（机械工程专业论文）高速贴片机的pcb板高效传送装置的设计与研究.pdf

独创性声明 f 舢舢舢删删舢删舢删删 y 2 2 5 2 0 3 9 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名： 盔! 查：日期：狸! ! ：! 之：缨 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生c 糊：念、导师c 糊宅三砂师加以，沙 武汉理工大学硕士论文 摘要 贴片机是通过贴片头吸料，移动贴片头，计算机定位，然后放料，将s m d ( 表 面贴装器件) 准确而快速的贴装到p c b ( 印刷电路板) 板上的预定的位置。本课 题是在高速贴片机的基础上，对它的p c b 板传送装置进行相关功能的设计与完 善。目前低速机和中速机中的p c b 板传送装置已经发展的比较成熟，本文根据高 速贴片机贴装的实际特点，在借鉴各种传统p c b 板传送装置的基础上，设计出适 合应用于高速机贴装的p c b 板传送装置。 p c b 板传送装置一般由三部分组成：进板区、贴片区和出板区。本课题采用 一种新型的双层带传送结构，同时将贴片区增加为两个，这样巧妙的解决了p c b 板在贴片前所占用的定位安装时间，实现了贴片头的无间歇贴片，从而提高了生 产效率。在具体设计新型p c b 板传送装置时，首先确定了p c b 板传送装置的大体 框架，然后对传送装置上所用的传送带进行总体布局，最后着重设计与分析了贴 片区的结构。 在进行贴片区的结构设计时，主要对三大机构进行设计与分析。首先，根据 传送装置的新结构的等点，设计了升降机构，以实现两个贴片区的双层传送带能 够交错传递p c b 板。然后，确定了p c b 板定位夹紧的方案，根据p c b 板夹紧时的 具体要求，设计了以气缸为动力源的夹紧机构，选择了所需要的气缸。最后，为 了扩大传送装置的能力范围，满足大小不同规格的p c b 板的贴装，又对调宽机构 进行了设计和计算。 、 在结构设计完成之后，本文还对传送装置的电气控制系统进行了初步分析， 阐述了电机控制传送装置工作的原理，着重分析了传送装置中p c b 板定位误差的 测量与补偿，然后，对传送装置中所需要的电机进行了计算和选择。此外，本文 对夹紧机构进行了分析与改进，将以气缸为动力源的夹紧机构改为凸轮机构夹紧 机构，支撑板在上升过程中出现的卡死现象。 本文针对复合式高速贴片机，设计出一个结构新颖而且具有较高传送效率 的p c b 板传送装置，同时也成功的解决了企业为生产超大p c b 板而一筹莫展的情 况，改变了企业要生产超大型p c b 板而无法接单，以至于更换设备的局面。 关键词：s m t ，贴片机，p c b ，高效，传送装置 武汉理工大学硕士论文 a b s t r a c t t h es u r f a c em o u n tm a c h i n ec a l lu s ei t sh e a dt op i c ku pt h es m d ，t h e nm o v et h e h e a da n dp u tt h es m dt ot h er i g h tp o s i t i o nq u i c k l y b a s e do nt h eh i g hs p e e ds u r f a c e m o u n tm a c h i n e ，w en e e dt od e s i g nap c bt r a n s p o r tm e c h a n i s mt oe n r i c ha n dp e r f e c t i t sr e l e v a n tf u n c t i o n t h ed e s i g no fap c bt r a n s p o r tm e c h a n i s mi ss i g n i f i c a n tf o rh i g h s p e e dm o u n t e r , w h i c hc a n f u r t h e ri m p r o v et h ep r o d u c t i v i t yo ft h eh i g hs p e e dm o u n t e r r e s e n t l yt h ep c bt r a n s p o r tm e c h a n i s mo ft h el o ws p e e dm o u n t e ra n dt h em i d d l e s p e e dm o u n t e rd e v e l o p e dv e r yw e l l ，w ec a nd e s i g nap c bt r a n s p o r tm e c h a n i s mf o r m g hs p e e dm o u n t e rb yr e f e r e n c i n gt h et r a d i t i o n a lp c bt r a n s p o r tm e c h a n i s m t h ep c b t r a n s p o r tm e c h a n i s mu s u a l l yc o n s i s to ft h r e ep a r t s ：t h ed e p a r t m e n to f b o a r di n ，t h ed e p a r t m e n to fm o u n t i n gc h i p sa n dt h ed e p a r t m e n to fb o a r do u t t h ep c b t r a n s p o r tm e c h a n i s mo ft h i st e x tu s ea n e wd o u b l eb e l t - d e l i v e r e ds t r u c t u r e ，a tt h es a m e t i m e ，i n c r e a s ead e p a r t m e n to fm o u n t i n g ，s oi ts a v e ss u b t l yt h et i m eo fl o c a t i n ga n d i n s t a l l i n gap c b ，a c h i e v i n gt h eh e a dc o n t i n u o u sw o r ka n di m p r o v i n gt h ep r o d u c t i v i t y w h e nd e s i g n i n gt h en e wp c b t r a n s p o r tm e c h a n i s m ，w ed e t e r m i n et h eo v e r a l lf r a m e f i r s t l y , t h e nd e s i g nt h eb e l tl a y o u t , f i n a l l yw ep u to u re m p h s i so nt h es t r u c t u r eo ft h e d e p a r t m e n to fm o u n t i n gc h i p s w h e nw ed e s i g nt h es t r u c t u r eo ft h ed e p a r t m e n to fm o u n t i n gc h i p s ，w em a i n l y d e s i g nt h et h r e em e c h a n i s ma n da n a l y s i st h e m t ob et h ef i r s tp l a c e ，a c c o r d i n gt ot h e n e ws t r u c t u r eo ft h ep c bt r a n s p o r tm e c h a n i s m ，w ed e s i g nu p - d o w nm e c h a n i s mi n o r d e rt h a tt h eb e l t sc a nc o o r d i n a t et h e i rm o v e m e n t s ，ot h ep c bc a nb ed e l i e v e r e d s m o o t h l yf r o map l a c et o a n o t h e rp l a c e t h e n , w ed e t e r m i n et h e p r o g r a mo f p o s i t i o n i n ga n dc l a m p i n gt h ep c b a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cr e q u i r e m e n t s ，w ed e s i g n t h ec l a m pm e c h a n i s m 、历t l lt h ec y l i n d e ra sd r i v e sa n dt h e nw ec h o o s et h er i g h t c y l i n d e nf i n a l l y , w ed e s i g nt h ew i d t h a 西u s t m e n tm e c h a n i s m ，i no r d e rt oi n c r e a s et h e c a p a c i t yo f t h ep c bt r a n s p o r tm e c h a n i s ma n dm e e td i f f e r e n ts i z e so f p c b w h e nh a v i n gc o m p l e t e dt h ed e s i g no ft h es t r u c t u r e ，w ea n a l y z e de l e c t r i c a l c o n t r o ls y s t e m ，a n de l a b o r a t e dt h ep r i n c i p l eo ft h ep c bt r a n s p o r tm e c h a n i s m t h e n w ea n a l y z e dt h ep c bt r a n s p o r tm e c h a n i s m p o s i t i o n i n ge r r o r , a n df o u n daw a yt o m e a s u r ei ta n dc o m p e n s a t ei t a tt h es a m et i m e ，w ec h o s et h er i g h tm o t o r st h a tc a nb e f i tf o r t h ep c bt r a n s p o r tm e c h a n i s m i na d d i t i o n ，w ei m p r o v e dt h ec l a m p i n g m e c h a n i s m ，c h a n g i n gt h et w oc y l i n d e r st ot w oc a m s ，i no r d e rt op r e v e n ti n t e r f e r e n c e p h e n o m e n o n ，w h e nt h es u p p o r t i n gp l a t ew e n tu p i i 武汉理工大学硕士论文 t h i st e x tm a k e sas t a t e m e n ta b o u tan e ws t r u c t u r a lp c bt r a n s p o r tm e c h a n i s mo ft h e h i g hs p e e ds u r f a c em o u n tm a c h i n e ，w h i c hh a sab e r e rp r o d u c t i v i t y i na d d i t i o n ，i t s u c c e e d st os o l v et h a tt h em a c h i n ec a l l tm o u n tt h ev e r yl a r g ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d ， c h a n g i n gt h es i t u a t i o nt h a tt h ef a c t o r yc a n ta c c e p tt h eo r d e r sb e c a u s eo ft h ev e r y l a r g ep c b ，b u tt ou s e n e wm a c h i n e k e yw o r d s ：s m t , s u r f a c em o u n t i n gm a c h i n e ，p c b ，e f f i c i e n t ，t r a n s p o r t m e c h a n i s m i i l 武汉理工大学硕士论文 目录 摘要i a b s t r a c t j i i 第一章绪论1 1 1 课题研究的背景。1 1 2 课题研究意义2 1 3 国内外历史现状3 1 3 1 国内研究现状3 1 3 2 国外研究现状4 1 4 课题的研究内容及方法6 第二章传送装置的工作原理8 2 1 传送装置的类型8 2 2 三段式传送装置的工作原理1 0 2 2 1 单轨道传送装置的工作原理1 0 2 2 2 双轨道传送装置的工作原理1 1 2 3 新型传送装置的工作原理的提出1 3 2 4 本章小结15 第三章新型高效传送装置的效率分析1 6 3 1 影响贴片机贴装效率的因素1 6 3 2 贴装过程数学模型的建立1 7 3 3 传送装置的效率对比及分析2 0 3 4 传送带速度的分析2 1 3 5 本章小结。2 3 第四章高效传送装置的结构设计2 4 4 1 传送装置的总体框架设计方案2 4 4 2 传送皮带的布局及选取2 5 4 3 升降机构的设计2 7 4 3 1 升降方案的设计2 7 4 3 2 升降机构中滚动丝杆的计算2 9 4 4 夹紧机构的设计。3 1 4 4 1 夹紧方案的选择31 4 4 2 夹紧机构的设计与选型3 3 4 5 调宽机构的设计3 5 i v 武汉理工大学硕士论文 4 5 1 调宽机构的特点3 5 4 5 2 传动方案初步确定3 6 4 5 3 滑动丝杆螺纹的设计与计算。3 7 4 6 导轨的选取3 8 4 6 1 导轨的类型3 9 4 6 2 导轨的选择要求3 9 4 6 3 导轨的结构形式：4 0 4 7 本章小结4 1 第五章传送装置相关问题的分析4 2 5 1 传送装置的电路控制系统的分析4 2 5 1 1 传送装置的控制原理4 2 5 1 2p c b 板定位误差的测量与补偿4 3 5 2 传送装置中电机的计算与选择4 7 5 2 1 电机的选择要求。4 7 5 2 2 皮带传送电机的计算：4 7 5 2 3 升降机构电机的计算4 8 5 2 4 调宽机构电机的计算4 8 5 3 夹紧机构的分析与改进4 9 5 4 本章小结5 0 第六章总结与展望5 1 6 1 论文总结5 1 6 2 展望。51 参考文献5 3 致谢5 6 v 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 作为电气互联技术的主体技术即表面贴装技术，已经发展成为现在电子产 品加工的一种重要技术。表面贴装技术是将传统的电子元器件快速而准确的贴 装到印刷电路板上，通过融化的锡膏凝固之后将电子元器件紧密的贴装在电路 板上，从而实现了电子产品具有以下特点，如密集化程度高、体积小、可靠性 高，同时这种技术也大大的促进了生产自动化程度，极大的节约的生产成本， 提高了产品生产率。 表面贴装技术也叫作表面组装或表面安装技术，简称s m t ，即s u r f a c e m o u n t i n gt e c h n o l o g y l l 2 j 。它可以将无引脚或短引脚的电子元器件，通过锡膏的 粘结作用，贴装在印制电路板上或其他基板表面上。这种技术无需对印刷电路 板钻插孔，而直接地把适合于表面贴装的微型电器元件，一般为片式元器件， 焊接到印刷电路板上。它是一门涉及了多学科的综合性技术，如光学、微电子、 精密机械、材料学、焊接技术、自动化控制等。在实际生产中，印刷机、贴片 机、回流焊和清洗检测设备构成了s m t 生产线的主要组成部分，有时还要用到 点胶机。表面贴片技术具体说来，就是首先用印刷机把焊锡膏涂布在印刷电路 板上，再通过贴片机贴片头的位移，把从喂料器拾取的电子元器件准确而迅速 地放到p c b 板上的预定位置，通过回流焊对印刷电路板加热，直至焊锡膏熔化， 然后放置冷却，从而实现了印刷电路板内部电子元器件之问的电气互联。s m t 的 工艺流程主要取决于组装的质量要求、贴装元器件的类型以及组装生产线的条 件等。不同的组装方式工艺流程会有所不同，同一组装方式的工艺流程也可能 不一样。针对s m t 具体的实际情况来安排合理的工艺流程，能够有利的促进表 面贴装效率和质量的提高。 贴片机是s m t 生产线上的最重要的设备之一，也是整条生产线上的最重要 一环。首先，贴片机性能的好坏、速度的高低直接决定了整条生产线的生产效 率、生产能力和产品精度，其次，购买贴片机所付出的费用几乎占到了整条生 产线上所有设备一半以上的投资额。因此，国内外许多企业、高校以及著名的 科研单位都密切关注着电子行业中贴片机的发展。 武汉理工大学硕士学位论文 贴片机是集机、光、电、气和计算机控制技术于一体的综合体，它通过贴 片头吸料，移动贴片头，计算机定位，然后放料，将s m d ( 表面贴装器件) 准确 而快速的贴装到p c b ( 印刷电路板) 板上的预定的位置n 1 。从结构组成上讲，贴 片机主要由底座、x - y 轴、贴片头、p c b 板传送机构、喂料器、上位机和视觉检 测系统组成。从关键技术上讲，贴片机上所应用的关键技术有精密机械一体化 技术、视觉与图像识别技术、智能化精密控制技术、模块化及系统集成技术和 高效智能化软件技术。 本课题的研究是基于双拱架回转式贴片机的基础上进行的，针对目前贴片 机上p c b 板的传送装置工作模式不够合理，传送效率不高的问题进行研究和设 计，在保证可靠性的前提下，进一步提高贴片机的贴片速度。 1 2 课题研究意义 随着我国改革开放的深入和电子工业的蓬勃发展，中国已渐渐成为贴片机 大国，但这些贴片机主要是依靠进口，而当前中国一些公司了解到中国贴片机 市场出现越来越好的状况，就开始研发属于中国自主产权的贴片机，p c b 板传送 装置是巾片机上重要的组成部分，对高速贴片机p c b 板传送装置的研究意义重 大，为解决生产中遇到的效率不高的问题提供了一种新的思路，为产品的批量 生产提供了一种新的途径，进一步加速了我国电子工业的快速发展。本课题的 研究成功，显示我国在电子工业的高端技术领域也能拥有自己的创新设计能力， 进而为电子工业其他关键技术的发展奠定基础。具体来说： 从研究的角度来讲，我国对贴片机的研究大多集中在软件控制和图象处理 部分，对贴片机机械部分的制造加工有所忽视，我国贴片机的研发的总体水平 与发达国家相比，还有很大的差距，尤其是在高端技术领域，还缺少自主知识 产权，关键技术仍被国外垄断，国内制造业只能靠进口成品发展生产，自主生 产完成受制于其他国家。 从技术的角度来讲，掌握表面贴片技术意义生大，能加速国我工业化进程， 促进我国工业的综合实力，在专业领域采用表面贴装技术制造的电子产品，因 为组装密度显著提高，所以产品体积比以前更小，重量更轻，可靠性更高，同 时这种技术也能够保证产品具有很高的抗震能力和良好的高频特性，更容易实 现自动化，提高生产效率，降低生产成本，一般来说，采用表面贴装技术生产 的产品，体积会缩小4 0 9 6 “6 0 ，重量会减轻6 0 8 0 。 2 武汉理工大学硕士学位论文 从我国整体水平来讲，我国内陆地区发展缓慢，沿海地区的电子工业发展 比较迅速，大量引进和购买了各种类型的贴片工艺设备，而且由于国内电子信 息工业的快速发展，也使国内尤其是沿海地区的贴片机生产与制造技术得到了 长足的进步。现在国内应用的贴片机，基本上都是国外的成品，如果仅靠引进 贴片机成品设备来发展国内电子工业，那么中国以后将成为其他国家电子工业 的代工厂，消耗的是国内的人力物力资源，大量的资金会因为“看不见的手” 而流失到国外，这也不利于我国综合国力的提高。 1 3 国内外历史现状 1 3 1 国内研究现状 随着我国经济的发展和综合国力的增强，我国的电子工业也得到长足发展， 对表面贴装设备的需求也越来越大，但是，由于我国在此类设备上的研究力度 不够，在核心技术领域，还缺少自主知识产权，大部分企业也没有能力独立研 发此类表面贴装设备，主要是购买国外成套的贴片设备，负责贴片机的生产及 调试、维修等服务工作。由于我国国内企业的贴片机设备在生产制造水平、智 能化水平、控制精度和安全性能等方面与国外先进产品有着较大的差距，所以 大部分贴片机只能通过进口来满足旧。 从上世纪8 0 年代开始，我国才开始应用s m t 生产，一开始从美国和日本成 套的引进s m t 生产线，主要用于彩电调谐品的生产。随着电子产品的迅速发展， 后来在摄像机、录像机及袖珍式多波段收音机、随身听等生产中也得到广泛应 用，近些年，由于计算机和手机的普及，s m t 在电子产品中的作用也越来越显著。 据数据统计，我国在2 0 0 0 年从事表面组装元器件的研发、生产以及销售的 企业有4 0 多家，他们都采用了s m t 技术，但引用的程度不一样，当时国内从国 外引进的各种类型的贴片机已有7 0 0 0 多台。随着国内经济的深入发展，近年来， 许多外企准备利用国内低成本的劳动力资源，已经陆续将一些s m t 加工厂迁到 中国，如美国的环球公司、日本的松下公司。我国在逐渐向社会主义现代化工 业强国转变，s m t 的应用还有非常广阔的市场，同时，我国也需要s m t 技术来增 强我国的综合实力，提高我国的工业自动化程度。在引进国外s m t 设备的同时， 如丝印机、点胶机、贴片机，我国也开始s m t 相关设备的研究。经过近3 0 年的 发展，我国的贴片机设备由一开始的产品设备引进，到半国产化的改造，再到 武汉理工大学硕士学位论文 国产化的自主研究，由于近几年连续的快速发展，中国已成为世界第一的s m t 产业大国，拥有的s m t 设备为世界之最，但数量最多并不代表国力最强，于是 从2 0 0 5 年起，我国的s m t 产业开始调整，进入一个转型期，通过这个转型期， 中国希望由s m t 大国走向s m t 强国。 由于电子元件的片式化，传统封装的电子元件越来越少，而片式化元件的 尺寸随着集成化程度的提高也越来越小，如果不使用贴片机等生产设备，我国 的一些电子产品研发、生产及销售企业和一些对高精尖技术深入研究的科研单 位将会面临无法进行研发与生产的境况，所以我国在七五、八五、九五计划中， 都大力提倡贴片机相关设备的研发与自主生产。 据数据统计，关于手动低速贴片机，国内已经有一些研究，并取得了一定 的成绩。如羊城科技实业公司的研发的一款多功能贴片机，这台贴片机虽然贴 片速度不快，自动化程度不高，但实现了我国电子装联技术设备的国产化，在 我国基础薄弱的电子贴装工业领域，独辟蹊径，走出了一条有中国特色的社会 主义道路。 一些高校和研究所在此领域也取得了一些进展，如上海交通大学已经申请 了关于贴片头的很多实用高效专利，包括贴片头、滚珠、滚珠保持架、支称轴 承外套等。，西安电子科技大学闰线超、姜建国等采用改进混合的遗传算法对贴 片机装配工艺优化进行了研究；西安交通大学李蕾、杜春华等研究了研究好贴 片机检测算法；西南交通大学杨帆对贴自片机的定位运动控制进行了研究；上 海交通大学莫锦秋、程志国、浦晓峰等研究了贴片机的控制系统；c i m 研究所的 曾又铰、金烨对贴片机的贴装优化问题进行了研究；微电子设备研究所于新瑞、 王石刚、刘绍军对贴片机系统的图像处理问题进行了研究；华中科技大学汪宏 异、史铁林等对贴片机的视觉和图像处理方面进行了研究。 1 3 2 国外研究现状 国外的一些从事s m t 设备制造的企业，如日本的松下公司、雅马哈公司和 富士机械公司，都拥有相当成熟的贴片机技术；韩国的三星，德国的西门子， 美国的环球公司，荷兰的飞利浦公司等都已开发出非常成熟的产品系列，在电 子贴装领域，显然他们已经走在了时代的前列“1 。 世界上最早研制成功并应用s m t 的国家是美国，但美国只重视s m t 在军事 装备领域的作用，没有将s m t 的高组装密度和高可靠性方面的优势发挥到人们 4 武汉理工大学硕士学位论文 日常生活所用的电子产品上，所以后来发展的较慢，渐渐被日本和一些欧洲国 家赶上。2 0 世纪7 0 年代，由于表面组装元件的封装形式比较单一，主要是片式 化电阻、电容元件，美国、日本相继研制出一些低速度、低精度的贴片机。这 些贴片机采用纯机械式的贴片方式，贴片精度只能达到0 2 5m m ，速度只能达到 1 0 0 0 c h i p h ，而在2 0 世纪8 0 年代，日本把从美国引进s m t 技术后，并将其广 泛地应用在消费类电子产品领域，如数码相机，手机，录相机等等，并投入大 量资金，来加强s i t 生产设备的基础材料、基础技术，而且日本也在推广应用 s m t 方面做了大量的开发研究工作。从2 0 世纪8 0 年代中后期，随着半导体工艺 的发展，进一步提高了对贴片机性能的要求，日本加大了s m t 在电子设备行业 的应用的力度，仅仅四年左右的时间，日本使s k t t 的相关设备在计算机和通讯 设备中的应用数量增长了近3 0 ，极大的促进了日本电子行业的发展，超过了其 他所有国家，在s m t 应用方面达到了世界领先地位。 图1 1 环球贴片机图1 2 松下贴片机 2 0 世纪8 0 年代中期以来，由于s m t 在自动化生产尤其是电子行业的生产中 带来了极大的市场空间，所以备受各国的关注，从此s m t 进入高速发展阶段。 9 0 年代初，一些科技发达的的国家如美国、日本，基本上已成为完全将s m t 发 民展成一代成熟的电路组装技术，并逐步取代通孔插装技术。同时贴片机随着 半导体工艺的发展，其速度和精度也开始提高，此时的贴片机具有更高的贴片 速度，而且采用机械对中定心台，使贴片机的贴装精度更高，片式化元件贴装 精度能达到0 1 m m 。据调查统计，随着s m t 技术的应用，美国、日本采用传统 的通孔技术生产的电子产品正以年1 0 左右的速度迅速下降，而采用s m t 的电子 产品正以约8 的速度递增，到目前为止，日本和美国已有8 0 以上的产品使用 了s m t 技术。 欧洲一些国家，如德国的西门子，它们的s m t 产业的发展较晚，但他们有 良好的工业基础，并且重视s m t 的发展，所以s m t 的发展速度也很快。当今西 门子公司生产的s i e m e n s8 0 s 系列的贴片机，均采用视觉定位系统，飞行对中 5 武汉理工大学硕士学位论文 技术，其可贴装的表面组装元件尺寸可达到0 6 0 3 ，甚至更小；精度可控制在 o 0 5 r a m 以内。 贴片机是行业内部对电子贴装设备的一个通称，它在整个s m t 设备中资本 价值最大，技术含量也最高，所占的地位也最重要，能够直接影响到整个生产 线的组装能力以及效率。 由于市场需求越来越大，电子元器件的封装形式也越来越多，由开始的c h i p 封装到现在的p l c c 、q f p 、b g a 、c s p 以及s o i c 等等，导致贴片机的速度、功 能和结构也发生了很大变化。从速度的角度讲，有低速机、中速机、高速机以 及超高速机；从功能的角度讲，由以贴片元件为主的高速机，由能贴装大型电 子元器件和异型器件的多功能机；从贴装顺序讲，有顺序式贴片机、同时式贴 片机以及同时在线式贴片机。从自动化的程度讲，可以分式手动式贴片机和全 自动化式贴片机。 1 4 课题的研究内容及方法 贴片机在整条s m t 生产线中占据着举足轻重的作用，历来受到各大高校和 企业的关注，而各大高校所做的研究工作大部分是运动控制的优化、视觉图像 的处理以及各种算法，对机械部分的研究也主要集中在贴片头的改进，还没有 对传送装置做深入的研究。本课题就是针对复合式高速贴片机的传送装置进行 研究和设计，来弥补国内研究的不足。 主要研究内容如下： ( 1 ) 分析传统贴片机传送装置的结构和原理，主要分析静止型贴片平台中 单轨道传送装置和双轨道传送装置的框架结构以及它们的工作原理，然后从理 论上分析它们结构的优点和不足，以及传送的效率。 ( 2 ) 对各种不同类型的传送装置进行比较分析，汲取单轨道传送装置和双 轨道传送装置各自的优势，然后提出一种新的工作模式，使它与贴片头更加协 调的工作，以适用于本课题高速贴片机p c b 板的传送。然后将传统单轨道p c b 板传送装置、传统双轨道p c b 板传送装置与本课题的研究进行结构以及效率的 对比，分析本课题所设计的传送装置的优势。 ( 3 ) 找出高速贴片机贴装效率的影响因素，建立三种不同传送装置的数学 模型，然后对它们对贴装效率的具体影响。 6 武汉理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 对传送装置进行具体的结构设计及相应零件的选型，在设计具体的结 构时，先分析不同的方案，进行对比，然后选择一种适合来课题装置的方案， 并利用p r o e 软件建立传送装置的三维模型。主要包括：进料区和出料区的皮 带传送机构，贴片区的双层结构布置、上升下降机构、夹紧机构以及整个传送 装置的调宽机构。 ( 5 ) 进行传送装置相关问题的分析，如电气控制系统的分析及p c b 板传送 过程中定位误差的测量与补偿问题，还有动力系统中各种电机的计算与选择， 以及夹紧机构方案的改进。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第二章传送装置的工作原理 2 1 传送装置的类型 传送装置的类型是由贴片机的贴片方式决定的，不同的贴片机会有不同的 p c b 板传送装置，如拱架式和复合式贴片机，它们的工作模式是贴片头在x 轴电 机和y 轴电机的作用下做x - y 移动，p c b 板被固定在贴片平台区，传送装置中的 贴片平台是静止的。而转塔式贴片机是贴片头围绕一根立柱在竖直方向做圆周 运动，喂料器和p c b 板做来回移动，传送装置中的贴片平台是可运动的。 目前，根据贴片机发展的自动化程度、p c b 板不同的产量要求和不同结构形 式的贴片头，可以将p c b 板传送装置分为以下几种形式。 往复式：对小批量的p c b 板的加工中，半自动化贴片机由于成本低而应用较 广泛。在此类贴片机中，首先由人工夹持p c b 板送到贴片机区，手动定位和夹 紧，然后贴片台被人工推入到加工位置，待加工完成后，弹出贴片平台，再由 人工取下p c b 板。在这种贴片机的使用中，p c b 被往返传送到贴片机中进行加工。 推入式：这种形式就是p c b 板放置在轨道的待贴片区，等待贴片，当有一块 p c b 板完成贴片被送出时，伸缩气缸带动推杆将p c b 板推入到贴片区，同时完成 p c b 板的定位，再由传送装置夹紧并进行贴装加工，完成贴装后，由皮带轨道送 出。 三段式：这种形式的传送装置是当今流水线生产中应用最广泛的。这种传送 轨道分为a 、b 、c 三段，轨道内侧安装有超薄型皮带，通过电机带动皮带，完 成p c b 板的传送。其中a 区为进板区，p c b 板在此等待贴片，b 区为贴片区，p c b 板由a 区进入之后，在贴片区定位夹紧，待贴片完成之后送入c 区，再由c 区 送到下一工序。三段式又分为单轨道、双轨道以及多轨道。见图2 0 和图2 1 所示。 8 武汉理工大学硕士学位论文 图2 0 三段式单轨道传送装置图2 1 三段式双轨道传送装置图 运动型：这种结构只用于转塔式贴片机，如松下b i s r 型贴片机采用旋转贴片 头，其中x - y 工作台p c b 的进入，送出导轨位于同一平面内，p c b 板经进入导轨 送至x y 工作台后，工作台运动贴片位置，并带动p c b 板完成加工过程，完成 贴片机的x - y 运动。见图2 2 所示。 图2 2 运动型传送装置 由于本课题的研究是在复合式贴片机上进行的，所以这里着重分析三段式 传送装置中的单轨道传送装置和双轨道传送装置。 9 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 三段式传送装置的工作原理 2 2 1 单轨道传送装置的工作原理 l 、8 传动杆；2 、9 导杆；3 电机；4 、1 1 固定支撑架；5 、7 丝杆； 6 支撑平台；1 0 、1 3 可移动支撑架1 2 同布带轮 图2 3 单层单轨道传送装置 该传统单轨道传送装置主要由进板区、贴片区和出板区三大部分组成，进 板区和出板区的结构基本相同，主要是由一对支撑架，一个丝杆，一个六边形 传动杆和一个导向杆，另外还有同步带轮，皮带和电机组成。见图2 3 。支撑架 通过螺栓连接在贴片机的底座上，两侧的支撑架与杆组的相互配合，对整个传 送装置起支撑作用。侧板的内侧都安装有传送皮带，负责输送p c b 板。支撑架 的一侧是固定在贴片机的底座上，另- - n 分为两层板，外层板与贴片机底座固 定，起支架作用，内层板可以移动，主要用来调节传送装置的宽度，以适应大 小不同的p c b 板，而且皮带也安装在内层侧板上。传送装置在进行宽度调节的 过程中，由电机通过皮带带动丝杆，丝杆传递动力，导向杆起导向作用，保证 调整宽度的过程中，传送装置能够平稳进行。传动杆主要是带动皮带，保证p c b 板的水平传送。贴片区主要有支撑平台，夹紧机构以及安装在侧板内壁上的皮 带。支撑平台上可以安装支撑钉，在贴装较大的工c 元件或贴片的数量较多时， 可以安装支撑钉，来增大p c b 板的刚度。见图2 3 。 上板机构将准备好的p c b 板推到进板区等待，当贴片区的传感器检测到， 贴片区没有p c b 板时，传感器将此信号送给上位机，上位机命令p l c 启动进板 区的电机，电机转动后，带动皮带将p c b 板送到贴片区，当p c b 板撞到由气缸 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 支撑的挡板时，同时监测此位置的传感器把信号传给上位机，上位机就给p l c 发命令，p l c 就打开电磁阀，由气缸组成的定位夹紧装置将p c b 板在预定位置上 固定，然后贴片头对p c b 板进行贴片，贴片完毕之后，上位机给p l c 发命令， p l c 关闭电磁阀，夹紧机构松开p c b 板，同时支撑挡板的气缸动作拉下挡板，然 后贴片区电机转动，p c b 板被送出，挡板自动复位。当出料区的传感器检测到有 p c b 板时，它将此信号送给上位机，上位机就给p l c 再次发出进板的指令。 该单轨道传送装置工作模式简单、传送平稳，通过调节轨道的宽度可以贴 装大小不同的p c b 板，适应泛围比较广。此单轨道结构决定该传送装置只能采 用单一进板模式，对电气控制的要求不高，技术人员可以很容易的完成编程。 同时，在贴片区该装置采用机械挡板，可靠性强，能够防止p c b 板由于速度过 大而冲出贴片区。 尽管该装置具有以上这些优点，但也有它的不足之处，存在的主要缺点就 是： 贴片机在每贴装完成一块p c b 板之后，两个贴片头都要等到下一块p c b 板 进到贴片区，然后安装好之后才能开始贴片，这一段的时间让贴片头产生了停 歇，严重制约了高速机的效率，这也是拱架式贴片机和复式贴片机速度低于转 塔式贴片机的重要原因之一，而且随着批量的增大，贴片头等待时间的累积增 加，必将会影响整条生产线的生产效率。 2 2 2 双轨道传送装置的工作原理 双轨道传送装置是在单轨道传送装置的基础上发展起来的，该装置以两贴 片区为中心设计的传送装置，具体结构如图2 4 所示。 双轨道传送装置是由两个独立控制的单轨道组成的，它也是由进板区、贴 片区和出板区三大部分组成。它有六个电机是均分布在内支撑架上，每条轨道 分三段，每段各用一个电机，通过传动杆带动皮带水平移动。丝杆在宽度微调 过程中传递动力，导杆起导向作用，保持轨道在调节过程中的平稳性。 当第一轨道贴片区的传感器检测到贴片区没有p c b 板之后，则传感器给上 位机发信号，上位机收到信号后，发出进板命令，然后第一轨道进料区的电机 开始启动，接着贴片区的电机也随之而后启动，p c b 板就在进料区和贴片区的传 送带的输送下，到达贴片区，当p c b 板碰到由气缸支撑的挡板时，传感器将此 信号传给上位机，上位机发出夹紧定位命令，然后由p l c 控制，由气缸组成的 武汉理工大学硕士学位论文 夹紧定位机构把p c b 板固定在支撑平台的预定位置。接下来，贴片头就开始给 第一轨道上的p c b 板贴元件。在此过程中，第二轨道上贴片区内的传感器就会 检测该贴片区有无p c b 板，并将此信号通过p l c 传给计算机，若无p c b 板，上 位机就给p l c 发出第二轨道的进板命令，然后第二轨道进料区和贴片区的电机 相继启动，把p c b 板送到该轨道的贴片区，直到在上位机的控制下完成夹紧定 位动作。当第一轨道上的p c b 板完成贴装之后，贴片头就接着给第二轨道上已 完成安装的p c b 板进行贴装。与此同时，第一轨道上已完成贴装的p c b 板将被 送出去，下一块未贴装的p c b 板又会送进来，完成夹紧定位动作，以等待贴片 头进行贴装。如此循环下 土一l 一 i t = 二 i |。 7 1 ： ， _ _ 1 l、厂1 l _ 弋 9 j l ， ， l 一。i 。 成。 1 、8 、9 、1 3 电机；2 导杆；3 传动杆；4 丝杆；5 、7 、1 0 、1 2 支撑架； 6 、1 1 支撑平台 图2 4 双轨道传送装置 双轨道传送装置效率较高，两个轨道的独立控制，能够让贴片头实现连续 不断的贴装，从这点来讲，该装置确实大大提高了贴片机的贴装速度。但是该 装置也有明显的不足之处： ( 1 ) 若双轨道传送装置的每条轨道的宽度做成和单轨道一样，那么贴片机 的底座就会很大，进而贴片机就会做的很庞大，这样贴片机的成本就会大的增 加；若双轨道传送装置的两条轨道总宽度做的和单轨道一样，那么贴片机就只 能加工小规格的p c b 板，这就使大大限制贴片机制加工能力以及贴片机的使用 范围。 ( 2 ) 如果采用双轨道传送装置的贴片机，会在该贴片机的上游和下游各加 一个专门的送板和接板装置，这就增加了生产线的长度，降低生产效率；会占 用较多的厂房面积，使生产成本增加。 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 2m 3 新型传送装置的工作原理的提出 在对三段式的两