【正文】 用。其中一片光柵固定在轉(zhuǎn)動部位做指標光柵，另一片則隨轉(zhuǎn)動軸同步運動并用來記數(shù)，因此，指標光柵與轉(zhuǎn)動光柵組成一對掃描系統(tǒng)，相當于記數(shù)傳感器。 （ 2）磁柵尺 磁 柵尺由磁柵尺和磁頭檢測電路組成，利用電磁特性和錄磁原理對位移進行測量。 磁柵尺的優(yōu)點是制造簡單，安裝方便，穩(wěn)定性高，量程范圍大，測量精度高達 15微米。光柵尺是在透明玻璃或金屬鏡面上真空沉積鍍膜，利用光刻技術制作密集條紋（每毫米100300 條紋），條紋平行且距離相等。 西門子貼片機最早采用光柵尺 AC 伺服電機系統(tǒng)。 Y 軸方向運行的同步性 由于支撐著貼片機頭的 X 軸是安裝在兩根 Y 軸導軌上 ,為了保證運行的同步性 ,早期的貼片機采用齒輪、齒條和過橋裝置將兩 Y 導軌相連接。最新的 XY 運動系統(tǒng)采用模糊控制技術，運動過程中分三段控制，即“慢 快 慢 ”，呈 “S”型變化，從而使運動變得更 “柔和 ”，也有利于貼片精度的提高，同時機器噪音也可以減到最小。 （ 1）圓光柵編碼器 AC/DC 馬達伺服系統(tǒng) 在通用型貼片機 [泛用機 ]中，吸嘴的 Z 方向伺服控制與 XY 伺服定位系統(tǒng)類似，即采用圓光柵編碼器的 AC/DC 伺服馬達 滾珠絲桿或同步帶機構。 Z 軸旋轉(zhuǎn)定位 早期貼片機的 Z 軸 ∕ 吸嘴的旋轉(zhuǎn)控制是采用氣缸和檔塊來實現(xiàn)的 ,現(xiàn)在的貼片機湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 22 已直接將微型脈沖馬達安裝 在貼片頭內(nèi)部，以實現(xiàn) θ 方向高精度的控制。當貼片頭吸取元件后，在主軸提升時，撥動四個爪把元件抓一下，使元件輕微的移動到主軸中心上來， QFP 器件則在專門的對中臺 [規(guī)正爪 ]進行對中，這種對中方法由于是依靠機械動作，因此速度受到限制，同時元件也容易受到損壞，目前這種對中方式已不在使用，取而代之的是光學對中。 灰度值分辨率是利用圖象多級亮度來表示分辨率的方法，機器能分辨給定點的測量光強度 ,所需光強度越小 ,則灰 度值分辨率就越高 ,一般采用 256 級灰度值 ,它具有很強的精密區(qū)別目標特征的能力。 但通常在分辨率高的場合下， CCD 能見的視野（ Frame）小，而大視野的情況下則分辨率較低，故在高速 /高精度的貼片機中裝有兩種不同視野的 CCD。所謂的 BGA 照明是 LCD 比以往更加水平，早期的照明裝置能同時照亮焊球與元件底部，故難以把它們區(qū)別開來，改進后的照明系統(tǒng)， 當 LCD 點亮時，僅使 BGA 元件的焊球發(fā)出反光，從而能夠識別球柵的排列，增加可信度。 CCD 對定位標志確認后，通過 BUS 反饋給計算機，計算出貼片原點位置誤差（△ X、△ Y），同時反饋給運動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn) PCB 的識別過程。貼片頭吸嘴吸取元件后先移至 CCD 上確認 ,以修正△ X，△ Y 和△ θ,再將元器件貼放到指定位置 ,這種方法比較傳統(tǒng)。 貼片頭 貼片頭是貼片機關鍵部件 ,它拾取元件后能在校正系統(tǒng)的控制下自動校正位置 ,并將元器件準確地貼放到指定的位置。為了提高貼片速度，人們采取增加貼片頭的數(shù)量的方法，即采用多個貼片頭來增加貼片速度。目前這類機型的貼片速度已達 3 萬個元件 /小時的水準，而且這類機器價格較低，并可組合聯(lián)用。 3）、吸嘴的材料與結(jié)構 隨著元件的微型化，現(xiàn)已出現(xiàn) ，而吸嘴又高速與元件接觸，其磨損是非常嚴重的，特別是高速貼片機中，故吸嘴的材料與結(jié)構也越來越受到人們的重視。 （ 3）、旋轉(zhuǎn)式多頭 高速貼片機多采用旋轉(zhuǎn)式多頭結(jié)構 ,目前這種方式的貼片速度已達到 ～ 5 萬只 /小時。 這類貼片機中有 4 個貼片頭，每個頭上有 20個吸嘴，吸嘴中均安裝有真空傳感器和壓力傳感器。 2）、垂直旋轉(zhuǎn) /轉(zhuǎn)盤式貼片頭 這類貼片頭多見于西門子貼片機，旋轉(zhuǎn)頭上安裝有 12 個吸嘴，在西門子 D3 貼片機中有的旋轉(zhuǎn)頭有 6 個吸嘴，工作時每個吸嘴均吸取元件，并在 CCD 處（固定安裝）調(diào)整△θ，吸嘴中均安裝有真空傳感器和壓力傳感器。 1供料器 供料器（ feeder）的作用是將片式元器件 SMC/SMD 按照一定規(guī)律和順序提供給貼片頭以便準確方便地拾取，它在貼片機中占有較多的數(shù)量和位置，它也是選擇貼片機和安排貼片工藝的重要組成部分，隨著貼片速度和精度要求的提高，近幾年來供料器的設計與安裝，愈來愈受 到人們的重視。帶狀包裝由帶盤與編帶組成，類似電影拷貝。矩形孔是裝載元器件的料腔，用來裝載不同尺寸的元件。上帶與編帶基體通過分離板分離，固定到收帶輪上，編帶基體上的同步孔裝入同步棘輪齒上，編帶頭直至供料器的外端。 3）、供料器的種類 根據(jù)驅(qū)動同步棘輪的動力來源，帶狀供料器可分為機械式、電動式和氣動式。 （ 2）、管狀供料器 1）、管狀包裝 許多 SMD 采用管狀包裝，它具有輕便、價廉的特點，通常分為兩大類： PLCC、SOJ 為“丁形腳”，采用的為一種； SOP 為“鷗翼腳”則采用另一種。 （ 3）盤裝供料器 盤裝又稱華夫盤包裝，它主要用于 QFP 器件。 對于多種 QFP 器件的供料，則可以通過多盤專用的供料器，它又稱為 tray feeder，現(xiàn)已廣泛采用，通常安裝在貼片機的后料位上，約占 20 個 8mm料位，但它卻可以為 40種不同的 QFP 同時供料。 盤狀供料器的結(jié)構形式有單盤式和多盤式。管狀供湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 28 料器的結(jié)構形式多種多樣，它由電動振動臺、定位板等組成。此外還有氣動式供料器，其同步棘 輪的運行依靠微型電磁閥轉(zhuǎn)換來控制。更先進的供料器具有“清潔”功能，在帶倉打開時，還能瞬時實現(xiàn)對元件的“清潔”，去除元件上的“污染物”，供料器增加元件的可焊性。塑料編帶由基帶、蓋帶和底帶組成，均為塑料，同步孔及帶寬與紙帶類似。 紙 編帶由基帶、底帶和帶蓋組成，其中基帶是紙，而底帶和蓋帶則是塑料薄膜。 （ 1）、帶狀供料器 1）、帶狀包裝 帶狀包裝在生產(chǎn)中占有較大比例。 （ 4）、組合式貼片頭 安必昂 FCM 型貼片機，由 16 個獨立貼片頭組合而成。 4 個貼片頭分別安裝在貼片機的四個區(qū)，每個貼片頭分別通過識別光柵尺進行移動，由于貼片頭是固定旋轉(zhuǎn)，不能移動，元件的供給靠飛達在湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 26 水平方向?qū)⑺璧馁N放元件送到指定的位置貼片頭進行識別拾取進行貼裝，貼放位置通過相機識別系統(tǒng)識別 PCB 元件位置進行貼裝。 旋轉(zhuǎn)式多頭又分為水平旋轉(zhuǎn) 式 ／ 轉(zhuǎn)塔式與垂直方向旋 轉(zhuǎn) ／ 轉(zhuǎn)盤式，現(xiàn)分別介紹如下。 吸嘴的結(jié)構也做了改進，特別是在 0603 元件的貼片中，為了保證吸起的可靠性，在吸嘴上設個孔，以保 證吸取時的平衡。 1） 、吸嘴的真空系統(tǒng) 吸嘴在吸片時，必須達到一定的真空度方能判別拾起元件是否正常，當元件側(cè)立湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 25 或因元件 “卡帶 ”未能被吸起時，貼片機將會發(fā)出報警信號。它們?nèi)匀还潭ㄔ?X， Y 軸上，但不在使用機械對中，而改為多種樣式的光學對中。當吸嘴吸取一個元件后，通過機械對中機構實現(xiàn)元件對中并給供料器一個信號（電信號或機械信號），使下一個元件進入吸片位置。飛行對中的技術有下列幾種形式： 1）、 CCD 安裝在貼片頭上，這是 Qllad 貼片機最先采用的方法，用此方法 QFP的貼裝速度由原來的 下降到 。 在 SMD 迅速發(fā)展的情況下，引腳間距已由早期的 過渡到 和 等，這樣僅靠上述兩個光學確認還不夠，因此在 PCB 設計時還增加了小范圍幾何位置確認，即在要貼裝的細間距 QFP 位置上再增加元器件圖象識別標志，確保細間距器件貼裝準確無誤。當 PCB 輸送至貼片位置上時，安裝在貼片機頭部的 CCD，首先通過對 PCB 上所設定的定位標志識別，實現(xiàn)對 PCB 位置的確認。 例如松下 MSR 高速機中，小視野 CCD 視場為 6mm6mm,像素為 25 萬，分辨率達到 ，大視野 CCD 視場為 36mm36mm,像素達 100 萬，分辨率為 41μm 。 空間分辨率是指 CCD 分辨精度的能力 ,通常用像元素來表示 ,即規(guī)定覆蓋原始圖象的柵網(wǎng)的大小 ,柵網(wǎng)越細 ,網(wǎng)點和像元素越高 ,說明 CCD 的分辨精度越高。 （ 2）、光學系統(tǒng)的組成 光學系統(tǒng)由光源、 CCD、顯示器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換與圖象處理系統(tǒng)組成，即 CCD 在給定的視野范圍內(nèi)將實物圖象的光強度分布轉(zhuǎn)換成模擬信號 ,模擬電信號在通過 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 ,經(jīng)圖象系統(tǒng)處理后 再轉(zhuǎn)換為模擬圖象 ,最后由顯示器反應出來。 光學對中系統(tǒng) 貼片機的對中是指貼片機在吸取元件時要保證吸嘴吸在元件中心，使元件的中心與貼片頭主軸的中心線保持一致 ,因此 ,首先遇到的是對中問題。由于吸嘴 Z 方向運動行程短，以及采用光柵編碼器，通?？刂凭染軡M足要求。這里的 Z 軸控制系統(tǒng) ,特指貼片頭的吸嘴運動過程中的定位 ,其目的是適應不同厚度 PCB與不同高度元器件的貼片需要。目前設計的新型貼片機 X 軸運行采用完全同步控制回路的雙 AC 伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)，將內(nèi)部震動降至最低，從而保證了 Y 方向同步運行，其速度快，噪音低，貼片頭運行流暢輕松。 總之，上述三種測量方法均能獲得很高的定位精度，但僅能對單軸向運動位置的湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 21 偏差進行檢測，而對軌道的變形、彎曲等因素造成的正交或旋轉(zhuǎn)誤差卻無能為力。指示光柵有相同密度的條紋，光柵尺是根據(jù)物理學的莫爾條紋形成原理進行位移測量，測量精度高，一般在 微米。帖片精度一般在 毫米。磁頭在磁柵尺上移動和讀取磁信號，并轉(zhuǎn)變成電信號輸入到控制電路，最終控制 AC 伺服電機的運行。 貼片機在工作時，將位移量轉(zhuǎn)換為編碼信號，輸入編碼器中，當電機工作時，編碼器就能記錄絲桿的旋轉(zhuǎn)度數(shù)，并將信息反饋給比較器，直至符合被測線性位移量，這樣就將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成了線性運動，保證貼片頭運行到所需位置上。 （ 1）圓光柵編碼器 通常圓光柵編碼器的轉(zhuǎn)動部位上裝有兩片圓光柵，圓光柵是由玻璃片或透明塑料制成，并在片上鍍有明暗相間的放射狀鉻線，相鄰的明暗間距稱為一個柵節(jié)，整個圓湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 20 周總柵節(jié)數(shù)為編碼器的線脈沖數(shù)。 由于同步齒行帶載荷能力相對較小，僅適用于支持 貼片頭運動，典型產(chǎn)品是德國西門子貼片機，如 HS50 型貼片機，該系統(tǒng)運行噪聲低，工作環(huán)境好。 貼片速度的提高，意味著 XY 傳動結(jié)構速度的提高，這將會導致 XY 傳動結(jié)構因運動過快而發(fā)熱，通常鋼材的線膨脹系數(shù)為 ，鋁的線膨脹系數(shù)為鋼的 倍，而滾珠絲杠 [與馬達連接 ]為主要熱源，其 熱量的變化會影響貼裝精度，故最新研制出的 XY 傳動系統(tǒng)，在導軌內(nèi)部設有 [氮冷 ]冷卻系統(tǒng)，以保證因熱膨脹帶來的誤差，如果 XY 軸沒有強制冷卻，在軸的附近會有明確的變形。還有一類貼片機，貼片機的機頭安裝在 X 導軌上，并僅做 X 方向運動，而 PCB承載臺僅做 Y 方向運動，工作時兩者配合完成貼片過程，其特點是 X， Y 導軌均與機座固定，它屬于靜式導軌（ Statil Rail）結(jié)構。 （ 1）功能 X， Y 定位系統(tǒng)是貼片機的關鍵機構，也是評估貼片機精度的主要指標，它包括 X，Y 傳動結(jié) 構和 X， Y 伺服系統(tǒng)。 （ 2）活動式導軌 在另一類高速貼片機中， B 區(qū)導軌相對于 A、 C 區(qū)是固定不變的， A、 C 區(qū)導軌卻可以上下升降，當 PCB 由印刷機送到導軌 A 區(qū)時， A 區(qū)導軌處于高位并與印刷機相接，當 PCB 運行到 B 區(qū)時， A 區(qū)導軌下沉到與 B 區(qū)導 軌同一水平面， PCB 由 A 區(qū)移到 B 區(qū)，并由 B 區(qū)夾緊定位，當 PCB 貼片完成后送到 C 區(qū)導軌， C 區(qū)導軌由低位（與B 區(qū)同水平）上移到與下道工序的設備軌道同一水平，并將 PCB 由 C 區(qū)送到下道工序。 （ 1）整體式導軌 在這種方式貼片機中， PCB 的進入、貼片、送出始終在導軌上，當 PCB 送到導軌上并前進到 B 區(qū)時， PCB 會有一個后退動作并遇到后制限位塊，于是 PCB 停止運行，與此同時， PCB 下方帶有定位銷的頂塊上行，將銷釘頂入 PCB 的工藝孔中，并且 B湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 18 區(qū)上的壓緊機構將 PCB 壓緊。 傳送機構與支撐臺 傳送機構的作用是將需要貼片的 PCB送到預定位置 ,貼片完成后再將 SMA送至下道工序。它的整體性比整體鑄造低一點， 但具有加工簡單，成本較低的特點。目前貼片機有各種形式的機架，大致可分為兩類。 貼片機的結(jié)構與特性 目前 ，世界上生產(chǎn)貼片機的廠家有幾十家，貼片機的品種達幾百個之多，但無論湖南鐵道職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文） 17 是全自動貼片機還是手動貼片機，無論是高速貼片機還是中低速貼片機，它的總體結(jié)構均有類似之處。 圖 1220 印刷機圖像采集卡 貼片機 貼片機的發(fā)展 近 30 年來，貼片機已由早期的低速度（ 秒 /片）和低精度（機械對中）發(fā)展