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貼裝技術(shù)實驗平臺的設(shè)計分析報告-文庫吧資料

2024-08-17 06:27本頁面
  

【正文】 P20PM系列,是專用于工業(yè)自動化領(lǐng)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(gòu)與微型計算機基本相同,如圖13所示??刂葡到y(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。圖10:貼裝平臺流程圖 基礎(chǔ)平臺控制系統(tǒng)硬件組成:(1)貼裝平臺控制系統(tǒng)硬件組成: 貼裝平臺控制系統(tǒng)的硬件組成主要分為兩大部分:基礎(chǔ)平臺部分和貼裝頭部分,它們均有控制器及執(zhí)行部件,因此可獨立運行。 貼裝平臺的貼裝數(shù)據(jù)獲取、工藝優(yōu)化和自動貼裝整個工作流程如圖10所示。這些準備好之后,就可以進行自動貼裝了。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。雖然貼裝平臺有些部分還沒搭建,但本實驗平臺是依照標準貼片機的工作流程對其進行規(guī)劃的,所以在這里按一個完整貼裝平臺的工作流程進行介紹。貼裝基本過程如圖9所示。圖8:貼裝有效工作范圍 貼裝平臺工作原理與流程: (1)貼裝平臺工作原理: 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(shù),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。圖7:貼裝平臺結(jié)構(gòu)圖 XY 平面?zhèn)鲃咏Y(jié)構(gòu)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(yīng)保證整機尺寸合理、結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝和維護,并具備一定的擴張空間。固定于基座上的上視相機用于識別元器件的姿態(tài)和位置,配合X軸、Y軸以及軸調(diào)整姿態(tài),完成最后的貼裝。Z軸用于控制吸嘴的上下運動,θ軸則控制吸嘴的旋轉(zhuǎn)運動,真空模塊則負責產(chǎn)生真空壓力,使元件能吸附于吸嘴之上。基礎(chǔ)平臺三個軸上均安裝有拖鏈,這樣便于電源線、信號線、軟管等的走線,同時也有助于減輕線的拖拽和磨損。X軸傳動機構(gòu)也采用線性模組,橫跨在Y軸線性模組與直線導(dǎo)軌上,與Y軸組成貼裝平臺的主傳動機構(gòu)。貼裝平臺的基座由花崗巖制造而成,整體為U型結(jié)構(gòu),兩側(cè)立柱側(cè)面設(shè)有減重孔,也可兼作搬運用,立柱頂面有用于安裝線性模組和直線導(dǎo)軌的螺絲孔,基座中間的凹槽平面用于安裝送料裝置、上視相機送板裝置等。他們提出的問題和解決方法己經(jīng)突破了以往只研究一種類型PCB貼裝時間優(yōu)化的范疇,更加接近實際生產(chǎn)環(huán)境,具有很強的實際意義和建設(shè)性,這也是未來貼片機優(yōu)化問題研究的發(fā)展方向之一。Bruke等人提出了一種三階段啟發(fā)性算法處理多種類型不同數(shù)量PCB的貼裝時間優(yōu)化問題,使得PCB類型變換時無需進行元件更換等生產(chǎn)準備工作。仿真數(shù)據(jù)表明,%%。④表示元件拾取組構(gòu)造方式的分鏈。②表示喂料器組構(gòu)造方式的分鏈。最后,再次應(yīng)用分鏈GA算法。最后構(gòu)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。他們通過三個步驟解決了這些問題:首先將各個喂料器按使用吸嘴不同分配給各個貼裝頭,并使所用吸嘴的數(shù)量最小(以減少換嘴次數(shù))和各貼裝頭的工作量相當??紤]到多貼裝頭可同時拾取一組元件的特點,他們將目標放在拾取時間的優(yōu)化上。他們提出了一種分鏈遺傳算法,先用兩個分鏈分別表示喂料器分配方式和元件貼裝排序方式,然后通過合并兩個分鏈來構(gòu)造出一個新的鏈,再利用分鏈運算和參數(shù)調(diào)整的方法不斷搜索具有良好適應(yīng)度(fitness)的鏈,達到同時求解喂料器分配問題和元件貼裝排序問題的目的。 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。此外,多貼裝頭貼片機的貼裝時間優(yōu)化問題已被證明是NP難度的組合優(yōu)化問題,單一采用經(jīng)典優(yōu)化算法(如線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃等)求解大規(guī)模的優(yōu)化問題已無法獲得較好的優(yōu)化效果。②優(yōu)化問題分析和相關(guān)算法研究: 多貼裝頭直列式貼片機與順序貼片機在結(jié)構(gòu)上的不同之處僅在于它的貼裝頭機構(gòu)上配備了多個貼裝頭和吸嘴,可以在一個拾取貼裝循環(huán)內(nèi)拾取和貼裝多個元件。如果當前貼裝頭所用的吸嘴己經(jīng)無法拾取和貼裝新的元器件,貼裝頭還必須在拾取元件前到吸嘴站更換吸嘴。這類貼片機常常配有前后兩個喂料機構(gòu),而且是固定不動的。貼裝過程中,PCB平臺可以是可移動的,也可以是固定不動的,取決于具體機型。由于貼裝頭之間位置相對固定且排成一條直線,而且吸嘴的間距是喂料槽間距的整數(shù)倍,因此貼裝頭機構(gòu)一次可以同時從喂料器上拾取多個元件。優(yōu)化結(jié)果顯示,在實際生產(chǎn)中,他們的算法平均可以節(jié)省25%的生產(chǎn)時間。他們對第二種模型應(yīng)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。他們根據(jù)各類元件使用吸嘴的不同,將整個貼裝過程按吸嘴的不同分成多個貼裝子過程,每個子過程只涉及一種吸嘴的元件拾取和貼裝操作。也有文獻將其作為一個完整的優(yōu)化問題來求解。這兩個優(yōu)化Ip題高度關(guān)聯(lián)、互相影響,使得求解問題最優(yōu)解相當困難。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。因此,拾取貼裝循環(huán)時間等于貼裝頭的拾取行程時間、貼裝行程時間和換嘴行程時間之和(實際上還應(yīng)該包括貼裝頭拾取、貼裝元件的動作時間和吸嘴更換的動作時間,但由于這些動作時間均為常數(shù),對優(yōu)化問題沒有本質(zhì)影響,因而在優(yōu)化問題中忽略不計)。②優(yōu)化問題分析和相關(guān)算法研究: 單吸嘴單貼裝頭的順序貼片機因為其結(jié)構(gòu)、原理簡單,分析和建模也較為容易,其貼裝時間優(yōu)化問題被研究的最多,同時也是研究其它復(fù)雜貼片機優(yōu)化問題的基礎(chǔ)。此類貼片機是結(jié)構(gòu)和原理最為簡單的貼片機,但其貼裝效率也較低。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。否則,貼裝頭先到吸嘴站更換吸嘴,然后才去拾取、貼裝元件。貼片機貼裝操作開始時,貼裝頭先到吸嘴站裝上一個合適的吸嘴,然后到喂料器上拾取一個元件,再移動到對應(yīng)的元件貼裝位置貼裝元件。機架只能在Y軸方向上運動,同時貼裝頭可以在機架上作X軸方向的運動。 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)=。接下來就可計算這組樣本數(shù)據(jù)的LTL的平均值和標準偏差。其中Cpk=,這是目前大多數(shù)貼片機所能達到的指標。該量度表示是X, Y,θ(轉(zhuǎn)動)軸綜合誤差作用最終得到引腳與焊盤的搭接面積,也就是引腳頂端(腳趾)最終外伸焊盤圖形部分(如圖6所示)。其優(yōu)點是與SMT焊接工藝的關(guān)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(shù)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。(2)精確度: 許多貼片機制造廠關(guān)于貼裝精確度的技術(shù)指標,是以X, Y, θ(轉(zhuǎn)動)軸分別表述,這種傳統(tǒng)的表述貼片機性能方法,認為每個傳動軸是獨立的。貼裝位置偏差的定義是貼裝器件實際中心位置與相對于檢測樣板基準標志CAD坐標的給定位置,兩者之間的物理距離。(1)重復(fù)性精度: 本標準規(guī)定的重復(fù)性精度定義是在多塊檢測樣板PVP上貼裝一定數(shù)量的器件樣本,測量器件計算貼裝位置偏差的標準偏差。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。中國制造2025已經(jīng)開啟,在SMT貼片機方面更是有著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)亟待裝備制造業(yè)努力發(fā)展,面對電子產(chǎn)品制造業(yè)市場各類需求,做出高性能貼片機在當前國內(nèi)貼片機市場有很大的效益。隨著在這一領(lǐng)域近幾十年的發(fā)展,我國出現(xiàn)了許多SMT貼片機方面的研究,一些院校進行了貼片機控制和貼片軟件的開發(fā)如蘇州大學、廣東科技大學等;還有一些企業(yè)開發(fā)出來自己的系列化高精度的貼片機產(chǎn)品,如同志科技T8全自動多功能貼片機和北京科亞迪公司的TYDKP6280型全自動視覺貼片機等見圖3所示,與國外某種先進貼片機相比在貼片范圍、貼片速度、貼片精度都做得很優(yōu)秀。(2)國內(nèi)SMT貼片機的發(fā)展現(xiàn)狀:據(jù)早期的SMC/SMT技術(shù)專家回憶我國最早引進SMT以手工貼片方式生產(chǎn)的時間可追溯到上世紀80年代,當時國內(nèi)沒有這方面的技術(shù),因此根本沒有相應(yīng)設(shè)備的開發(fā)經(jīng)驗。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。上述介紹的幾個在SMT貼片機領(lǐng)域世界領(lǐng)先的國家的一些高性能貼片機的機械和硬件性能基本相當,但軟件和控制系統(tǒng)各有獨特之處。217um;有多達100個供料站位。 um(在4 sigma時),可見精度已經(jīng)非常高;有多達120個供料站位。;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。;前后方供料共計100個站位,臺車換料方式,避免頻繁加換料,貼裝效率更高。在市面上常見到的國外SMT生產(chǎn)線上的核心設(shè)備貼片機,在這里進行簡要介紹先進類型的SMT貼片機的技術(shù)特性。走在SMT研發(fā)和使用最前端的公司比較多,著名的有日本的SONY(索尼),JUKI(富士),YAMAHA(雅馬哈),PANASONIC(松下),德國的SIEMENS(西門子),韓國的SAMSUNG(三星),美國的UNIVERSAL(環(huán)球)和新加坡的FULLUN(富萊恩)等,這些公司都有自己整套的SMT貼裝工藝生產(chǎn)解決方案,其中就包括核心設(shè)備高速高精度視覺型全自動化貼片機。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(shù)主流方向,同時SMT貼片設(shè)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。到20世紀70年代中期,善于引進西方技術(shù)和再創(chuàng)新的日本企業(yè)加快了SMT的進一步發(fā)展,并開始研發(fā)自主的SMT貼裝設(shè)備。SMC/SMD的發(fā)明及雛形的SMT最早在歐美國家形成,發(fā)展比較緩慢,SMT貼片裝備尤其如此。 表面貼裝工藝設(shè)計的時機主要包括以上三個方面,因此要求新的表面貼裝工藝設(shè)計方法能夠在每一個設(shè)計時機都可以運用。這種情況,只需要對表面貼裝工藝設(shè)計的部分內(nèi)容重新設(shè)計即可。 第二:新項目已經(jīng)有了,基本的設(shè)計也已經(jīng)完成了,但是在項目運行過程中,有新的產(chǎn)品導(dǎo)入,新產(chǎn)品帶來了新材料,新元器件等新工藝,需要進行表面貼裝工藝設(shè)計。 第一:創(chuàng)建新的產(chǎn)品生產(chǎn)項目時,需要進行表面貼裝工藝設(shè)計。如下圖所示,為SMT生產(chǎn)線示意圖。完整的表面貼裝工藝設(shè)計內(nèi)容主要包括以上四個部分,但是設(shè)計完成的工藝還需要實際生產(chǎn)的反饋來確認設(shè)計的質(zhì)量。但是實驗設(shè)計法和田口實驗法的應(yīng)用有很大局限性,只有參數(shù)可以量化的工藝才能應(yīng)用。在實驗設(shè)計法的基礎(chǔ)上,日本學者田口玄一又進行了探索,發(fā)明了田口實驗法。以印刷系統(tǒng)的印刷參數(shù)設(shè)計為例,為了達到需求的印刷質(zhì)量,需要將需求映射到具體的印刷參數(shù)上去,目前主要是通過兩類途徑進行映射,第一類是借鑒經(jīng)驗或使用試驗失敗再試驗的方法,第二類是使用實驗設(shè)計法(Design of Experiment,DOE)或田口實驗法。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。另外還要像設(shè)備選擇一樣,考慮焊膏的供應(yīng)商的資質(zhì)和服務(wù)等問題。除了產(chǎn)品需求會對焊膏的選擇有影響外,來自公司的內(nèi)部需求也會有影響。選擇何種焊膏,跟產(chǎn)品需求息息相關(guān)。如何選擇焊膏和專用膠水是表面貼裝工藝設(shè)計的內(nèi)容。對于核心工藝,生產(chǎn)耗材是指焊膏,是生產(chǎn)必需的耗材。因此,新的工藝設(shè)計質(zhì)量控制方法除了同樣需要解決需求的挖掘和重要度評價問題之外,還需要能夠用較科學的方法將映射過程可控化。這就需要解決如何將需求映射到和匹配相關(guān)的技術(shù)特征上的問題。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。第二:除了必需的設(shè)備評估以外,還需要對設(shè)備進行有效的匹配以組成生產(chǎn)流水線。輔助工藝也會涉及到相關(guān)設(shè)備,設(shè)備的評估同樣也要對以上需求進行挖掘和重要度評價。外部顧客可能會要求公司使用指定的設(shè)備進行生產(chǎn),這對設(shè)備評估影響巨大。但是公司還可能有其他需求,如希望設(shè)備具有較強的擴充性,不至于使用四五年就因為無法適應(yīng)新產(chǎn)品的技術(shù)需求而被淘汰。設(shè)備用來生產(chǎn),因此首先要對產(chǎn)品需求進行分析,確保設(shè)備的各項技術(shù)特性符合產(chǎn)品的精度要求。但是設(shè)備評估并不可能以設(shè)備的技術(shù)能力作為唯一的評價標準,而技術(shù)能力也并不是越先進越昂貴越好。如何選擇印刷機,貼片機和回流焊爐是表面貼裝工藝設(shè)計的重要內(nèi)容。第一:選擇何種設(shè)備設(shè)施組成生產(chǎn)流水線。 (2)表面貼裝工藝設(shè)計內(nèi)容: 上面提及的工藝設(shè)計的概念,均指的
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