【正文】 工作原理： 貼裝平臺融合了精密機械、視覺檢測、智能化控制、計算機數(shù)字控制等現(xiàn)代機光電一體化綜合技術，通過吸取、移位、定位、貼裝等功能，在不損傷元器件和印刷電路板的情況下，將元器件快速而準確地貼裝到印刷電路板所指定的焊盤位置上。這些準備好之后，就可以進行自動貼裝了。DVP20PMOOM是臺達公司開發(fā)的一款重要產(chǎn)品，與DVP20PMOOD同屬DVP20PM系列，是專用于工業(yè)自動化領域、具有數(shù)字運算操作功能的一種工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構與微型計算機基本相同，如圖13所示。圖13:DVP20PMOOM硬件結(jié)構圖 由于DVP20PMOOM用于對三軸基礎平臺進行控制，但是它只能接收兩路高速計數(shù)脈沖輸入，由于本系統(tǒng)是通過光柵尺反饋構成的全閉環(huán)控制系統(tǒng)，X,Y,Z三個運動軸實際走過的位移需實時反饋給控制器，X,Y兩個運動軸上光柵尺的反饋脈沖信號由DVP20PMOOM內(nèi)部高速計數(shù)器對應的外部接口接收，所以為Z軸配置了高速計數(shù)模塊。本平臺伺服電機的后端都裝有增量型編碼器，電機每轉(zhuǎn)一圈，編碼器會輸出固定數(shù)目的脈沖信號。表16：伺服驅(qū)動器相關參數(shù)設置表在位置模式(端子輸入)下，驅(qū)動器接收脈沖命令，命令由外部端子輸入，控制伺服電機運動到目標位置，信號形態(tài)為脈波。圖17：光電開關與內(nèi)部電路原理圖 雖然伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)采用了閉環(huán)控制提高平臺定位精度，因反饋信號來自于電機輸出軸，故為半閉環(huán)控制，為了進一步提高位置控制精度，設計中嘗試增加光柵尺形成全閉環(huán)來提高XYZ定位精度。為提供高效工作保障，DOPB07S411觸摸屏采用高性能處理器，可進行快速的數(shù)據(jù)傳送和處理，同時具有65536色彩顯示以及800*480的高分辨率，可真實呈現(xiàn)操作元件與圖片，觸摸屏還配有音效輸出，以防異常情況發(fā)生。 貼裝頭的擺幅精度由擺動步進電機的步數(shù)控制，由貼裝頭控制器PMC20MT3預先學習并記憶擺動的角度，在每次吸料和貼放過程中，PMC20MT3根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)給出準確的脈沖數(shù)，這樣就能保證貼裝頭每次都能準確吸料和貼片。步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為對應的角位移或直線位移的機電執(zhí)行元件。 ③具有過流自保護、過熱自動保護的功能，指示燈提示。由于控制器無多余輸出端口，故將其懸空不接。因此，一旦啟動充氣泵和真空泵，在貼裝平臺停機前，它們將一直處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)。圖27：應差模式經(jīng)過測試，吸嘴完全吸住元器件的情況下，~，故取Lo=55kPa，Hi=54kPa。在初始化時下視系統(tǒng)還用于采集各個部件的基準點圖像從而進行定位，因此也叫基準相機。（1）圖像灰度化： 本論文所用的相機是彩色相機，為了提高后續(xù)圖像處理的效率和質(zhì)量，首先需要對圖像進行灰度化處理。消除圖像中的噪聲成份叫做圖像的平滑化或濾波操作。 ②中值濾波 中值濾波法是一種非線性平滑技術，中值濾波法的基本原理是將每個像素點的灰度替換成為該點的鄰域模板內(nèi)的所有像素點灰度值序列中的中值。 全局閾值是通過閾值求解算法自動計算或者人為設定一個最佳閾值然后用這一閾值對圖像進行分割處理，求解算法包含有Otsu算法、迭代法、最大熵算法等。Otsu算法也叫大津法或最大類間方差法，Otsu法使用的是聚類的思想，把圖像的灰度數(shù)按灰度級分成2個部分，使得兩個部分之間的灰度值差異最大，每個部分之間的灰度差異最小，通過方差的計算來尋找一個合適的灰度級別來劃分。因此邊緣檢測就是通過計算找出圖像特征突變處的像素點集。貼裝平臺的視覺對準算法的實現(xiàn)流程如下圖34所示。（2） 、點模式匹配：在眾多點模式匹配算法中，Van Wamelen提出的快速點模式匹配算法是較為快速的一種。圖像處理功能是借助于Open CV 開源庫實現(xiàn)的。（2）對貼裝平臺的機器視覺系統(tǒng)進行了研究，分析了機器視覺系統(tǒng)的組成，建立了圖像處理軟件界面，并編程實現(xiàn)了圖像采集和處理功能。在Windows平臺上建立友好的數(shù)據(jù)管理人機界面，利用ADO數(shù)據(jù)庫編程技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與軟件界面的連接，實現(xiàn)了良好的數(shù)據(jù)管理功能。圖38：Mark點中心點示意圖 總結(jié)： 本文所研究的課題是本科生實驗教學搭建表面貼裝技術實驗平臺，在已搭建好的硬件平臺上的基礎上，對貼片機的視覺系統(tǒng)、數(shù)據(jù)組織工藝以及機器參數(shù)的標定方法進行研究，最終利用VC++對貼裝平臺的控制軟件進行了開發(fā)，分別對貼片機的圖像處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)了相應的程序開發(fā)，各個系統(tǒng)模塊都實現(xiàn)了一定的功能。 圖像采集功能是通過 Directshow 來實現(xiàn)的，Directshow 是微軟推出的基于 COM的流媒體處理開發(fā)包。 上一節(jié)中對圖像預處理部分已經(jīng)進行了介紹。視覺對準算法分粗定位和精定位兩步來實現(xiàn)。圖像邊緣是圖像局部特征突變的一種表現(xiàn)形式。在實際應用中可以根據(jù)情況選擇合適的閾值分割方法。閾值分割的基本原理就是把灰度值大于設定閾值的像素點的灰度值都置為255（或0），小于該閾值的像素點的灰度值置為0（或255）。然后對模板中所有像素的灰度平均值進行求解，最后求得的灰度平均值替換要處理的像素點的灰度。（2） 濾波去噪： 圖像信號在成像和傳輸?shù)倪^程中會受到各種噪聲的干擾，這些噪聲使圖像質(zhì)量變差，圖像變得模糊，關鍵特征被消減甚至淹沒。該相機的主要技術參數(shù)如下：圖像傳感器尺寸：1/2英寸（ ），圖像分辨率為12801024(單位:像素)，定焦16mm，USB接口。視覺系統(tǒng)通過識別PCB板上的Mark點從而對PCB進行定位。.(常閉型)，主顯示屏的顯示顏色在On時為紅色，Off時為綠色，單位選擇kPa。在真空控制系統(tǒng)，通過兩位三通電磁閥控制氣體流動方向來供給吸嘴所需的負壓和壓力空氣。DIR為方向信號輸入端。圖23：步進電機驅(qū)動器 （1）驅(qū)動器主要特點： ①各開關配置方法在電路板上己標明，方便調(diào)試。貼裝頭控制部分包括3個步進電機，5個電磁閥、2個真空泵、1個充氣泵和1個負壓傳感器，本控制器剛好能滿足對貼裝頭控制系統(tǒng)中所有器件的控制。在擺桿回到原始位置的過程中，左側(cè)吸嘴在復位彈簧作用下回到平衡位置。這樣，控制系統(tǒng)就能擁有直觀、簡便的操作。 貼裝平臺選用Omron EESX671A凹槽式光電開關，屬于遮光On型，如圖17所示，在X,Y,Z軸線性模組的兩端安裝光電開關用于限定各軸的運動范圍，當運動到極限位置時，運動機構上安裝的擋塊會進入到傳感器槽內(nèi)，遮住發(fā)射光線，經(jīng)過內(nèi)部電路處理，產(chǎn)生輸出信號送至控制器，通過檢測到的這類輸出信號來控制伺服電機執(zhí)行相應的停止動作。數(shù)碼顯示器可顯示驅(qū)動器的伺服狀態(tài)、參數(shù)、異警等基本信息，操作按鈕用于對數(shù)字面板進行操控。DVP20PMOOM與伺服驅(qū)動器及伺服電機的連接如圖15所示。配有輸入輸出指示燈，方便觀察執(zhí)行狀態(tài)。控制系統(tǒng)硬件組成如圖11所示，下面對系統(tǒng)中的每部分進行介紹。貼裝數(shù)據(jù)獲取階段主要是對所要加工的PCB板進行數(shù)據(jù)準備，如所要貼裝的點數(shù)，每個貼裝點在機器坐標系中的坐標，貼裝點上所要貼裝的元件的種類，元件的拾取位置等。圖7：貼裝平臺結(jié)構圖 XY 平面?zhèn)鲃咏Y(jié)構的運動范圍，以貼裝工藝的要求為主，兼顧其它功能的需要合理確定，原則上應保證整機尺寸合理、結(jié)構緊湊、便于安裝和維護，并具備一定的擴張空間。X軸傳動機構也采用線性模組，橫跨在Y軸線性模組與直線導軌上，與Y軸組成貼裝平臺的主傳動機構。仿真數(shù)據(jù)表明，%%。最后構造元件拾取組，確定每組的元件組成和各元件組的拾取順序。 Lee等人研究了多貼裝頭直列式貼片機的貼裝時間優(yōu)化問題。這類貼片機常常配有前后兩個喂料機構，而且是固定不動的。他們對第二種模型應用線性規(guī)劃松弛方法得到最優(yōu)貼裝時間的下限值，并利用貼裝時間上限值和下限值之間的差值作為判斷它們與最優(yōu)值接近程度的標準。很顯然，總的貼裝時間取決于兩個因素:各個元件喂料器所分配的喂料槽位置和PCB上各個元件的拾取貼裝順序。顯然，順序貼片機總是按順序完成一個元件的拾取和貼裝操作后，才進行下一個元件的拾取和貼裝操作。 例:假定，選用QFP100器件樣本，144個引腳/焊盤搭接貼裝的平均面積為85%，標準偏差為5%，則相對50%引腳/焊盤搭接標準，CPK= ( 8550 )/(3X5)=。其優(yōu)點是與SMT焊接工藝的關系更密切連接起來，因為即使X, Y, θ(轉(zhuǎn)動)軸分別符合技術指標要求，但有時三個傳動系統(tǒng)集中起來，也會對焊點的形成產(chǎn)生不良影響。首先將4塊檢測樣板表面貼上雙面膠，按給定器件的貼裝程序，在4塊檢測樣板上貼裝器件。同時此類貼片機價格昂貴，有些先進產(chǎn)品更是售外限制，對于小批量生產(chǎn)的使用者來說存在著諸多現(xiàn)實約束。；貼裝元件范圍：0201（）~44mm，SOP、PLCC、QFP、BGA、SOT封裝的元器件，貼裝的元器件高度可達到7mm；多達120個供料站位。20世紀80年代初期，由于集成化高、體積小、重量輕、電磁兼通性好和電氣可靠性高等諸多優(yōu)點，因此SMT成為先進電路板級組裝工藝技術主流方向，同時SMT貼片設備作為電子工業(yè)的一個標志在各個國家開始大規(guī)模發(fā)展起來。這種情況，只需要對表面貼裝工藝設計的部分內(nèi)容重新設計即可。完整的表面貼裝工藝設計內(nèi)容主要包括以上四個部分，但是設計完成的工藝還需要實際生產(chǎn)的反饋來確認設計的質(zhì)量。因此，在選擇過程中要充分對各種需求進行挖掘和重要度評價。如何選擇焊膏和專用膠水是表面貼裝工藝設計的內(nèi)容。生產(chǎn)能力包括生產(chǎn)速度和生產(chǎn)多種不同產(chǎn)品的兼容性。但是公司還可能有其他需求，如希望設備具有較強的擴充性，不至于使用四五年就因為無法適應新產(chǎn)品的技術需求而被淘汰。第一:選擇何種設備設施組成生產(chǎn)流水線。需要合理選擇設備，膠水并設計好參數(shù)設置才能確保工藝的效果。要提高焊接質(zhì)量，就要通過回流焊爐的控制程序?qū)σ陨纤膫€階段進行管控，才能確保焊接效果。加熱系統(tǒng)主要看加熱效率，溫控精度，溫度均勻性以及穩(wěn)定性。 （2） 高速機器視覺識別及照明技術。印刷系統(tǒng)主要是指印刷設備和印刷參數(shù)。表面貼裝工藝主要包括核心工藝和輔助工藝兩大部分。無鹵素電子產(chǎn)品的推出必將催生新一輪的新材料新工藝的產(chǎn)生，并對企業(yè)的工藝系統(tǒng)造成新的沖擊。而新材料和新工藝的出現(xiàn)會對企業(yè)現(xiàn)有的工藝系統(tǒng)造成沖擊，促使工藝更新。而表面貼裝工藝(Surface Mount Technology,SMT)相關產(chǎn)業(yè)作為電子制造業(yè)重要的基礎性產(chǎn)業(yè),隨著整個電子產(chǎn)業(yè)在新世紀的崛起,以及SMT技術在電腦,網(wǎng)絡通信,消費電子以及汽車電子等產(chǎn)品中的廣泛應用,也相應地有了非常大程度的發(fā)展。為了研究貼片機的關鍵技術，為開發(fā)人員提供一個開放式的實驗平臺，本文設計了一個貼裝技術實驗平臺。貼裝技術實驗平臺設計分析報告 摘要：隨著電子信息技術產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，電子制造面臨微型化和高集成度方面的巨大挑戰(zhàn)，電子先進制造技術中的SMT(Surface Mount Technology)需要不斷適應這些變化。因此對貼片機貼片過程的優(yōu)化，對提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本有著重要的現(xiàn)實意義。到目前為止,中國已經(jīng)成為全球電子資訊產(chǎn)品最大的制造基地。電子產(chǎn)品的特點是刷新頻率越來越高，更新?lián)Q代越來越快，生命周期越來越短，這會催生新材料,新工藝的出現(xiàn)。另外，在Ro HS相關法令之后，電子行業(yè)正在醞釀更進一步的環(huán)境約束要求即“無鹵素工藝(Halogen Free)”，這一環(huán)境要求旨在推行不含鹵素的電子產(chǎn)品，目前已經(jīng)有相關企業(yè)在推出無鹵素電子產(chǎn)品。印制線路板和表面貼裝元器件通過表面貼裝工藝完成表面貼裝工作。模板的作用就是將焊膏準確的印到印制線路板上，模板的制作方法和開孔設計對印刷質(zhì)量有很大影響。貼片機的主要關鍵技術包括:（1） 運動，執(zhí)行及送料機構高速，微型化技術。回流焊爐的焊接能力主要體現(xiàn)在回流焊爐的加熱系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，助焊劑管理系統(tǒng)，惰性氣體保護系統(tǒng)四個方面。完成貼片的線路板在通過回流焊爐時，一般經(jīng)歷四個階段:預熱階段，保溫階段，回流階段以及冷卻階段?！包c膠”工藝的工藝元素主要包括“點膠”設備，專用膠水和“點膠”參數(shù)的設置。完整的表面貼裝工藝設計內(nèi)容主要包括以下幾個方面。另外，公司投資購買設備當然期望設備能夠為公司帶來回報，因此要對公司這一內(nèi)部顧客的需求進行充分分析和挖掘，比如公司的需求是成本恰當和服務優(yōu)異，就要對設備的采購成本和投入使用后的運營成本進行評估以確保恰當?shù)某杀局С觯€要對設備供應商的資質(zhì)和它所能提供的服務如設備保固(指免費