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國產(chǎn)led貼片機(jī)是歷史的必然

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點(diǎn)擊量: 196647 來源: 深圳市力德信合科技有限公司
 隨著電子技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)的飛躍發(fā)展,在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中,電子裝聯(lián)的技術(shù)裝備已從原來的勞力密集型的手工機(jī)械操作轉(zhuǎn)為技術(shù)密集型的自動化電子裝聯(lián)系統(tǒng)。SMT技術(shù)的出現(xiàn)從根本上改變了傳統(tǒng)的電裝生產(chǎn)形式,成為現(xiàn)代電子裝配技術(shù)一個(gè)新的里程碑。國產(chǎn)led貼片機(jī)是歷史的必然
SMT是一項(xiàng)綜合技術(shù)。貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線中極其關(guān)鍵的設(shè)備之一。
本文就我們進(jìn)行貼片機(jī)研制開發(fā)和參與其生與制造的實(shí)踐加以回顧和反思。
簡述貼片機(jī)的制造技術(shù)
貼片機(jī)是機(jī)-電-光以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的綜合體。它通過吸取-位移-定位-放置等功能,實(shí)現(xiàn)了將SMD元件快速而準(zhǔn)確地貼裝到PCB板所指定的焊盤位置。
現(xiàn)將其加以分述:
1. 貼裝頭
從電裝機(jī)器人的概念來說,貼裝頭就是一只智能的機(jī)械手,它能按要求拾取元件,**地貼放到預(yù)置的焊盤上。
a. 元件拾放
拾取元件一般是采用真空負(fù)壓的吸嘴吸住元件,它結(jié)構(gòu)簡單便于維護(hù),近年這種產(chǎn)生負(fù)壓的微型真空發(fā)生器組件已經(jīng)成為多家公司的系列產(chǎn)品,**貼裝頭的設(shè)計(jì)者選用。
在拾放的動作中,吸嘴在做Z方向的移動時(shí),既要拾放速度快,而且還要平穩(wěn)。早期的吸嘴Z方向移動是選用微型氣缸完成的,在近十年的使用中發(fā)現(xiàn)氣缸易磨損,壽命短,噪音大。目前不少新機(jī)型都選用了新穎的機(jī)電一體化傳動桿代替,使Z向運(yùn)動狀態(tài)都可以控制,大大提高Z方向運(yùn)動綜合性能。
b. 吸嘴
當(dāng)真空負(fù)壓產(chǎn)生之后吸嘴是直接接觸SMD元件的零件,吸嘴孔的大小與SMD元件的外形有每一臺貼片機(jī)都有一套實(shí)用性很強(qiáng)吸嘴。為了貼片機(jī)適應(yīng)不同元件的貼裝,所以還配有一個(gè)自動更換吸嘴的裝置。吸嘴與吸管之間還有一個(gè)彈性補(bǔ)償?shù)木彌_機(jī)構(gòu),保證在拾取過程對貼片元件的保護(hù),提高元件的貼裝率。
c. 氣動電磁閥
貼裝頭的微型氣動電磁是貼裝頭上又一個(gè)重要組件,它管理著移動和拾放等功能,隨貼片機(jī)的發(fā)展集成電磁閥組亦有了相當(dāng)大的發(fā)展,有些單個(gè)電磁閥厚度僅為10-18毫米。而且電磁鐵驅(qū)動功率小,一般電路的驅(qū)動電平都可直接驅(qū)動,隨著市場的不斷發(fā)展,這些新穎的氣動都能從市場上采購,給貼片機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)提供有利條件。
d. 元件的定位
貼片頭的元件定位系統(tǒng)是貼片質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié),也是研究貼片技術(shù)難點(diǎn)之一,當(dāng)被貼元件吸住元件之后,元件就處于不移穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。早期的技術(shù)用機(jī)械爪進(jìn)行被動定位,從而解決了早期貼片機(jī)的元件定位問題,但必竟是機(jī)械方式,機(jī)械制造中的各種誤差,直接反映到元件定位的質(zhì)量,特別是貼片速度提高時(shí),機(jī)械的噪音,零件的磨損和精度的壽命等都限制了純機(jī)械定位爪的進(jìn)一步發(fā)展。
近年視覺系統(tǒng)的采樣技術(shù),伺服機(jī)構(gòu),計(jì)算機(jī)圖像處理等,已經(jīng)改變了單純用機(jī)械來解決定位問題。而是用非接觸的紅外,激光對中系統(tǒng),并在移動過程中對偏離值進(jìn)行自動修正。
e. 元件旋轉(zhuǎn)
當(dāng)吸嘴頭吸持器件移動定位時(shí),大部分元件都作一定量的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(q角),首先是修正板上元件的安裝軸線和元件在移動過程中軸線的角度(q’ 角),其二是解決送料器上元件與PCB板元件焊盤軸線的角度差(q ”角)q = q’+q” 修正元件貼裝角度偏差的這一機(jī)構(gòu),早其采用開環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制,通過小型同步皮帶進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作?,F(xiàn)在一些新穎的貼片機(jī)已被一些專用微電機(jī)所代替,使機(jī)構(gòu)的性能有很大的提高。為了提高貼片速度在貼片頭都采用了多吸嘴的組合,它的操作程序都由計(jì)算機(jī)精密控制。

2.承載機(jī)構(gòu)
PCB板的承載機(jī)構(gòu),有承載平臺,真空支撐桿,PCB板移動的傳輸帶,固定位 PCB板的定位銷釘,反映定位狀態(tài)的傳感器、PCB板的壓板,PCB板在這承載平臺上傳動平穩(wěn),定位準(zhǔn)確。
貼片機(jī)和所有機(jī)械設(shè)備一樣,還有一個(gè)承載框架,以前常用金屬型材和鋼板等材料,通過焊接方法制造,隨著貼片機(jī)速度精度的提高,對框架基座的穩(wěn)定性提出了更高的要求,近幾年國外不少機(jī)型又選用機(jī)床設(shè)備傳統(tǒng)的鑄件結(jié)構(gòu),我國的鑄造技術(shù)有相當(dāng)水平,這一工藝技術(shù)又便于一般的小批量生產(chǎn),這也是我們開發(fā)貼片機(jī)的一個(gè)有利條件。
3. 片機(jī)X-Y座標(biāo)傳動的伺服系統(tǒng)
貼片機(jī)X-Y座標(biāo)傳動伺服系統(tǒng)有兩種形式,一種是PCB板作X-Y方向的正交運(yùn)動。另一種方法是由貼片頭作 X-Y座標(biāo)平移運(yùn)動,而PCB板仍定位在一定精度的承載平臺上。這兩種相對運(yùn)動的方法都是為了將被貼的元件準(zhǔn)確拾放到 PCB板的焊盤上。
a. X-Y機(jī)構(gòu)的有關(guān)參數(shù)
驅(qū)動X / Y二維運(yùn)動構(gòu)件的參數(shù)也是貼片機(jī)精度的關(guān)鍵,假如貼片裝頭它的直線移動速度為1米/秒,滾珠絲桿的導(dǎo)程為20毫米,那么當(dāng)貼片頭移動1米,絲桿需要旋轉(zhuǎn)50轉(zhuǎn),伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分,如果伺肥電機(jī)的反饋碼盤取4000線,它每轉(zhuǎn)就產(chǎn)生4000脈沖。若對20毫米導(dǎo)程的絲桿,那么每脈沖的移為5毫米,在3000轉(zhuǎn)/分的條件反饋脈沖的輸出頻率要達(dá)到200千赫,伺服電機(jī)的工作,實(shí)際是一組采樣數(shù)據(jù)的控制系統(tǒng),它是由電腦直接控制,負(fù)責(zé)接受位移參數(shù)指令,采集位置傳感器的反饋信號,計(jì)算機(jī)控制函數(shù)(即控制規(guī)律),以及產(chǎn)生數(shù)字形式的控制信號。數(shù)字形式的控制信號,數(shù)字形式控制信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換和伺服放大后,驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu),使輸出軸上貼片頭跟蹤被貼元件PCB板上位置的指令運(yùn)動,從而組成數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)之后就需要有一組的合理結(jié)構(gòu)裝置和相應(yīng)的傳動元件。
b. X-Y結(jié)構(gòu)按裝
X-Y的二維運(yùn)動都是在X/Y軸的導(dǎo)軌上進(jìn)行。驅(qū)動的動力伺服電有步進(jìn)電機(jī)等,它們都應(yīng)很好的動態(tài)特性和位置精度,承載運(yùn)動件導(dǎo)軌是運(yùn)動導(dǎo)向精度的關(guān)鍵零件。目前,大部分的精刻滾珠直線導(dǎo)軌,這種導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小,精度高,壽命長,安裝維護(hù)方便,便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn),常用直線軸承導(dǎo)軌的斷面形狀也有多種,在機(jī)構(gòu)形式上也有大跨距雙絲桿的橫梁結(jié)構(gòu),單懸肩雙導(dǎo)軌式等。
在導(dǎo)軌安裝時(shí)要保證兩導(dǎo)軌在空間平行,并保持水平工作面,導(dǎo)軌應(yīng)直線性好,并不應(yīng)有扭彎等幾何變形,滾珠絲桿與伺服電機(jī)聯(lián)結(jié)處,有一個(gè)高精度高性能的彈性聯(lián)軸器有效地消除安裝過程中產(chǎn)生的不同軸不同心等現(xiàn)象。從目前市場供貨情況來看交流伺服電機(jī),高精度大導(dǎo)程滾珠絲桿,小型伺服電機(jī),傳動軸上聯(lián)軸器等都可從市場選購,這也是有利確保貼片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)質(zhì)量。
4. 自從貼片機(jī)問世以來,貼片機(jī)的控制都是由電腦解決,所以每臺LED貼片機(jī)都有它自已的一套操作軟件,它有種位號輸入輸出和一個(gè)良好的操作程序,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,Windows操作平臺上軟件的編制和操作的高智能化、可視化,而使得顯視屏上的人機(jī)界面都有很大的改進(jìn)和**,又由于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)的高,電路CAD設(shè)計(jì)版本不斷升級如Protel軟件使貼片機(jī)的智能化水平有很大的發(fā)展。
對國產(chǎn)貼片機(jī)研制與生產(chǎn)途徑的思考
1. LED貼片機(jī)的狀況
從二十世紀(jì)八十年代開始,在國家的大力支持下,國內(nèi)一些研究所、大學(xué)、大廠就開展SMT生產(chǎn)線中各種設(shè)備(指印、貼、焊等設(shè)備)的研制工作。
至今精密印刷機(jī)、波峰焊機(jī)、回流焊機(jī)都已有國產(chǎn)機(jī)型供應(yīng)市場。唯獨(dú)全自動國產(chǎn)貼片機(jī)仍是空白。國產(chǎn)led貼片機(jī)是歷史的必然
2. 反思與探討
進(jìn)口全自動貼片機(jī)仍然一統(tǒng)國內(nèi)SMT領(lǐng)域的局面,使我們認(rèn)為,仿制和引進(jìn)的方法來解決設(shè)備國產(chǎn)化。這十幾年的實(shí)踐證明仿制和引進(jìn)對一般家電產(chǎn)品趕上國際潮流是有效的。但對于技術(shù)含量的具有相當(dāng)知識產(chǎn)權(quán)的貼片機(jī)來說,簡單仿制是難以奏效的。

A. 更新觀念,走出單一仿制,緊跟SMT發(fā)展,研制出適合我國企業(yè)要求的新機(jī)型。
B. 新設(shè)計(jì)的貼片機(jī)應(yīng)在SMT的服務(wù)與生產(chǎn)過程中不斷完善,使之盡快實(shí)用化,商品化。
C. 研制與生產(chǎn)者應(yīng)認(rèn)識生產(chǎn)工藝對SMT設(shè)備研制的重要性。
D. 只有充分重視自我人才的培養(yǎng),才能真正做到新技術(shù)的**和發(fā)展。國產(chǎn)led貼片機(jī)是歷史的必然