【文章內(nèi)容簡介】 入下一位 置。 2） PCB 進入工作區(qū)起點，傳送裝置將 PCB 送入 絲印 位置，在即將到位時觸發(fā)貼裝 絲印 位置的傳感器，系統(tǒng)控制相應(yīng)機構(gòu)使 PCB 停留在預(yù)定 絲印 位置上。機械定位裝置工作，將 PCB 固定在預(yù)定位置。夾緊裝置工作，將 PCB 夾緊固定，避免 PCB 移動。 3） PCB 定位裝置工作，確定 PCB 的位置是在預(yù)定的位置上，否則對 PCB 的位置坐標參照系統(tǒng)坐標系進行修正。 4）按照程序設(shè)定對加工光學(xué)判別標志點（ Bad Mark）進行檢查，確定需要加工的PCB。 5）印刷頭動作，帶動刮刀前移、后移，刮刀從絲網(wǎng)上刮過去，壓迫絲網(wǎng)與 PCB 表面接 觸， 同時壓刮焊膏通過絲網(wǎng)上的圖形印刷到 PCB 焊盤上。印刷完成，印刷頭復(fù)位 ,系統(tǒng)通知傳送帶電機工作，將 PCB 送出。 表面貼裝過程 1）待貼裝的 PCB進入傳送軌道，在軌道入口處的傳感器發(fā)現(xiàn) PCB，系統(tǒng)通知傳送帶電機工作，將 PCB 送入下一位置。 2） PCB 進入工作區(qū)起點，傳送裝置將 PCB 送入貼裝位置，在即將到位時觸發(fā)貼裝位置的傳感器，系統(tǒng)控制相應(yīng)機構(gòu)使 PCB 停留在預(yù)定貼裝位置上。機械定位裝置工作，將 PCB 固定在預(yù)定位置。夾緊裝置工作，將 PCB 夾緊固定，避免 PCB 移動。 3） PCB 定位裝置工作，確定 PCB 的位置是在預(yù)定的位置上，否則對 PCB 的位置坐標參照系統(tǒng)坐標系進行修正。 4）按照程序設(shè)定對加工光學(xué)判別標志點（ Bad Mark）進行檢查，確定需要加工的PCB。 5）包裝在專用供料器中的元器件按照程序設(shè)定的位置被運送或準備到預(yù)定的位置。 6）貼裝頭吸嘴移動到拾取組件位置，真空打開，吸嘴下降吸取組件， 通過真空壓力傳感器或光電傳感器檢測是否吸到組件。 7）通過攝像頭或光電傳感器檢測組件高度（垂直方向） ， 通過攝像頭或光電傳感器檢測組件轉(zhuǎn)角（水平方向），并識別組件特征，然后讀取組件數(shù)據(jù)庫中預(yù)先設(shè)置的組件特征值，將實 際值與檢測值相比較，從而對組件特征進行判斷。當特征值不符時則判別拾取組件錯誤，重新拾取。如相符則對組件目前的中心位置、轉(zhuǎn)角進行計算。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 8）將錯誤的組件拋到廢料收集盒中， 按照程序設(shè)定，通過貼裝頭的旋轉(zhuǎn)調(diào)整組件角度；通過貼裝頭的移動，或 PCB 的移動調(diào)整 X/Y 方向坐標到程序設(shè)定的位置，使組件中心與貼裝位置點重合。 9）吸嘴下降到預(yù)先設(shè)定的高度，真空關(guān)閉，組件落下。完成貼裝。 10）貼裝部分移動到與卸載裝置水平，將貼裝好的 PCB 傳送到卸載軌道。卸載軌道開始位置的傳感器被觸發(fā)，控制系統(tǒng)通知傳送帶電機工作，將 PCB 送入 下一位置。直到送出機器。 回流焊接過程 首先對 PCB 板的表面貼裝組件（ SMD）焊盤印刷錫膏，然后通過自動貼片機把 SMD貼放到預(yù)先印制好錫膏的焊盤上。最后，通過回流焊接爐，在回流焊爐中逐漸加熱，把錫膏融化，稱為回流（ Reflow），接著，把 PCB 板冷卻，焊錫凝固，把組件和焊盤牢固地焊接到一起。在回流焊中，焊盤和組件管腳都不融化。這是回流焊（ Reflow Soldering）與金屬融焊（ Welding）的不同。 深入的了解回流焊就必須從焊錫膏的作用原理和焊接過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化入手。錫膏的成分主要 錫鉛合金的粉末和助焊劑混合而成。在受熱的條件下，融化的焊錫材料中的錫原子和焊盤或焊接組件（主要成分是銅原子）的接觸界面原子相互擴散，形成金屬間化合物（ IMC），首先形成的Cu6Sn5，稱 nphase，它是形成焊接力的關(guān)鍵連接層， 只有形成了 nphase，才表示有真正的可靠焊接。隨著時間的推移，在 nphase 和銅層之間中會繼續(xù)生成 Cu3Sn，稱為 ∈ phase，它將減弱焊接力量和減低長期可靠性。在焊點剖面的金相圖中，可以清楚地看到這個結(jié)構(gòu)。 電子掃描顯微鏡（ SEM）顯示的 CuSn IMC。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 3 章 貼裝設(shè)備結(jié)構(gòu)原理 珠海偉創(chuàng)力使用的是全自動鋼網(wǎng)印刷機， DEK 系列絲印機（見附錄 A圖 A1）是偉創(chuàng)力 B11 使用得最多的。 絲印機一般由以下幾部分組成： 1）夾持 PCB 板的工作臺。包括工作臺面、板邊夾持機構(gòu)、工作臺傳輸控制機構(gòu)。 2）印刷頭系統(tǒng)。包括刮刀、刮刀固定機構(gòu)、印刷頭傳輸控制系統(tǒng)等。 3）漏印模板及其固定機構(gòu)。 4）保證印刷精度而配置的其它選件。包括視覺對中系統(tǒng)、插板系統(tǒng)和二維、三維測量系統(tǒng)等。 2．絲網(wǎng)印刷工作原理 將 PCB 通過印刷機 固定機構(gòu)固定在工作支架上，將印刷圖形的漏印絲網(wǎng)繃緊在框架上并通過視覺對中系統(tǒng)與 PCB 對準，將焊錫膏放在漏印絲網(wǎng)上，印刷頭傳輸控制系統(tǒng)工作，將刮刀從絲網(wǎng)上刮過去，壓迫絲網(wǎng)與 PCB 表面接觸，同時壓刮焊膏通過絲網(wǎng)上的圖形印刷到 PCB 焊盤上。絲網(wǎng)印刷具有的特征：絲網(wǎng)和 PCB 表面隔開一小段距離；刮刀前方的焊膏顆粒沿刮刀前進的方向滾動；漏印模板脫開 PCB 表面的過程中，焊膏從網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到 PCB 表面上。 刮刀及驅(qū)動機構(gòu)如圖 311 所示。刮刀頭是通過刮刀驅(qū)動機構(gòu)運轉(zhuǎn)實現(xiàn)焊膏印刷。刮刀頭在伺服電機的驅(qū)動下 ，沿滾珠絲桿作往復(fù)運動，通過氣缸作用施加給刮刀壓力，實現(xiàn)焊膏的印刷。 圖 311 刮刀頭及驅(qū)動機構(gòu) 基板在工作臺上定位首先是通過光纖感應(yīng)器的檢測感知，其定位方式主要由基板邊夾、上夾以及頂針等形式。光纖傳感器可檢測出基板傳入軌道位置狀況，基板應(yīng)定湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 位在基板傳入水平方向中心線與工作臺水平方向中心線重合處的位置?；暹厞A在前基準定位方式時是工作臺的外側(cè)軌道靜止，通過內(nèi)側(cè)軌道的移動壓緊基板，基板上夾是通過工作臺軌道上的兩側(cè)翻夾壓板作用壓緊基板，頂針主要是為防止薄基板變形或拼板的開裂而采用的在基板下方放置了若干根頂 針，進而通過頂針頂住基板。 4. x、 y、 θ工作臺驅(qū)動機構(gòu) 工作臺可以在圖 312所示的 x、 y、 θ驅(qū)動機構(gòu)作用下，作 x、 y 方向的運動和微小位移的轉(zhuǎn)動， x、 y 方向運動由電機 電機 2 驅(qū)動，工作臺轉(zhuǎn)動由電機 3 驅(qū)動。光電傳感器主要作工作臺 x、 y 方向運動、轉(zhuǎn)動的限位控制。 圖 312 工作臺 x、 y、 θ驅(qū)動機構(gòu) 5. 印刷機光學(xué)視覺系統(tǒng) 印刷機光學(xué)視覺系統(tǒng)主要是識別基板 MARK（標記）點和網(wǎng)板 MARK 點，其結(jié)構(gòu) 圖 313 所示。 圖 313 印刷機視覺系統(tǒng) 印刷機視覺系統(tǒng)通常 采用 CCD（ Charge Coupled Device 電荷耦合器件）攝像頭攝取基板或網(wǎng)板 MARK 點圖像，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再采用先進的計算機硬件與軟件技術(shù)對圖像數(shù)字信號進行處理，從而得到所需要的各種目標圖像特征值，并在此基礎(chǔ)湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 上實現(xiàn)模式識別，坐標計算，灰度分布圖等多種功能。視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 314所示，主要由圖像采集、圖像處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)輸出四大部分組成。圖像采集由CCD、鏡頭、光源、視頻圖像采集卡和計算機組成；圖像處理主要通過軟件編程完成圖像的噪聲去除、幾何變換和定位；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是把采集到的數(shù)字圖 像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為MARK 點的特征值。數(shù)據(jù)輸出主要是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分計算得到的數(shù)據(jù)輸出，并進行MARK 點的顯示。 圖 314 視覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 攝像頭在伺服電機驅(qū)動下，沿 X、 Y 滾珠絲杠作相應(yīng)的運動。圖 313 中的氣缸是一只帶有止檔器的氣缸，當攝像頭照射到基板時，氣缸止檔器下降，擋住基板，完成基板定位。 6. 印刷機部件 步進電機 步進電機 （ 如圖 315所示 ）是絲印設(shè)備常用的動力組件 ，它 是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制組件。 步進電機必須加上驅(qū)動電路才能轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電路的信號輸入端 必須輸入脈沖信號，若無脈沖輸入時，轉(zhuǎn)子保持一定的位置，維持靜止狀態(tài)；反之，若加入適當?shù)拿}沖信號時轉(zhuǎn)子則會以一定的角度 (稱為步角 )轉(zhuǎn)動，所以如果加入連續(xù)脈沖時則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度與脈沖頻率成正比。步進電機的步進角一般為 度，即一周為 360 度，需要 200 步進數(shù)才能完成 1 轉(zhuǎn)。步進電機具有瞬間起動與急速停止的優(yōu)越特性。改變線圈勵磁的順序可以比較容易地改變電機的轉(zhuǎn)動方向。步進電機的勵磁方式 1相勵磁、 2 相勵磁、 1～ 2 相勵磁，其中 1相勵磁最為簡單，轉(zhuǎn)矩最??； 2 相勵磁可有較大的轉(zhuǎn)矩； 1～ 2相勵磁是屬于半步進的方式，亦即每一 步的旋轉(zhuǎn)角度為前兩項勵磁的一半。 圖 315步進電機 1） 步進電機的靜態(tài)指標 （ 1）相數(shù)：產(chǎn)生不同對極 N、 S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用 m表示。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 （ 2）拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即 ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA。 （ 3）步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。 θ=360 度 /（轉(zhuǎn)子齒數(shù) J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒 電機為例。四拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*4） = 度（俗稱整步），八拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*8）= 度（俗稱半步）。 （ 4）定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）。 （ 5）靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這 樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。 2）步進電機動態(tài)指標 （ 1）步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差，用百分比表示。步距角精度 =誤差 /步距角 *100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在 15%以內(nèi)。 （ 2）失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)，稱之為失步。 （ 3）失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。 （ 4）最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情 況下，能夠直接起動的最大頻率。 （ 5）最大空載運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 （ 6）運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。 7. 印刷機的主要技術(shù)指標 1）最大印刷面積：根據(jù)最大的 PCB 尺寸確定。 2）印刷精度：根據(jù)印刷版組裝密度和元器件引腳間距的最小尺寸確定，一般要求達到177。 . 3）重復(fù)精度：一般為177。 10um。 4）印刷速度：根據(jù)產(chǎn)量要求 確定。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 貼片機 珠海 偉創(chuàng)力 B11 使用得最多的是 SIEMENS（西門子）貼片機， SIEMENS 貼片機是由德國 SIEMENS 公司下屬子公司西門子裝配與物流系統(tǒng)有限公司研發(fā)并制造的一種用于在電子制造工業(yè)中裝配各種型號及形狀的電子產(chǎn)品的機器 .與同樣的處理加工能力的不同制造商的機器相比較 , SIEMENS 機器具有高速 ,多用途 ,多功能 ,操作簡便 ,占地面積小 ,噪音 污染小 ,人機對話界面簡單等特點。一般說來，按照用途來分，可將 SIEMENS機器分為高速貼片機和多功能泛用機兩大類型 .高速貼片機又可分為 HS 系列及 80S 系列 ， HS 系列包括有 HS50,HS60 機 。 80S 系列包括有 80S20,80S23,80S25,80S27。 多功能泛用機是用來貼裝各種大尺寸 ,異形組件 ,BGA,Flip Chip 等 ,相較與高速機 ,它具有更高的貼裝精度及貼裝穩(wěn)定性 .因為它不但可以貼裝高速機所能貼裝的組件 ,而且還能貼裝各種異形的組件 ,所以稱它為多功能泛用機 .多功能泛用機一般分 80F 80F80F5HM、 HF 系列這幾種機型 . 其中 HS 系列的 HS50 機是典型的代表。本節(jié)以西門子HS50 貼片機為例，介紹貼片機結(jié)構(gòu)原理。 HS50機的基本結(jié)構(gòu)及原理 HS50 貼片機 （見附錄 A圖 A2） 是集機 電 光 氣以及計算機控制技術(shù)于一體的高度自動化電子制造設(shè) 備。 它主要由機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)三大部分組成，框架圖如下： 圖 321 一、 貼片機機械系統(tǒng) 機械系統(tǒng)是貼片機的主體，是貼片機機構(gòu)的承載基礎(chǔ)和工作的平臺，包含完成貼片機功能的各種執(zhí)行機構(gòu)，如機器支撐系統(tǒng)、 PCB 傳送機構(gòu)、組件的