型贴片机Ｘ轴运行采用完全同步控制回路的双 Ａｃ伺服电机驱动系统，将内部震动降至最低，从而保证了Ｙ方向同步运行，其速 度快，噪音低，贴片头运行流畅轻松。 （５）Ｚ轴伺服，定位系统 在通用型贴片机中，支撑贴片头的基座固定在Ｘ导轨上，基座本身不做“Ｚ＂ 方向的运动。这里的Ｚ轴控制系统，特指贴片头的吸嘴运动过程中的定位，其目 的是适应不同厚度ＰＣＢ与不同高度元器件的贴片需要。Ｚ轴控制系统常…
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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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能会影响贴片精度。目前设计的新型贴片机Ｘ轴运行采用完全同步控制回路的双
Ａｃ伺服电机驱动系统，将内部震动降至最低，从而保证了Ｙ方向同步运行，其速
度快，噪音低，贴片头运行流畅轻松。
（５）Ｚ轴伺服，定位系统
在通用型贴片机中，支撑贴片头的基座固定在Ｘ导轨上，基座本身不做“Ｚ＂
方向的运动。这里的Ｚ轴控制系统，特指贴片头的吸嘴运动过程中的定位，其目
的是适应不同厚度ＰＣＢ与不同高度元器件的贴片需要。Ｚ轴控制系统常的形式有下
列几种。
①圆光栅编码器—ＡＣ／ＤＣ马达伺服系统
在通用型贴片机中，吸嘴的Ｚ方向伺服控制与Ｘ＿Ｙ伺服定位系统类似，即采
用圆光栅编码器的ＡＣ／ＤＣ伺服马达一滚珠丝杠或同步带机构。采用ＡＣ／ＤＣ伺服马
达一滚珠丝杠控制时，其马达一滚珠丝杠安装在吸嘴上方：采用ＡＣ／ＤＣ伺服马达一
同步带控制时，其马达则可安装在侧位，通过齿轮转换机构实现吸嘴在Ｚ方向的
控制。由于吸嘴Ｚ方向运动行程短，以及采用光栅编码器，通常控制精度均能满
足要求。
②圆筒凸轮控制系统
在松下ＭｖＢ型贴片机中，吸嘴Ｚ方向运动则是依靠特殊设计的圆筒凸轮曲线
实现吸嘴的上、下运动，贴片时在ＰＣＢ装载台的配合下，完成贴片程序。
（６）Ｚ轴的旋转定位
早期贴片机的Ｚ轴／吸嘴的旋转控制是采用气缸和档块来实现的，只能做到以
００和９００以控制，现在的贴片机已直接将微型脉冲马达安装在贴片头内部，以实现
ａ方向高精度的控制。松下ＭＳＲ型贴片机的微型脉冲马达的分辨率为Ｏ．０７２度／脉
冲，它通过高精度的谐波驱动器，直接驱动吸嘴装置，由于谐波驱动器具有输入
轴与输出轴同心度高、间隙小、振动低等优点，故吸嘴的口方向实际分辨率高达
０．００２度／脉冲，确保了贴片精度的提高。
２．５．３贴片头
贴片头是贴片机关键部件，它拾取元器件后能在校正系统的控制下自动校
正位置，并将元器件准确地贴放到指定的位置。贴片头的发展是贴片机进步的标
志，贴片头已由早期的单头、机械对中发展到多头光学对中、下列为贴片头的种
类形式
（１）固定单头
早期单头贴片机是由吸嘴、定位爪、定位台和Ｚ轴、口角运动系统组成，并固
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定在Ｘ、Ｙ传动机构上。当吸嘴吸取一个元件后，通过机械对中机构实现元件对中
并给供料器一个信号（电信号或机械信号），使下一个元件进入吸片位置。但这种
方式贴片速度很慢，通常贴放一只片式元件需１秒。为了提高贴片速度，人们采
取增加贴片头的数量的方法，即采用多个贴片头来增加贴片速度．
（２）固定式多头
这是通用型贴片机采用的结构，它在原单头的基础上进行了改进，即由单头增
加到了３—６个贴片头。它们仍然固定在Ｘ、Ｙ轴上，但不再使用机械对中，而改为
多种形式的光学对中。工作时分别吸取元器件，对中后再依次贴放到ＰＣＢ指定位
置上。目前这类机型的贴片速度己达３万个元件／小时的水准，而且这类机器的价
格较低，并可组合联用。
随着贴片头由机械式改为吸嘴式，其吸嘴的技术要求也相应提高。
①吸嘴的真空系统
吸嘴在吸片时，必须达到一定的真空度方能判别拾起元件是否正常，当元件
侧立或因元件“卡带”未能被吸起时，贴片机将会发出报警信号。
②吸嘴的软着陆
贴片头吸嘴拾起元件并将其贴放到ＰＣＢ上的瞬间，通常是采取两种方法贴放，
一是根据元件的高度，即事先输入元件的厚度，当贴片头下降到此高度时，真空
释放并将元件贴放到焊盘上，采用这种方法有时会因元件厚度的超差，出现贴放
过早或过迟现象，严重时会引起元件移位或“飞片＂缺陷：另一种更先进的方法是，
吸嘴会根据元件与ＰＣＢ接触的瞬间产生的反作用力，在压力传感器的作用下实现
贴放的软着陆，又称为Ｚ轴的软着陆，故贴片轻松，不易出现移位与飞片缺陷。
③吸嘴的材料与结构
随着元件微型化，现己出现Ｏ．６姗×Ｏ．３咖的片式元件，而吸嘴又高速与元件
接触，其磨损是非常严重的，特别是高速贴片机中，故吸嘴的材料与结构也越来
越受到人们的重视。早期采用合金材料，以后又改为碳纤维耐磨塑料材料，更先
进的吸嘴则采用陶瓷材料及金刚石，使吸嘴更耐用。吸嘴的结构也做了改进，特
别是在Ｏ．６姗×Ｏ．３姗元件的贴片中，为了保证吸起的可靠性，在吸嘴上个孔，以
保证吸取时的平衡。此外还考虑到，不仅是元件本身尺寸在减小，而且与周围元
件的间隙也在减小，因此不仅要能吸起元件，而且要不影响周边元件，故改进后
的吸嘴即使元件之间的间隙为Ｏ．１５唧，也能方便地贴装。
（３）旋转式多头
高速贴片机多采用旋转式多头结构，目前这种方式的贴片速度己达到４．５—５
万只／小时。每贴一个元件仅需Ｏ．０８秒左右的时间。旋转式多头又分为水平旋转
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