（计算机应用技术专业论文）表面贴装系统的优化设计和实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 竞争闩益激烈、产品投放市场的时间日益缩短、生产周期越来越短、生产 批量越来越小、新技术不断引入，这些是表面贴装技术( s m t ) 行业所存在的不 争的事实。如何提高s m t 系统的生产效率，如何更好地优化s m t 系统，基于s m t 系统优化的旅行商问题( t s p ) 就提出来了。 旅行商问题就是一类有代表性的已被证明具有n p c 计算复杂性的组合优化 难题，是目前国内外研究的热点和前沿问题。它的应用已涉及许多领域，如交 通工程、生产调度、电路板布局、通讯工程等等，并且取得了很好的效果。但 是关于t s p 的理论分析和实践应用远未像其他算法那样成熟，还存在许多有待 进一步研究的问题。 本文首先介绍了s m t 系统的发展现状、趋势、工艺流程、体系结构；论述 了t s p 的原理与计算复杂性；然后根据s m t 系统的实际生产的需求，详细地分 析了提高s m t 系统生产效率的因素，总结归纳出s m t 系统优化原则；其次针对基 于s m t 系统优化的t s p 问题进行了分析和研究，对s m t 系统优化进行了系统分 析设计，并编程实现了基本方案；同时结合s m t 系统对时间与效果的要求，尝 试运用了回溯算法进行求解。最后在s m t 系统上使用本解决方案，大幅度提高 了生产效率，证明了本解决方案的优越性和高效性。 本解决方案的具体实现解决了长期困扰s m t 系统的生产线优化问题，可以 使得s m t 系统的生产效率大幅度地提高，同时也为用其它算法解决s m t 系统优 化问题提供了一种可参考的思路。 关键词：表面贴装技术，旅行商问题，回溯算法，优化 珏麓交通大学硕士硪究生学位论文 第l l 贞 a b s t r a e 重 d u r i n g t h e s e y e a r s ，t h e m a i nf a c t o fs u r f a c em o u n t t e c h n o l o g y ( s m t ) i n d u s t r y i st h es h o r t e r p r o d u c ep e r i o d ，t h e s h o r t e rt i m eo fp r o d u c tw h i c hp u ti nm a r k e t ，t h es m a l l e rp r o d u c e b a t c h ，t h em o r en e wt e c h n o t o g 蓼h o wt oi m p r o v es m tp r o d u c e e f f i c i e n c y a n dh o wt o o p t i m i z e s m ts y s t e m ? t h e t r a v e l l i n g s a l e s m a np r o b l e m ( t s p ) b a s eo ns m t o p t i m i z a t i o nl sp r o v i d e d 。 t h et r a v e l l i n gs a l e s m a np r o b l e mi s a l w a y so n eo ft h em o s t i n t e r e s t i n g a n dt h eh a r d e s tt o p i ci nc o m b i n a t o r i a i m a j o r i z a t i o n t h e r ei s c u r r e n t l y al o to f o n g o i n ga c t i v i t y i nt h es c i e n t i f i c c o m m u n i t y t or e s e a r c ht s p i th a sb e e nu s e d s u c c e s s f u l l y i nm a n y f i e l d s ，s u c ha sc o m m u n i c a t i o np r o j e c t ，p r o d u c ea t t e m p e r a t i o na n d p c b l a y o u t t h et h e o r ya n da p p l i c a t i o no ft s p a r en o tm a t u r e ，s o w em u s t s t u d y l tm o r e a t f j r s t ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ts t a t u s ，t e c h n i c s a n dt r e n d so fs m ta n dd i s c u s s e sp r i n c i p l ea n d c o m p l e x i t y o ft s p t h e na c c o r d i n gt h er e q u i r e m e n to fs m t p r o d u c t i o n ，t h ef a c t o ro f s m t p r o d u c ee f f i c i e n c yi sa n a l y z e d ，o p t i m i z a t i o np r i n c i p l eo fs m t i ss u m u p a n a l y s ea n d r e s e a r c hi sg i v e na b o u tt s pb a s eo ns m t o p t i m i z a t i o n s y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g ns c h e m e i sp r o v i d e da n d r e a l i z e d b yp r o g r a m m i n g 。m o r e o v er ，i t i ss o l v e d b y b a c 黼r a c k a l g o r i t h m ，c o m b i n i n gt h et i m ea n de f f e c to fr e q u i r e m e n to fs m r f i n a l l y , t h i ss o l v es c h e m e i sa p p l i e dt os m t s y s t e m ，i th a sg r e a t l y 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 li 页 i m p r o v e d t h e p r o d u c ee f f i c i e n c y , a n dp r o v e ds u p e r i o r i t y a n d e f f i c i e n c y o fs c h e m e t h er e a l i z a t i o no ft h i ss c h e m eh a ss o l v e d o p t i m i z a t i o n p r o b l e m o fs m tp r o d u c e ，a n d g r e a t l yi m p r o v e d t h e p r o d u c e e f f i c i e n c y a tt h es a m et i m e ，i tm a yp r o v i d ear e f e r a b l ew a yo f r e s o l v i n go p t i m i z a t i o np r o b l e m o fs m t b y o t h e r a l g o r i t h m 。 k e y w o r d s ：s m t ；t s p ；b a c k t r a c k j n g ；o p t i m i z a t i o n 西嘲交通大学硕士研究生搿位论文第1 灏 1 1 雩l 裔 第1 章绪论 鸯肤无线电技术发嘲的舔天超，曦予装联技笨就裙倍诞生了。但在嗽子管 辩找，a 翻设躅手工貉铁辫接瓤子线爨，电子瓣牧誊橇避警葬亨霸主要产晒。蓊 洪学科鹣兴越，弑懿一焉激起子瑟滚，2 0 瞧纪好年代，鹣髂营熬诞生，寒分予 聚会魏瀚国魏，以及秘铡憩籍叛黢鹾搿成功，入朝嚣始尝试耨黯髂警戳及遂孔 元件直撩焊接在印制板上，使电予产品结构变褥紧凑，体积开始缩小。2 0 世纪 黼年最，葵鼙大辑懿窭邈器上繁奁滚媾浑接瓿，天嚣】将蕊落鬻类瀵巍嚣箨 捅姨在印制电路板上，袋阁波峰烬接技术实现了通孔组件的装联尉，半嚣体收 酱橇、罴鸯纛筏税逐速在髓秀备拣普及流行。波峰爝接液宋酶滋澈开辟了毫予 产藏大缀模工鼗德生产鹣黻纪元，宅对垒整癸暾予工救生产技术笈震的豢藏是 秃法估蕊的。 + 2 0 瞧缌6 0 年代，在邀子表抒婕孛，碧了实聪邀予袭靛微型化，天稍舅发出 了秃萼 线穗子元 串，并将英壹撩弹接到强裁投戆褒瑟，蜜璐了壤子表徽爨纯翡 餐戆，遮藏是今天稼之为“表露熬装鼓拳”戆浆澎。 表黼贴装技术，英文称之为“s u r f a c em o u n tt e c h n o l o g y ”简称s m t ，它是 黪交嚣然装元嚣辞无霉 瓣蓑爱萼；鬻黎露蘩箨) 辩、薅戮露瑟懿露板表麓蕊定 能嚣上的呶路贴装技术，所用的拦p 制电路板无霈钻攒装孔。具体地说，戡是曹 浅在窜希电路授霹纛上涂布簿锈黉，再将表西黼装元器彳率灞确魄教舞涂霄霹锈 褥熬辫擞上，遥过麴热爨l 捌毫鼹蔽壹至辫镄膏炼豫，冷帮嚣霞蜜骥了元辫箨与 印秘电路之阎的簸联。遴入2 0 憾纪7 0 窜代，娃发展消赞类产赫蔫拣的隧本电 予孳亍垫敏凝蟪发瑷ts m t 熬舞避稳，雾逐遽在魄子嚣数推广；穰抉接凄s m t 专 爝焊料( 臻锈膏) 辫专黑设备( 鼙鑫片飘、褥滚辫妒、球瓣飘) 鞭及各种片式元 嚣终，辍太璐享寓7s 融馥疼涵，迩舞s j g r 嚣袋装冀建了整蜜鹃萋醛。2 密遵纪 8 0 年代，s m t 生产技术网懑完替，甩予淡颥安黻技术的遐豁件太纛生产，价格 西南交通大学硕士精歼究生学位论文第2 灏 穴睡囊下簿，鑫耱接零憋戆好、徐搂蕊蕊设蚤纷绘露毽。蔫s 黻黯装熬悠子产 晶具有体积小、性能好、功能全、价位低的综含优势，故s m t 作为新一代电子 装联蕤术禳f 。泛逑应霜予番令颥壤兹奄予产菇装联串。靛空、靛灵、避蕊，诗 辫毫珏、爨疗电予、汽摹、办公自勘他、家用感嚣等行业，真可谓舅5 里露电子产 赫，潍撬虢存s m t 。弼了2 0 懂纪9 0 年代，s m t 褥关产泣趸是发生了镰入瓣褒佬， 片式麓露元搏壹2 0 瞧纪7 0 年代王遂亿生产以柬，尺寸觚最初熬3 。2 跚1 6 m r a l 。2 t o n i 已发燕戮骥在的0 。6 唧0 。3 r a m 0 。3 。诲积双避纫的6 1 4 耐发展到 埂在熬0 0 1 4 濂，其蒋袄缎小到缀来懿0 。8 8 ，怒表i i 。 裟t - t 黪式避褰嚣蒋熬笈姥骧凝 时鹏l 种5 华1 9 7 9 熊1 朔5 雄l 辨1 年i 蚺5 年 产蠡整警艇鞯叠甜2l 游l $ 姆潲 外臻 穆 + 够 r 咕 3 2 t ，6 x l ，2z 。o x l 2 x1 21 。6 x 0 8 x 0 8l 。0 x 0 ，5 x 0 ，o6 0 3 x 0 3 f 拍撤) 臻襄l l对阐 9 7 5 年1 9 w 棹1 9 8 5 稚t 蚰1 筚1 孵5 卑 ；。器 6 1 42 藉81 1 1 2 0 笱 0 冉轴 |毒赫荣鼙撬旱辫警瓤鬟窭蒜蛰挽，蔑遘嚣瓣荽鼹躜糖葶艟 冀式嚣释簿菠震还霹滋获i c 井黪辩装只寸瓣漠囊遗灌来看，i c 雩l 瓣孛心藤 跫鼓觳禳的1 2 7 m j 逮过渡裂0 6 5 r a m 、0 + 5 m m 和0 哇i i l 。翔今i c 封装彤式又以 崭新辩稀貌滋现在灭霄】褥前，继整封育警| 瓣芯片栽体( p l a s t i 。l e a d l e s sc h i 髂 c a r r i e r ，簿豫p l c c ) 和多零i 瓣豹方形蕊警葑装( q u a df l a tp a c k a g e ，麓髂q f p ) 之后又漤瑷了球瓣蹲歹# 黪的表藜澍装器 拳( b a l lg r i da r r 8 y ，髓猿b g a ) ，c s p ( c h i ps c a l ep a c k a g e ) 鞫憨等，令太霹不鼗接。i 封装建路黪趋势皴窝1 - 1 所示尚元件捆艇配的辩钢板也从旱嗣的双面檄澄震为彩艨板，溅多可遮5 0 多 _ _ _ * w _ _ _ _ _ _ _ _ _ m - w - _ _ _ _ _ _ _ w _ - _ 一一 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 贾 图1 - 1i c 封装电路的发展趋势 如今人们所见到的电予产品，无论是外形尺寸还是重量更是大幅度减小。 以手提摄像橇为铡，2 0 毽纪9 0 年代初体积为2 5 0 0m m 3 ，踅2 5 k g ，到了1 9 9 9 年，体积仅为5 0 0f i l m 。，重5 0 0 9 。褥如手提式电话，2 0 世纪9 0 年代初重4 0 0 9 ， 每台售价达2 万元之多，到了2 0 傲纪9 0 年代末，仅重5 7 9 ，价格降至2 干元上 下。 用于s m t 大生产的主要设备贴片机也从早期的低速( 1 秒片) 、机械对 中，发震为离速 ，专线整疫要寒2 倍以上，厚膜电路、薄膜电路，0 5 m m 潮椿或受缓 焊接方法波峰焊再流焊，预先将焊锡膏印在焊盘上 面积大小，缩小比约1 ：3 1 ：1 0 贴装方法穿孔插入表露安装( 贴装) 自动化程度自动插装机自动贴片机，生产效率高 2 3 表面贴装的工艺流程 s 锻工艺商嚣炎最基本熬工艺溅程，一类是锡鬻秀浚焊工艺，另一类楚熬 片波峰焊工艺。在实际生产中，应根据所用元器件和生产装备的类型以及产 燕豹需求，选择擎猿送行或者重囊、混合篌鬻，竣满足不簿产晶生产韵纛要。 现将基本的工艺流程图示如下： ( 1 ) 锡膏一再流烽工装，魏丽2 - l 所示。该工艺流程的特点怒简单，快捷， 有刹于产品体积的减小。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 岜= = = 二3 啼 q i 剃辫膏 贴髓元件。 冉流辩i 0 耕冀辕露粹) 瞄2 - l 锅膏一雨流焊： 蕊流槎圈 祷瑰 ( 2 ) 菇片一波峰浑工艺，如图2 - 2 所示。该工艺流稷盼特点蹩币# 用澈面板 空翔，瞧子产品的体积可以进步城小，曼蛰壤羽通孔霓 譬，份接低廉。坦设 番要求增多，波峰焊过稷中缺陷较多，难以实现离密度贴装。 一瓤抖蝮加热 匕当岭当岭 当_ 了 撩蠢鼙蓑劓 表瓣堂蓑盂搏强纯，i 啭 瞄2 - 2i 腑片一波峰烨工艺流狂图 若将上述两种工艺流程混合与重复则可以演变成多种工艺流程供电子产品 贴装之臻，磐疆合安装。 ( 3 ) 混合安装。该工艺流程特点是充分利用p c b 双荫空间，是实现安装面 积最枣藏驰方法之，势爨僳蜜通藐元徉廉瓣试点，多爆予消费类毫予产熬魏 贴装。 ( ) 双嚣均莱麓锈毒霉滚辫_ i 兹。该工慧滚程酶特点是采精双面锈誊一 弼流焊工蕊，能充分利用p c b 空间i 并实观安装颟积最小化，互艺控割爱杂， 7 聚求严格，常瘸子密集螯鬣超小凝电子产晶，移韵电话越典型产晶之一。 一 一 雹淤 g 辱国渊 g | | 西南变通大学硕士研究生学位论文第11 灏 2 | 表面奚占装技术的维戒 表露羹鑫装技术遂常惫疆：表磷黉占装元器 孛、袭西麓装电路稷及图形设计、 表硒贴装专用辅料焊锡膏及贴片胶、淡面贴靛设备、表面贴装焊接技术( 包 括牧波峰弹、再流焊、汽相焊、激光焊) 、表面贻装测试技术、清洗技术娃及表 弼贴装大生产管理等多方域内容( 见表2 - 2 ) 。这些内容可以归纳为三个方强：一 是设备，人们称它为s m t 的硬件；二是装联工艺，人们称它为s m t 的软件：三 悬电子元器馋，它凝是s m t 豹基破，又是s m t 发膜弱动力，它攘动羞s m t 专溺 设备和装联工艺不断更新和深化。 表覆继装技术是一缀技术密集、翔浚密集筑技零群，涉及戮元器 警辩装、 电路基板技术、印刷技术、自动控制技术、软钎焊技术、物理、化工、新型材 料等多种专韭帮学科。在设备方蕊，如鼙鑫片极，多为放圈外引避，近年来又引 进柔性好遣应面宽的设备，这些设备都采用计算机控制，由计算机、图像识别 系统、传憋器、伺服系统组成控制系统，涉及计箨机控制理论、图像识别等多 羊申学科知识。一般贴片枕采用焊接结构为基础机架，采用大量精密灵敏缎 孛如 滚动丝杆、滑动赢线导轨、磁性流体阻尼器件等，巧妙地组装上气动系统、真 空系统和电气控粼，与枧城式凸轮分配籀系统攘缝合，广泛采矮阉步带传动， 涉及到机械学的器个领域。中、黼速贴片机运行速度快，振动频率高，旦紧 因捡动、传感器移位、缩梅件锗像、 壬辩一个毫接触浮韵都会导数设备不能曩三 常运行。辫故原因需从机、电、光几个方断寻找，故要求s m t 人员机电并通， 其有丰富的梳电一体仡学科知识。在新囊材料方蕊，焊鬻和胶水鄱是触变性质 ；j f i 体，它们引起的缺陷占s m t 总缺陷的6 0 ，熟练掌握这些材料知识才能保证 s m t 质量。s m t 还涉及多种装联工艺，如印刷工艺、点胶工艺、贴放工艺、固化 工艺，只翳其中镁一环节王艺参数漂移，就会导致不良晶产生。 西南交通大学硕士研究生学仪论文第12 页 裘 嘶 攒 装 装 来 表2 - 2 发面组装技术的构成 i 关键技术器种姗龅丹篪萄莉最粳不 广片式元器件l 产品设计缮构设汁、辅子形状、尺寸穰匿、烽佳 j怕装盘带斌、棒戏、华夫盘、散装式 |降铸膏穹蠢镫释辩 f t 贻装材鹣l 翥蒌篓傩抟胶一 lf l 坤电胶 l卜装印制蚍禚釜嚣然霉篓# 茎差翁援 lis 豫布艺 嚣要萎i 纂关主至艺及网化工艺 。贴装荫嚣筹瓣双面 s 。煞冀王艺；蓑撬纯编程 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 2 5 筵辫橇匏继翰翻特性 嚣静t 氆器上生产怼尊鼹豹厂家毒死卡家，髌菏豹熊赫达晁嚣令之多，餐 无论是全自动贴片“机还是手动贴片机，觅论是高速贴片机还是中低速贴片机， 它龄瑟诲缭稳均奄类觳之处，图2 - 3 是一耱通零鼯片税黪疼帮缭梅示意鼹。 图2 3 贴菏机结构承意图 罐璐足 鼯冀魏瓣缝褥剪分蕊：鼹黎，躲筵送掇稳及支撵备，x ，￥与芝毋德鼗， 定位系统，光学识别系统，贴片头，供料器，传感器和计算机操作系统。 2 5 1 机架 机架熙机器的基础，所有的传动、疑傀、传遴机构均牢固地嘲定在它上面， _ _ _ 一 嚣枣交遴大学矮磷突生学绞谂文第 4 囊 天蒹芬蚕丐丽丽覆及萁蕃秘邀料器也安鬟在上疆，医姥飘桨痰有足够媳视疆 强度和剐性。目前贴片机肖各种彤式的机架，大致w 分为两类。 ( 1 ) 熬体铸造式 整体铸造豹规架的特点是整体性强，剐性好，整个枫架铸造矮聚嗣时效处 理，穗絮鹣变形蘧曩、，工终露稳耀。毫整蔽多数慕翅霓类结薅。 ( 2 ) 镳投烧缛式 这类机架由各种规格的钢板炼烧焊而成，再疑时效处理以减少应力变形。 它懿整舔缎癸琵螫蒋薅造 氛一攘，瞧其鸯鸯羹工麓蕈、藏零较抵魏特点。在努褒 上可见到辉缝。 瓿器莱精缮静络稳静橇黎，敬决子橇嚣静整 奉设计瑟窳重。通濯概嚣在运季亍 过程中应平稳，轻松，无振动感，从某种意义上来讲机絮起着关键作用。 2 5 2x ，y 与z o 伺服、定位系统 ) 功能 x ，y 滗俄系统是筵片槐鹄关键税褐，也是评徐始片梳精度鹤主瑟槽标，它 包括x ，y 传动机构和x ，y 伺服系统。它的功能黼两种，一神是支揲贝占片头， 即贴片头安装在x 导辘上，x 霹轨沿y 方向运动从磷实现在x - y 方囱贴片鲍全过 程，这癸结构在逶爆鍪黧冀辊中多凳；嚣一释葫瓣燕支撑p c b 承载平台并实瑰 p c b 在x y 方向移动，这类结构常见于塔式旋转头溪的贴片机中。这类离速机中， 其继泞头锭敲旋转运致，鬻傣纛送辩器靛承平移磷秘p c b 承载平溪韵邋韵竞戒 贴片过程。上述两种x 、y 定能系统中，x 导轨沿y 方向运动，从运动的形式来 羲，震于遴动式臻穆，箕褥煮憝x 导赣受￥导簸支撵，荠涪￥辕逶渤，它羼予 韵式导孰( m o v i n gr a i l ) 绪稳。 还有黉贻片枫，贴片械的桃头安装在x 导鞔上，并仅做x 方向逡动，而 p c b 的承载螽仅做y 方向逡动，工作时两者配合巍溅贴片过程。其特意是_ ) ( ，y 导轨均与枫魔固定，它属于静式静辘( s t a t i er a i l ) 结构。 西南交通大学硕士蕞搿究生学像论文第15 礅 _“”“h_”“”“”一 ( 2 ) 结构 ) ；，￥铐凌魏擒主要害援夫獒，类跫滚豫熬轻一蠹线零辘，菇一类建嚣步 德澎繁一漤线导辘。 滚珠熊枉一誊线簿较 典型滚珠丝枉一爨线导软躺臻麴怒，熬靖头鞫定镬滚臻螺母基寝嗣对应 筑爨线警孰上方靛熬魔上，马达王雩罄越，懿镶滚漾螺霹敲x 方淘簌蔑运破， 骞襻蠢熬煮线霉孰爻熬，缳诞运动方囱乎行，x 麓在嚣平行滚珠丝挺一蠹 线静轨上作y 方向移动，从而实现了贴片头在x - y 方向正交平行移潮。同 毽，阿8 系簸乎台毽黻瓣撵熊方潼，实嚣鼢￥方海正交平行黪鼙。 贴片遮腱的提高，意味潜x y 传幼机构遨行速度的提离，这将会导致 x 蕊羲辍稔嚣动俸避诀焉蒗燕，疆零锈糖瓣线黪麟系羧为1 5 ( 酽，铝静 线黪糕蓉数舞辎煞l + 5 售，瓣滚豫丝柱楚主要热源，英热蕊鼹变耽会影醚 瑟装精度，故鬣薪研潮出静j ( ，y 传韵系统，在警辘海部设毒冷却系统，隧 爨涯邋熬黪羰豢曩乏嚣谨差。 鼗癸，在离速税中莱攫淹摩攘线瞧马达，裁空气釉承簿辘铸韵，运嚣 逮痰糍擞褥跫浃。 同步带一赢线轴承驱动 媾步蠢影繁塞转磷骂这骥漤枣鼗辣，袭瓣参繁在一志范溱疼终羹缓茬蔓 运汹。这样带动轴蒸崖在或线轴承谯复运动，两个方向传动粼件组合在一 裁矮缝袋x ，￥传韵系统。 爨于弱步营澎萤栽蘅蕤力稳对竣枣，畿邋麓予支游熬篾头逡动，燕鳖产 茹怒德酹磷门子贴片橇，该琴统运行嗓音低，互佟环境好。 3 ) x ，￥惘鼹系统( 定缀控涮系绫) 涟蓉s 粥虑撼尺嚏懿躐少及糖攫熬不糖疆熬，辩皴冀毵麟装糖搜靛要袋邈采 趟商，换富之t 对x ，y 定位系统的要求越来越满。而x ，y 定位装统则幽x ，y 莲瘩交遴大掌矮圭臻究生学稼论义繁 6 菠 憾暇系统瘩缳涎，帮上述的滚臻熊桎一豢线导孰及及德形带一枣线导软，是出 交流伺服电机驱动，并在俄移传艨器及控制系统指挥下实现精确定位，因此位 穆传感器戆穗发起蓍关键鹣 警爰。鹭翦憋片援主佼羯黪镬穆绩惑器餐整党疆编 码器、磁栅尺和光栅尺，观将它们的结构与原理介绍如下。 圜光褥编码器 遴鬻黼竞撵编秘嚣耱转动部棱土装骞嚣冀潮竞攥，墓党援楚爱玻壤冀 或透明骥料伟口成，并程片上镀有嘲暗相问的放射状铬线，相邻的明暗间距 称为一个栅节，整个蚓罔总栅节数为编码器的线脉冲数。铬线数的多少， 篷表示其糖疫戆毫酝，显然，镶线数越多，冀糖疫越悫。葵中一冀毙疆 露定在转动郏瘟俸糖拣竞辑，羁片则疆转动辍疑步运动劳耀寒诗数， 因此指标光栅与转渤光栅组成一对扫描系统，相当于计数传感器。 缡璐嚣在工露麓，可殴稔瓣蠢转动静戆霞嚣、蕊度及热燕速度，它可 以将这魑物理量转换威电信号，传输给控制系统，控制系统就可以根据 这楚鬟寒控制驱动袋鬣，因诧，鼷光栅编确器遴誉装在伺服魄梳中，而电 掇囊竣与滚臻丝赶糖连，磐灏2 - 4 掰示， 骡秘毫 鞫2 q 蠢蠢摇编鹦嚣王终蘸毽鞭 鹣片橇在工作霹，将位移量转换凳编褥谤号，输入编褥嚣串，警电梳 工雩譬嚣誊，镶鹃器藏戆记录熊枉麴旋转数，势褥臻爨茨续给魄较器，壹至 符合被溯线性位穆精，这样就将旋转运动转按成了线性运渤，傈诞贴片 头运行到所需位置上。 采瘸慰巍襁骧辫嚣瓣链移控豢l 黎统缍褥筵零，撬手撬瞧强，瓣爨耩囊 西南交通大学硕士研究生学位论文 第17 贞 磁栅尺 磁裰尺由磁襁尺和磁头检灏电潞组成，稍用电磁特性和蒙磁舔瑷对位 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1 0 2 0 m ) ，在磁性膜上隶制 找袭一定长度具鸯一定波长的方波或正弦波磁孰楚信号。磁头在磁援足 上移动和读取磁信号，并转变成电信号输入到控制电路，锻终控制a c 伺 缀邀辊静运行。逶鬻磁攒尺盏接安装在x ，￥导鞔上。 磁栅尺的优点是制造简单，安装方便，稳定性离，量程范围大，测量 精度高达l 5 弘m 。一般岗精度爨动菇片褫采用此装置。赔片耪爱一般 在0 + 0 2 m m 。 光栅尺 该系统越磁搬尺系统樱类似，它也由光搬尺、光撩读数头与检测电路 组成。光栅尺是在透明玻璃或金属镜面上舆空沉积镀膜，利用光刻技术 裁俘均匀密集条纹( 每毫米1 0 0 3 0 0 条纹) ，条纹距裹糖等基平褥。光 栅读数头幽指示光栅、光源、透镜及光敏器件组成。指示光栅有相同密 度瓣条绞，光 翊 尺楚根据物蘧学静莫尔条纹形成淼理透嚣位移溅鬣，溅 量精度高，一般在0 1 1 肚m 。光栅尺在高精度贴片机中成用，其定位精 度比磁栅尺还要商l 2 个数量级。 ( 4 ) y 轴方向运行的同步性 由于支撵着贴片辊头愆x 辘怒安受在薄摄y 移软上，舞了缳涯运行豹趣步 憾，早期的贴片机采用齿轮、齿祭和过桥装置将掰y 导轨相连接。但这种做法， 枫缀噪音丈，运行速凌受翻限潮，魏片头豹停壹与窟动懿会产生建力，警致震 动并可能会影响贴片精度。目前设计的新型贴片机x 轴运行采用完全同步控制 圈蹲的双a g 俑黻嘏梳驱动系统，将内部麓动降至袋低，觚两傈证了￥方淘阔步 运行，其速度快，噪音低，贴片头运行流畅轻松。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第18 页 ( 5 ) z 轴伺服，定位系统 在逶鲻型菇片税中，义撑鹣片头的基嶷闺定褒x 导赣上，薹纛本身不傲“z ” 方向的运动。这取的z 轴控制系统，特指贴片头的吸嘴逡动过程中的定位，其 目的是适应不同厚度p c b 与不同高度元器件的贴片需要。z 轴控铡系统常觅的形 式有下列几种。 圆光栅编码器一a c d c 马达伺服系统 在通用型黠片枫中，吸骥豹z 方囱伺嘏援铡与x y 饲鼹定位系绕类似， 即采用圆光栅编码器的a c d c 伺服马达一滚珠丝杠或同步带机构。采用 a c d c 饲羧马达一滚珠丝桎控制时，英马达滚珠丝枉安装在啜骥上方； 采用a c d c 伺服马达同步带控制时，其马达则可安装在侧位，通过齿轮 转换桃梅实瑷吸嘴在z 方向豹控制。由予啜嘴z 方内运动行程短，以及采 用光栅编码器，通常控制精度均能满足要求。 圆筒曲轮控制系统 在松下m v b 型贴片枫中，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p c b 装载台的配合下，完成贴片 程序。 ( 6 ) z 轴静旋转定位 早期贴片机的z 轴吸嘴的旋转控制怒采用气缸和档块来实现的，只能做到 0 8 和9 擦铡，瑶在的菇片辍己鸯接将徽黧脉冲马达安装在黉占片头内帮，鞋实现 0 方向商精度的控制。松下m s r 型贴片机的微烈脉冲马达的分辨率为0 0 7 2 0 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 输入轴与输出轴蹦心度寓、闯隙小、振动低等优点，赦吸嘴鹳8 方向实际分辨 率高达0 0 0 2 4 0 脉冲，确保了贴片精度的提高。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第19 砸 2 s 3 赔籍头 菇片头逢站片税关键辩俘，它拾取元器件蠢自在校最系统豹羟镶下鑫秘校 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，赔片头己幽早期的单头、梳械对中发展瓢多头光学对中、下秘为酷片头 的嵇类形式： 单头 r 憋片头|厂固定头 l 多头_r 水平旋转转塔式 乙麓转头之 【垂直旋转转盘式 ( 1 ) 隧定单头 早期单头贴片机是幽吸嘴、定位爪、定位台和z 轴、挣角逡动系统组成， 并固定在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 件对中并给供料嚣一个信号( 电信号或机械信号) ，使下一个元件避入吸片位置。 但这种方式贴片速度很慢，通常贴放一只片式元件需1 秒。为了掇高贴片速度， 人们采取蜷如黏片头豹数篷载方法，鄹粟建多令魅片头寒增燕楚片速度 ( 2 ) 固定式多头 这建逶霜黧黉鑫片橇采矮静缭穆，它在藤单头翡薹磁上进行了敬迸，瓣由单 头增加到了3 6 个贴片头。它们仍然固窳在x 、y 轴上，但不再使用机械对中， 两改为多种形式的光学对中。工律时分剐吸取元器件，对中后再依次赔放到p c b 搬定位置上。目前这类机溅的贴片速度已迭3 万个元件小时的水准，丽照这类 机器的价格较低，并可缀合联用。 随藿爨占片头融枫披式改为吸嘴式，冀吸嘴豹技术要求也超应提裹。 吸嘴的真空系统 啜嘴夜吸冀对，必须达翻一定瓣粪空凌方蕤蓑弱拾怒元释是否蓬豢， 当元件侧囊或因元件“卡带”未能被吸起时，贴片机将会发出报警信号。 珏南交遴火掌硕士磷褒生学攘论文繁2 0 臻 蔽罐赘较藿麓 贴片头吸嘴拾超元件并将其贴放到p c b 上的瞬间，通常怒采取两种 方滚 苦放，一是裉罐元警豹离度，韶事瘫输八元传豹厚度，当辩片头下 降到此高度时，真空释放并将元件贴放到烬擞上，采用这种方法有时会 霞元件簿凄熬超蓑，爨溪憋薮遭零绒过迟埂象，严重舞会雩陡；元髂移位 或“飞冀”缺略；鬟种樊先进的方法是，啜媾会根据元件与p c b 接魅 的瞬间产，主的反作用力，在压力传感器的作用下实现贴放的软骜陆，又 稳为z 辍的软羞疆，数魅片轻松，不易出瑷移位与飞片缺陷。 暇嘴的毒才料与绪擒 渔着元孝 簸型纯，瑷已逛瑰0 + 8 蕊0 。3 m m 酚尽式元羚，丽啜辫又裹 速与元件接触，其磨损鼹非常严重的，特别是高速贴片机中，敞吸嘴的 橱褥与结构氇越采越受羽人们酶重褫。翠期深用会金材辩，戳瑶又改为 碳纤维耐黪塑料材料，缀先进的吸嘴则采髑瀚瓷毒才料及金刚石，使暇嘴 更瓣惩。 啜嘴懿结构毽徽了敬遴，特尉蹙在0 6 0 3 元俘黪赔片中，为了僚避嘏 起舟勺可靠性，在吸嘴上个孔，以保证吸取时的平衡。此外还考虑到，不 仅怒元侉零身足寸在躐，l 、，嚣盈与周嚣元髂豹闽涨选在躐，l 、，瓣照不纹 要链吸起元 孛，两强甏不影确溺逸元 孛，敬羧逡嚣静瑗磺郄使元串之间 酶趣黢为0 ，1 5 m m ，瞧翡方便逢黏装，翅圈2 - 5 掰示。 囊 强2 - 5 耀子贴放0 6 0 3 嚣盼的暇嘴 西南交通大学硕士研究生学1 焱论文 第2 1 鞭 ( 3 ) 旋转式多头 高速鼯片撬多采瑁旋转式多头结构，磊羲这静方式豹麓片速度蠢达到4 。5 j 万只小时。每贴个元件仅需0 0 8 秒左右的时间。 旋转式多头又分为承平旋转式转塔式与垂赢方向旋转转盘式，现分剐分 绍如下。 水平旋转转塔式 这类执器多见松下、三洋和富制造的赔片枫中，水平旋转式赔片 头的外观，贴片头的工作原理如图2 6 所示。 元赞啜壤 篓姜姜# 蠢踅换暖嘴4 一 西j 鸯t t ： c l | 。 剀2 - 6 水平旋转头工作原理幽 这类贴片机中有1 6 个贴片头，每个头上有4 6 个吸嘴，故可以吸 放多种大小不葡的元件。1 6 个赔片头固定寝装在转塔上，其能做水平方 向旋转，习惯上人们称之为水平旋转式或转塔式。旋转头备位置的功能 做了明确分工。贴片头在l 号位从送料器上吸起元器件，然后在逡运过 程中完成校正、测试，直至5 号健宠或黠片工序。由于然片头是豳定旋 转，不能移动。元件的供给只能靠送料器在水平方向的运动将所需的贴 敖元传送到指定载链墨。聚敬位曼鬟 l l 蠡p c b 工终台黪敬￥薅速运动寒实 现。这类贴片机的高速度取决于旋转头的高速运行，在贴片头旋转的过 。痔涮瓣臻 西南交通大学硕士研究生学仪论文第2 2 版 疆中，送糕器颤及p c 3 也纛溺步运行。 垂赢旋转转盘式贴片头 这类酪片头多觅于西门子菇片橇，它沟夕 麓魏豳2 7 掰示。麓转头 上安装有1 2 个吸嘴，工作时每个吸嘴的吸取元件，并在c c d 处( 剃定安 装) 调整ae ，吸唏中均安装有囊空传感嚣和压力传感嚣。通常此类贴 片枧中安装两组或四组旋转头，其中一组头在贴片，丽另组则在吸取 元件，然后交换功能，以达到高速贴片的霞的。 c c d 检测 圈圈 旋转校正位嚣 图2 7 垂赢旋转贴片头工作原理图 _ 西南交通大学硕士研究生学像论文第2 3 灏 ( 4 ) 缀合式菇蜂头 安必昂f c m 型贴片机，由1 6 个独立贴片头组合而成。1 6 个头可以同时贴放 元件，每小时可以羹占放9 。6 万个片式元件，僵对于每个辩片头来说，每小时只 贴6 0 0 0 个片式元件，仅相当于一螽中速机的水平，因此工作时贴片糖度商，故 障率小，嗓音低，对一个需贴装的产品来说，只要将所要贴放的元件按照一定 的程序分配到i 6 个贴片头上，裁熊实现均衡组合，著可获缮极蕊姆速度。 2 5 4 供料器 供料器( f e e d e r ) 的作用是将片式元器件s m c s m d 按照一定规律和顺序提 供绘贴片头以埂溅确方便地拾取，遮羞黩片速度莘龚精度受求戆提麓，近几年来 供料器的设计与安装，愈米愈受到人们的道视。根据s m c s m d 包装的不同，供 辩器逶豢鸯带状( t a p e ) 、蓉凝( s t i c k ) 、盘获( w a f f l e ) 帮教秘等兄秘。 ( 1 ) 带状供料器 带状包装 带状包装，在贴片生产中占有较大的比例。常见的元件有电阻、各种 电容以及各种s o i c 。带状包装由带盘与编带组成，类似电影拷贝，如黼2 8 所示。 根据材质不同，有纸编带，塑料编带及黏结式塑料编带，其中纸编带 包装与塑料缡豢静爨终，霹臻围一穆豢姨供糖器，露黏结式塑辩编繁爨谴 用的带状供料器的形式有所不同，但不管哪种材料的包装带，均有相同的 结秘。 鞭南交通大学硕士研究生潆位论囊 辩2 4 页 _w_w“_m_w_h”w4w_p“”_“”_”。* i ，“搬2 上糟慧瓣襻 孔豫狰 氟毒舞象节鬻 秘2 8 带敬也犍捧魁熄樾 鬃缡畿蝰蕊懿、窳攀蔗嚣蕊攀缎蠛，葵咚基攀为终，鼹感鬻秘魏蛰爨楚 羹辩薄骥。繁鬻上京霄拳元琵，叉猕麓魏，簿飘之蕊靛鞭离猕为步距， 蕊爨嫠魏遴秘器上靛轮魏渤瓣熬定鼗嚣。燧形藐蹩装裁元磐搏熬料拣，穗 暴装鼗礴尺弯翁元终。w 燕豢宽，带宽蕊& 蠢糕凇纯尺寸，毒8 黼，i 魏煳， 1 8 瓣，2 莲螂l 霸3 2 黼。翅袋装载勰龄凌土足毒元件黪鬻赛扎爨穗搀糯， 耐小予0 6 0 3 尺寸静镪毅带上静同涉托距嬲为2 t u r n , 赦宛购攥耕器对藏加戳 嚣瓣。 塑料镳带蛙! ；蕊糖、藏潜嗣疯楷缀残，捣为塑料， 强黪孑l 段慧溅筠纸觜 粪钕。 。 蘩熊式骧繁鬻援予魏装晨寸i 太些瓣器磐，磐s 棼i 饕，趣装熬元搭 传液器不予腔耩食在编带上，但褊辩上嚣一个蘩褴茏藐，供辩器上晒专臻 歙。澎镄褥元捧溪避，照鬣搜嚣嚣静舞蘸缕攀瓣襄辩被辩盼撬魏囊空骧潜躐 链。 鼗糕罄懿遮稽骧理 编带濂装程供辑器上，编带聋奄圈定裰供辩辩的轴上，编带通过腰带濑 甏避天煞骧疆爨t 主萦每蒜黪萎钵遴遵势鬻疆努薅，鬻悫舞蔽静耱土，绽 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 贞 蒂蘩俸上同步孔装入同步藕轮齿上，编带头遘至耄 攀辜嚣匏静灞。供辩器装 入供料站后，贴片头按程序吸取元件并通过“进给滚轮”给手柄一个机械 信号，使同步轮转一个角度，使下一个元件送到供料位置上。更先进的供 料器具有“清洁”功能，在带仓打开时，还能瞬时实现对元件的“演洁”， 去除元件上“污染物”，供料器增加元件的可焊性。上层带通过皮带轮机构 将上搓萤鼓强卷紧，废墓带暹过废繁逸遭摊涂到势瓣，蒡定射处理。 带状供料器的种类 投撂驱动阕步棘轮懿动力来添，带竣供瓣器霹分为穰攘式、电动式和 气动式。机械式就是棘轮传幼结构，它是靠贴片头遴动过程中向进给手柄 打压来驱动同步棘轮藩进的，所戬称为税械式，雨电动式的赫步棘轮的运 行则是依靠低速直流伺服电机驱动的。 此外还有气动式供料器，其同步棘轮的运行依靠微型电磁阀转换来控 制。丑翦供料器以枫械式与魄动式为多见。 ( 2 ) 管装供料器 管装钕装 许多s m d 采用管状包装，它具有轻便、价廉的优点，通常分为两大类： p l c c ，s o j 袋羯a 篓管包装；s o p 采溺b 鍪鬻包装。 s t i c k 供料器 管狡佞籽器静功能是把镑子内的器侔按颓序送掰吸片位置供贴片头吸 取。管状供料器的结构形式多种多样，它由电动振动台、定位板等组成。 早期仪安装一根管，现在则可以将稠同的几个管叠加在一起，以减少换料 的时间，也可以将凡罩孛不同豹s t i c k 并列在一道，实现嗣时供辩，馒援对 只要调节料架振幅即可以方便地工作。 ( 3 ) 袭装供秘嚣 盘装又称华夫盘包装，它主蒙用于q f p 等器件。通常这类器件引脚精细， 壤荔磋饶，敲采麓上下托鑫涛器佟翡本俸必紧，并保证纛右不能移动，键于运 输和贴装。 _ _ h _ _ _ _ - 一一 西南交通大常硕士研究生学1 盎论文 第2 6 贞 j 两疆臻 器酾殆聿奄形式有攀淼式秘多盘式。攀盘式镶辩器仅楚一令楚形不 锈钢盘，只要把它放在料位上，用磁条就可以方便地定位。 对于多种q f p 器件的供科，娜可戳通过多擞专用供料器，它又称为t r a y f e e d e r ，现已广泛采用，通常安装在贴片机的后料位上，约占2 0 个8 m m 料位。 但它却可以为4 0 种不同的q f p 同时供料。 较先遴的多盘供料器可姆托盘分上下鹾部分，各容2 0 盘，并能分别控测， 更换元器件时，可实现不停机换料。 4 ) 数装仓 i 錾式 共鹳器 散装仓储式供料器是近几年出现的新型供料器。s m c 放在专用塑料盒内，每 鑫装毒l 万只元件。不纹可以减少停辊辩闻，两虽节约罗大量的编带纸。这毽 意味着节约木柴，故具有“环保概念”。散装供料器的供料原理是由于它带有一 套线性振动轨道，随着导轨的振动，元器件在轨道上排队向前。这种供料器适 合于矩形和圆形片式元件，但不适用于极性器佟。目前最小元传尺寸已做到 1 o m m 0 5 m m 0 4 0 2 ，散装仓储式供料器所占料位与8 m m 带状包装供料器相同。 基翦已开发爨豢双仓、双道孰戆教装愈姥式供料器，帮一只供将器秘当予 两只供料器的功能，这意味着在不增加空间的情况下，装料能力提高了一倍。 ( 5 ) 供瓣嚣瓣安装系统 由于s m t 贴装的产品愈来愈复杂，每种电子产品需贴装的元件也愈来愈多， 囡魏要求赔片梳能装载更多翡供睾尊器，通常黻能装载8 m m 送辩嚣的数量作为赔 片供料器的装载数。大部分贴片机是将供料器直接安装在机架上，为了能提高 贻片能力，减少换料时问，特剐怒产品更新时往往需要熏新组织供料器，因此 大型高速的贴片机采取双缀合送料器，真难擞到不婷祝换料，最多可放鬟1 2 0 2 个供料器。 在一毖中速飒中，则采取雄车一葵式料架，按鹣时可叛方硬缝将整个供辩 器与主机脱离，实现供料嚣整体更换，大大缩短城卸料架的时间。 西南交通大学硕士研究生学 焱论文 第2 7 贳 2 6 贴片褫的分类与樊型辊型介绍 2 6 1 贴衍杌的分类 蟊静世界上已有近凡十个贴片机生产厂家，生产的贴片机达几百种之多， 贴片机的分类也没有固定的格式，习惯上肯下列几种。 ( 1 ) 按速度分类 中速赔片规：3 0 0 0 片小时 烛片这发 9 0 0 0 片小时 高速贴片机：9 0 0 0 片d 时 贴片速度 1 6 7 。 不同制造公司生产的商遽赡片视以及与之配套的多功链赔片褫墅号见表 2 3 和表2 4 。 当然，e l 斡遂两类贴片枫的贴片功能可置楣兼容，既高速贴片枧不仅只贴片 式元器件，丽且能黉占装尺寸不太大酶q f p 秘p l c c ( 3 2 r a m x 3 2 r a m ) 甚至能贴装c s p ， 这样做的好处魁将速度、精度、尺寸三者兼容，若两台贴片机连线工作时，能 将躐有元器件遴行适当分配，以达到两套赔片枫的总体赌装对闯互麟乎衡，这 对键高总体赔装速度是非常鸯意义的。 嚣痿交通火警矮壬酝究生学位论文 繁2 9 煲 表2 - 3 不同制造公司生产的高速超商速贴片机 高速机超高速机 功能 剁造 公霹攀号 贻片速庭 赋片精度 适筠范蘑 ( 万片小时) 元件尺寸0 6 0 3 ：2 5 m m 2 5 m m 器 安必昂 f c mc h i p 9 6 7 5 “m 30件p i t h o 5 m m ，p c b 尺寸：5 0 m m ( e 刹滞) 5 0 n n 4 6 0 m m x 3 9 0 m m ( m a x ) ， 供辩器9 6 个( 蓑1 9 2 静元臻馋) c h i p 元件尺寸0 6 0 3 ：3 2 m m 3 2 m m 器 m s r c h i 0 4 5 7 5 “m 3o ，件p i i h o 5 m m ，p c b 尺寸：5 0 m m 松下 q f p 4 - 5 0 n n 5 1 0 m m x 4 6 0 m m ( m a x ) ， 7 5 “m 30 供料器7 5 2 个或1 5 0 x2 种元 件 元髂足专：0 6 0 3 ：3 2 m m x 3 2 m m 器 j u , i , i 松下c m 8 8c h i p 4 25 鲇m 3 o 件，p c b 尺寸：5 0 m m x 5 0 n n 3 3 0