G3型全自动印刷机对位光学机构故障分析 毕业论文.doc

南京铁道职业技术学院 毕 业 论 文题 目： g3型全自动印刷机对位光学机构故障分析 作 者： 吉峰 学 号: 431408112 系 部： 自动控制工程系 专 业： 机械制造与自动化 班 级： 08机械制造301 指导者: 评阅者： 2011年 6 月毕业设计（论文）中文摘要g3型全自动印刷机对位光学机构故障分析摘要 印刷机系统故障领域中，系统内部故障种类繁多，且存在着大量的模糊现象。这种模糊现象反映在印品质量问题与其对应的印刷机故障上，表现为同一故障征兆由多个故障原因引起，或同一故障原因对应多个故障征兆，这样就很难快速准确地找出故障原因，及时排除故障。因此，本文将故障树分析法与模糊数学理论相结合，建立了基于模糊数学的印刷机故障诊断数学模型，提出简便、可靠的印刷机故障诊断方法。本论文具体工作和取得的结论如下：根据印刷机工作原理，以及影响印品质量的各机构运动关系，对印刷机诸多故障现象及其对应的故障原因进行了机理分析和关系研究，为快速、方便对故障诊断提供了基础。关键词 smt 全自动印刷机 常见故障 对位光学故障 分析第 18 页 共 17页 目 次1 绪论21.1 故障诊断技术概要21.2 印刷机故障诊断的背景与技术发展21.3 光学对位系统故障分析的目的22 锡膏印刷机的组成和总体分析32.1 锡膏印刷机系统概述32.2 印刷横梁机构的组成和分析42.3 对位相机视觉系统的组成和分析53 常见故障机况分析63.1 机械故障63.2 电气故障63.3 光学对位故障64 光学对位的原理分析74.1 光学对位系统的组成74.2 光学成像系统74.3 光源85 光学对位故障进行的排除措施105.1 对位光学故障排除措施105.2 实例说明10结论14致谢15参考文献16附录171 绪 论任何机器在工作过程中不可避免的都会出现故障，因此，机械行业科研人员致力于研究探索现代机械故障诊断新技术，使之不断发展，以适应现代化机械设备管理与维修。印刷机作为一种较为复杂的机械系统，存在同样的问题，同时印刷机又作为一种具有特殊功能的机器，它需要印制出高质量印品，于是，印刷机故障的产生与印品质量有着直接的关系。1.1 故障诊断技术概要现代故障诊断理论与技术研究起源于二十世纪六十年代末，以1967年美国机械故障预防小组(mfpgmechanical fault prevention group)的成立为标志开始，至今已有四十年的发展历史，在此期间提出了大量的方法，使之逐步发展成为一门独立跨学科的综合信息处理技术。总体来说，国外机械故障诊断技术的发展优先于我国，我国在机械故障诊断技术方面的研究与应用相对较晚，直到二十世纪八十年代才开始组建故障诊断的研究机构。其技术发展经历了从简易诊断到精密诊断，从一般诊断到智能诊断，从单机诊断到网络诊断的过程，并且发展速度愈来愈快。经过三十多年的发展，作为一种新兴的综合性边缘学科，机械故障诊断技术已初步形成了比较完整的学科体系，就其技术手段而言，已经逐步形成以振动诊断、抽样分析、温度监测和无损检测探伤为主，同时一些新技术、新方法不断兴起和涌现。而其中故障树分析诊断方法是应用于机理研究的故障诊断方法的成功范例之一，已应用在多种工业行业中，并取得了一定的研究成果。1.2 印刷机故障诊断的背景与技术发展随着科学技术的快速发展，高速化、自动化、智能化成为印刷机发展的必然趋势，同时在保证省时省力的条件下，提高印刷机生产效率，增加经济效益始终是印刷企业追求的目标。但由于印刷机系统结构具有复杂性，在工作过程中机器不可避免会发生各种各样故障。而目前，在我国印刷企业中，尤其是中小企业，当机器出现故障时，仍主要依靠操作人员的个人感觉看、听、触摸、嗅以及经验对印刷机的运行状态和故障进行判断，反复试验，停机检修，开机试印交替进行，这种排除故障的方法非常麻烦，不仅浪费了大量的人力物力资源，而且结果有时也不能快速精确地诊断出引起故障产生的真正原因。因此，对印刷机故障诊断方法的研究具有一定的现实意义。本文以印刷机三大组成机构作为分析研究对象，对其引起的故障征兆与原因间的模糊关系利用故障树分析方法进行综合诊断，弥补各自方法上的不足，从而对印刷机故障诊断方法进行深入研究，在一定程度上推动了印刷机故障诊断技术的发展。1.3 光学对位系统故障分析的目的 光学对位系统是机器精度的保证，为了做出更好的精度，保证机器更长久的运行。在客户的机器出现问题时，我们能快速的对其的光学对位的排查，减少客户的损失。2 锡膏印刷机的组成和总体分析2.1 锡膏印刷机系统概述锡膏印刷机系统的组成包括如下子系统和机构：刮刀机构、印刷横梁机构、丝印模板框架机构、对位视觉相机系统、丝印模板清洗机构、升降平台机构、轨道传输机构、电气控制系统。其中，电气控制系统又包括电源控制箱、系统控制箱和电脑主机箱。锡膏印刷机外观图如下图1-1 所示。锡膏印刷机印刷集成电路板流程图如图 1-2 所示。图1-1 锡膏印刷机外观图保存文件pcb进板开始生产pcb到位视觉校正印刷焊膏网板清洗停止生产退出主画面关闭主电源开关关闭气源开关关闭总电源开关输入密码开启总电源开关新建文件参 数 设 置打开已有文件钢网手动定位进入机器主画面打开机器主电源开关打开气源开关机 器 归 零选择权限继续生产图 1-2 锡膏印刷机印刷集成电路板流程图2.2 印刷横梁机构的组成和分析印刷横梁机构的主要功能是搭载刮刀机构，带动刮刀机构沿 y 方向动作，动作的范围取决于pcb 的宽度。它由一个 can 伺服马达驱动。can 伺服马达上有一个 can 编码解码器，能够把马达的位置参数转变成数字信号通过 canbus 反馈给 can 控制板，实现闭环控制。另外，锡膏的粘度受温度湿度的影响较大，而锡膏的粘度直接关系到印刷品质，所以在印刷横梁 i/o node3板上内嵌了温度湿度传感器，通过 can 编码解码器把模拟信号转变成数字信号，经由 can bus到 can 控制板，最后通过 usb 线把检测到的温度湿度值显示在电脑显示器上。锡膏印刷机就是把锡膏通过丝印模板的开孔把锡膏印到集成电路板（pcb）的焊盘上，完成这一动作的机构叫刮刀机构。刮刀机构安装在印刷横梁上，由印刷横梁机构带动，向前向后运动，即 y 方向运动，印刷速度就是印刷横梁的移动速度，印刷速度的快慢直接影响印刷的品质，速度快可能造成丝印模板刮不干净，使印刷的锡膏量增多，可能造成炉后焊盘间短路；过慢可能使锡膏渗到丝印模板和pcb 之间的间隙中，造成炉前短路。印刷速度的设定要综合考虑锡膏的特性（粘度、成分等）、刮刀的特征（角度、材质、压力大小等）和丝印模板的网孔等因素。刮刀由前刮刀和后刮刀组成，前刮刀向后刮印时，后刮刀抬起；在下一个循环，后刮刀向前刮印，前刮刀抬起，在前后刮刀的作用下，锡膏在丝印模板上前后反复的滚动。前后刮刀各由一个步进马达驱动，驱动刮刀上下运动，即 z 方向运动，到达设定的位置，完成印刷动作，他们各有一个原点传感器。刮刀机构上装有压力传感器，在印刷过程中侦测刮刀的印刷压力，并与设定值比较，若不符合，则报出错误信息。丝印模板框架机构包括丝印模板夹紧机构和丝印模板调整机构。丝印模板夹紧机构用来把丝印模板夹紧固定，保证在印刷过程中模板可靠固定，但又要保证在更换模板是方便快速。它采用的是 6 个气缸均匀分布的加紧装置。由一个夹紧丝印模板电磁阀控制气路的通断，根据系统需要夹紧或松开丝印模板。丝印模板调整机构是系统的重要部分，它的动作直接影响到印刷的品质。它由三个步进马达组成，分别是 x 方向前调整马达、x 方向后调整马达和 y 方向调整马达，在这三个马达的共同协调作用下，可以对丝印模板进行 x、y、 的位置调整，使丝印模板与 pcb 板的基准对位点对准，从而达到准确的印刷。在每片 pcb印刷之前都要进行调整，调整的距离和角度由对位相机获取的丝印模板和 pcb 的基准点坐标所决定。它的下面有四个均匀分布的滚珠，在步进马达的驱动下可以轻易的调整角度和位置。调整后夹紧机构把模板夹紧，进行印刷。2.3 对位相机视觉系统的组成和分析对位相机视觉系统由一个数字相机，一个 x 方向伺服马达和一个 y 方向伺服马达组成。x、y 伺服马达驱动相机到达指定的基准点，数字相机此时位于 pcb 和丝印模板之间，可同时获取基准点的位置坐标。对位相机视觉系统还包含停板器、停板器伸出传感器和板子在停板位置传感器。3 常见故障机况分析机器24小时不间断的工作，就会出现一些故障。这些故障的出现会影响到机器的精度，精度是机器的根本。影响了精度，就会造成机器不能正常工作。对机器的故障进行分析是故障排除的基础。3.1 机械故障 机械是机器的身体，机械结构的准确、没有误差，是印刷精度和品质的基础。因此，首先对机械机构在印刷过程中出现的故障进行分析。常见的机械故障有;导轨变形、平台变形等。对导轨变形故障进行分析，主要从导轨的结构和位子进行分析，发现导轨变形会是：人为操作不当、机器操作不当造成撞击、机器使用时间过长没保养、滑块损坏等原因造成。对平台变形进行分析，还是要从平台的功能、结构、位子进行进一步的分析，分析得出造成变形的主要原因有：操作员操作不正确、机器受到严重的撞击。3.2 电气故障电气故障在印刷生产过程中出现的次数比较多。我们对这一块也要对其进行分析。电气是机器运行的动力，动力除了问题，机器就不会在工作。常见的电气故障：生产中气压一直报警、在正常运行时整机断电、机器偶尔会断电等。在生产中气压一直报警，对于这种现象，我们要从它的原理进行分析，根据原理分析可得出：气压不足、太低，气压检测线路有断裂的现象，7432转接板卡问题还有7432软件未安装或丢失。在正常运行时，机器突然出现整机断电现象，根据（附表一）运用电气故障一般排除方法进行分析发现：主电源插头接触不好，保险丝烧断，有异物掉到线路上引起短路等原因造成。3.3 光学对位故障光学对位在印刷机工作起到定位、对位、识别等功能pcb板经过相机的识别才能印刷。一般会出现不规则的pcb板，这样的板是不会被通过的，一旦出现故障，就会让那些不规则的板通关进行下一步印刷，造成更多的不良品。这样就会产生大量的材料浪费。机器在生产过程中出现取像时不出mark点,没有取像画面和在led1与led2灯抓捕mark点很不稳定,常发生照不过现象照不过mark点,或设备照不到mark点不报警,照常印刷。针对这一些问题点进行了解。ccd信号线断了或者焊接不良，取像卡烧坏，驱动程序未安装好，首先一定是led1、led2存在问题，在找开此灯时观察有无闪烁现象，再者就是认真观察此灯中间有一个灯不亮没有，在做程序时光亮度调到最佳状态，pcbmark点反光，pcbmark点不够亮，ccd取像不够清晰，lcd灯调节不好或取像位置不好，mark点误照，软件图像处理无此功能等问题造成这种现象的发生。在定位系统中挡板气缸不能正常工作，定位系统不能正常工作会直接影响到印刷是否还会继续下去。经分析得出气缸漏气导致气压不足，气缸活塞杆不直弯曲磁性开关位置有松动,感应不到信号，磁性开关与pcb插头有松动,接触不良，磁性开关已坏6信号输入板信号线松动或脱落。4 光学对位的原理分析4.1 光学对位系统的组成全自动视觉锡膏印刷机由多种功能模块系统构成，包括机器视觉系统、pcb传送系统、印刷系统、spc 系统、制程管理系统、功能调试系统、锡膏检测系统等。图4-1 锡膏印刷机视觉系统示意图机器视觉系统是由两部分组成，分别是硬件部分和软件部分。硬件部分包括相机、镜头、光源、图像采集卡和工业控制计算机，软件部分是图像处理软件。锡膏印刷机视觉系统示意图如 图 4-1，视觉系统的工作原理是运动机构驱动ccd相机到指定位置，ccd相机获取图像并把采集的图像信号传送给图像采集卡，由图像采集卡给pc提供数字图像，图像处理软件对采集到的图像进行图像处理、识别、显示等。ccd是一种半导体光学器件，具有光电转换、信息存储和延时等功能，并且集成度高、能耗小，在固体图像传感、信息存储和处理等方面得到广泛应用。4.2 光学成像系统全自动锡膏印刷机视觉系统的集成成像系统主要用于视觉对中。因此将相机、镜头、光源集成于一体的集成成像系统。集成成像系统采用了双镜头的结构，可同时拍摄钢网和 pcb 的图像，其中 1 和 2 为反射镜；3 为低角度 led 环形光源；4 和 5 为分光镜；6 和 7 为 led 光源；8 和 10 为成像透镜；9 和 11 为 ccd 相机。采集图像时，钢网和 pcb 图像分别由上下两个通道，经反射镜、分光镜、光学镜头成像到 ccd 相机上。集成成像系统结构示意图如 图 4-2 所示，其中l1为反射镜长度，等于 15 mm；l2为分光镜长度，等于 15 mm；d1为反射镜下端与相机下端面间的距离，等于 13 mm；d2为分光镜与镜头间的距离，等于 2 mm。相机下端面与pcb间的距离为 10 mm，棱镜对光路的延长作用为 5.3mm/15mm，所以相机的工作距离d为 65.6mm。图4-2 集成成像系统结构示意图4.3 光源光源系统是机器视觉系统中最关键的部件之一，光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量，在物体的感兴趣部分与不感兴趣部分之间应尽可能地产生明显的区别，增加对比度，同时保证足够的亮度，尽可能突出所要提取的特征。合适的光源系统能够改善视觉系统的分辨率，获得易于处理的图像，简化软件的运算。机器视觉领域的led光源照明方案有多种，可分为以下几类：均匀背光照明、前向低角度照明、环形光照明、同轴光照明等。同轴光照明是指光线平行的穿越固定式同轴镜头的垂直面照射到目标上，镜头接受到直接反射的光线来观察物整体（散射光呈暗色），同轴光源对于观察平整的表面是非常理想的。环形光源的led绕镜头圆周排列，光线方向和相机镜头轴线成一定角度，该角度的大小根据检测样品的特征所选择。环形光通过对象表面的漫反射的散射光来观察对象物整体（直射光呈暗色），环形光源主要用来突出表面比较粗糙的部分图4-4、图 4-3分别是前向照明为体现不同需求特征的打光技术及拍摄效果图。 图4-3 mark点示意图图4-4 相机工作示意图5 光学对位故障分析及排除措施对位光学技术环节主要包括：光源、光学镜头、ccd成像、文字图像处理、模式识别算法、精密机械移动。其中光源、文字图像处理、模式识别算法是主要的技术难点。为使基板在工作台上准确的定位，一般需要设置2处以上的图像识别基准标志，用于光学摄像对位。摄像头识别基板位子时，可以使用2个摄像头分别识别，也可以和印刷模版的位子识别进行重合进行，操作时可通过移动摄像头来实现。2个摄像头识别是位子十分的重要，它们之间的位移应作为内部测定参数保存。模版和基板识别方法根据ccd个数和工作方式一般分为6轴（ccd-x/y,工作台-x/y/z）、7轴（ccd-x/y/z,工作台-x/y/z）或10轴（两台ccd-x/y,工作台-x/y/z）位子重合轴数（见附录）。 对位光学在精密机械恶工作中是非常重要的，因其是整台机器精度的保证。但是在生产过程中，因为人为或者其他方面的一些原因造成机器的精度达不到要求，甚至整台机器的对位光学系统都瘫痪，下面我就为大家简单的对一些光学故障进行一些简单的分析，并提出一些合理的解决方法。问题被发现了，接着就是找到好的方法去解决问题，运用对位光学的原理帮我们很好的找到问题出在那里，运用专业理论和实际操作方法对故障进行排除。5.1 光学对位故障排除措施在自动定位时pcb到板停板气缸上升时,pcb板有移位。出现这种现象的原因，通过对位光学的原理分析：移位分为向前移，或者是向后反弹，向前移。一般情况：pcb板停板有变形，而公司挡板气缸上下形状不同，如延时误太长发生向前移动向后反弹一般情况为运输皮带安装错误，有卡死现象，停板的时候因为皮带弹性而向后反弹。解决这种问题的方法有：可以改换ccdy轴的停板位，不要让接板气缸正好停在pcb板变形处，检查皮带有无卡死现象，可以调节运输调速器等。mark点照偏是光学对位故障中最经常出现的，对其的分析和问题的解决都是很重要的。这种现象是由于停板是否到位，停板后是否还会向前冲，马达连接轴有无松动，pcb板的mark点不规则（视野范围内有相同或类似的点）等。解决办法有到位传感器有无信号，移动pin针，调节调速器或更换软件，拧紧连接轴，更换所选择的mark点等。5.2 实例说明实例一 2011年3月21副港公司打电话给gkg客服，公司派我去了解、解决问题。到他们公司后，我先到现场去看一下具体是什么样的问题！发现mark点照的有偏移，发现问题，我就根据在公司学到的理论进行现场分析。首先，我先看一下自动定位时停板是否在中间位，结果停到中间位子。不在中间位子，我就要加大运输马达的速度，让其到达中间位子。在看是否停在中间位子时，我也看一下停板是否会返回，结果也没有发现问题。然后又检查了相机的连接轴是否发生了松动。结果一切正常。我就在那里好好回想一下还有什么原因会照成这样的原因会照成这样的结果。我还找出对位相机视觉系统控制图（见图5-1）和和她们的工程师进行讨论和探索，首先分析是平台故障还是ccd故障。仔细检查了平台的电路和气路，并对平台的水平进行测量来确定平台是否有问题。确定平台没问题后，检查ccd的电路和机械故障分析来确定ccd工作正常。还是找不出问题，我只能向公司的老员工讨教。公司的老员工给我的建议是：在检查机器一切正常后，我只有从他们的程序着手了，看看她们的程序做的怎么样，一看发现他们的程序有点不太对感觉有点难受，仔细观察后发现她们做的程序在我们相机的视野范围内有2个相同的点，相机在照mark点时会发生误照，这样一来一定会发生偏移的。我就重新帮他们做了一个程序。然后就一切ok了。图5-1 对位相机视觉系统控制图图5-2 相机结构示意图帮他们解决了问题后，我还给他们讲解了一下怎么正确的操作gkg的g3印刷机。问题解决后我还跟踪了一段时间，结果没有再出现相同的问题。在这次的问题点中我感觉到我对机器更多的了解，给客户的培训要认真，也学了更多的东西。实例二 在2011年4月13号，深圳华茂粤公司打电话给公司客服说机器出了问题，让我们快点去解决，他们很着急。时间对于电子场来说就是金钱，每一秒钟他们都在赚钱，快速的对故障的排除使他们所需要的。公司派我早点过去去了解并解决问题。图5-3 ccd运动机构运动控制示意图出现这种情况有好几种，我先检查他们的mark点是否做好了，如果mark点做的重合就会造成他们所说的故障。还有就是看看当相机工作时，导轨两边的进出板感应器是否被物体挡到。有时他们的钢网很脏时，我们的相机也会找不到他们钢网上的mark点，这样也会造成生产中出现平台不上升故障。但是做什么事都要负责任，我还是根据相机结构示意图（见图5-2）和ccd运动机构运动控制图（见图5-3），检查是不是我们的相机出问题了，拆ccd仔细排除发现ccd工作是正常的这不是造成照不过的现象原因。经过我仔细的排查发现每次进板时，进板感应器都会被挡到。我最后建议他们不要让异物挡到感应器。一点小的问题就会让精密的机器停止工作，一个好的方法可提高对机器故障排除的速度，也会减少客户的损失。我们一定要对客户负责，认真。结 论在凯格实现了半年时间，我学到了很多，我从一个刚从学校出来的学生向社会人员转变，也从一个对smt行业一点不了解，到现在对smt行业有了一点的了解。故障排除的速度的提高，对客户来说是非常有好处的。一般的全自动视觉印刷机正常工作的情况下，一天可印刷6000-8000快pcb板，而一块pcb板的价格从十几元到几百元不等。如果印刷品质不过关，且没有陪发现，客户一天可能损失几万元到几十万元不等。如过能有一套简单、快速的方法来对故障的查询。就会减少客户的损失，提高品牌的信誉和高度。在整个机器印刷过程中，光学对位故障对机器的印刷品质的影响的重要性是最高的。光学对位系统是保证印刷品质的基础。光学对位出现故障会造成，pcb印刷位发生偏移，对后面的贴片也会带来巨大的影响，搞不好pcb板就无法人工修复，造成pcb板的报废。对客户带来信誉带来不好的影响、经济带来损失总的来说本文的宗旨是对全面准确的印刷机故障学习以及诊断已达到找到一种又快又简单的故障排除方法。为了达到这个目的做了以下的初步探索工作:1、对目前印刷行业急需发展的全自动视觉印刷机故障学习与诊断系统做了初步开发。2、对于目前印刷机特别是国产全自动视觉印刷机常见机械故障方面原因及排除方法做了一些相对比较全面的材料及工程师经验收集、总结与分类工作;，以数据表形式建立了一个针对常见故障及其原因的印刷机图表。3、搭建了针对常见故障的故障学习系统模块，该模块利用虚拟课堂、故障图学习判断等简单生动的形式便于初级印刷从业者以及在校学生进行故障学习以及培训。在这次实习的过程中，我感觉我我的基础知识还是很薄弱的，我还要在以后的工作中，努力的学习，用更好的专业知识，更好的服务态度，去回报关心过我们的人，去更好的为国家做贡献。我相信国产的全自动印刷机