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1、毕业设计（论文）课题名称：表面贴装设备及SMT缺陷分析专业（系） 电气工程系 班 级 工业控制091班 学生姓名 周海云 指导老师 刘红兵 完成日期 2011年12 月 2012届毕业设计任务书一、课题名称：表面贴装设备与SMT缺陷分析二、指导老师：刘红兵三、设计内容与要求1、课题概述表面贴装技术，英文称之为“Surface Mount Technology”简称SMT，它是将表面贴装元器件(无引脚活引脚的元器件)贴、焊到印制电路板表面规定位置上的电路贴装技术，所用的印制电路板无需钻插装孔。具体地说，就是首先在印制电路板焊盘上涂布焊锡膏，再将表面贴装元器件准确地放到涂有焊锡膏的焊盘上，通过加热
2、印制电路板直至焊锡膏熔化，冷却后便实现了元器件与电路之间的互联。20世纪70年代，以发展销售类产品著称的日本电子行业敏锐地发现了SMT的先进性，并迅速在电子行业推广，很快推出SMT专用焊料(焊锡膏)和专用设备(贴片机、再流焊炉、印刷机)以及各种片式元器件，极大地丰富了SMT的内涵，也为SMT的发展奠定了坚实的基础。SMT技术经过40年的发展，已进入完全成熟的阶段是当代电路组装技术的主流，而且正继续向纵深发展。SMT发展的主要技术目标是把小型化的片状元件应用在混合电路(我国称为厚膜电路)的生产制造之中，从这个角度来说SMT对集成电路的制造工艺和技术发展做出了重大的贡献。SMT技术的出现从根本上改
3、变了传统的电装生产形式，成为现代电子装配技术一个新的里程碑。目前，先进的电子产品，特别是在计算机及通讯类电子产品，已普遍采用SMT技术。国际上SMD器件产量逐年上升，而传统器件产量逐年下降，因此随着进间的推移，SMT技术已越来越普及。进入21世纪以来，中国电子信息产品制造业加快了发展步伐，每年都以20以上的速度高速增长，成为国民经济的支柱产业，整体规模连续三年居全球第2位。随着中国电子制造业的高速发展，中国的SMT技术及产业也同步迅猛发展，整体规模也居世界前列。本课题就是首先是以标准的SMT生产线为依据阐述SMT的意义及SMT贴装设备的关键作用，进而分析典型SMT贴装设备（以西门子或三洋等较新
4、的型号机为例）结构设计、部件原理、工作流程、设备选型、产线配置、维护方法、发展趋势，以及贴装过程中的质量控制等关键问题。同时在兼顾其他设备对SMT质量的影响的条件下，重点分析SMT缺陷的形成原因及解决方案。2. 设计内容与要求 方案： EE（设备）方向的同学以伟创力（珠海）电子有限公司SMT生产车间（由学生自定）作为课题对象，选择其中一条典型SMT生产线（消费类电子产品生产线、手机类生产线等），并说明SMT生产线设计的理论依据。然后重点抓住SMT贴装设备（以西门子或三洋等较新的型号机为例）的结构设计、部件原理、工作流程、维护方法、设备选型、产线配置、发展趋势等内容进行说明，并在此基础上，简要分
5、析SMT缺陷形成的原因及解决方案。且设计中要求图文并茂，思路清晰。方案：PE（工艺）方向的同学以伟创力（珠海）电子有限公司SMT生产车间（由学生自定）作为课题对象，选择其中一条典型SMT生产线（消费类电子产品生产线、手机类生产线等），并说明SMT生产线设计的理论依据。然后简要说明SMT贴装设备（以西门子或三洋等较新的型号机为例）的部件结构、工作流程、设备选型、产线配置等内容，并在此基础上，重点分析SMT缺陷形成的原因（要求从热力学的角度分析与探讨）及解决方案。且设计中要求图文并茂，思路清晰。四、设计参考书：电子产品制造工艺、SMT培训教材、电子产品生产设备维护与检修、SMT器件等。五、设计说明
6、书内容1、封面2、目录3、内容摘要（200400字左右，中英文）4、引言5、正文（设计方案与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）6、结束语7、附录（参考文献、图纸、材料清单等）六、毕业设计进程安排 第1周：方案设计讨论，教师辅导；第2周：分部分方案说明初稿、贴装设备选型、部件原理等；第3周：SMT缺陷分析、方案修改、设计说明书初稿；第4周：第一次检查，讨论并改写文稿；第5周：第二次检查，完善文稿辅导答辩；第6周：设计书成绩评定、答辩。七、毕业设计答辩与论文要求1. 毕业设计答辩要求 答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，
7、由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2. 毕业设计论文要求 文字要求：说明书要求打印（除图纸外），不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒
8、手画，必须按国家规定的标准或工程要求绘制。48（论文）内容摘要SMT是一门包括元器件、材料、设备、工艺以及表面组装电路基板设计与制造的系统性综合技术；是突破了传统的印制电路板通孔基板插装元器件方式而发展起来的第四代组装方法；是现在最热门的电子产品组装换代新观念；也是电子产品能有效地实现“轻、薄、短、小”，多功能、高可靠优质量、低成本的主要手段之一。 本文以伟创力（珠海）电子有限公司SMT B11生产车间一条组装生产线为例，介绍了SMT技术及SMT组装生产线的组成，对产线上典型贴装设备的结构部件、工作原理、设备选型、设备的维护和保养等作了全面的讲解。并介绍了SMT元器件贴片工艺、工作流程和SMT
9、常见缺陷分析及解决方案。关键词：结构部件；工作原理；设备选型；产线配置；维护；保养；贴片工艺；常见缺陷；解决方案。（论文）Abstract SMT is a including components, materials, equipment, process and surface mount the circuit board design and manufacturing of systemic comprehensive technology; Is it breaks through the traditional printed circuit board stature, th
10、e board cartridge components way and developed to the fourth generation of assembly method; Is now the most popular electronics assembly generation new ideas; Also is the electronic product can effectively achieve the light, thin, short and small, multi-function, high reliable quality, low cost one
11、of the principal means of. This paper flextronics (zhuhai) electronics Co., LTD. SMT B11 production workshop a assembly line for an example, this paper introduced the SMT technology and SMT assembly lines composition, production line of typical mounted equipment structure parts, working principle, e
12、quipment selection, equipment maintenance and the maintenance of the equipment, the comprehensive explanation. And introduced the SMT components patch technology, working process and SMT common defect analysis and solution. Keywords: structure parts, the working principle, the selection of equipment
13、, production line configuration, maintenance, maintenance and SMD process, common defects, solution. 目录摘要第1章 引言11.1 课题选题背景及意义11.2 SMT工艺的现状11.3 SMT工艺的发展趋势21.4SMT产线介绍4第2章 贴装工艺过程62.1锡膏印刷过程62.2 表面贴装过程62.3 回流焊接过程7第3章 贴装设备结构原理73.1丝印机73.2 贴片机113.3 回流炉253.4 波峰焊接机273.5 AOI质量检测设备27第4章 贴装质量分析及解决方案294.1 SMT工艺品质
14、294.2 SMT常见缺陷及解决方案30第5章 贴装设备的维护及检修355.1 HS-50贴片机维护和保养355.2 HS-50机常见故障及检修39结束语44附录47湖南铁道职业技术学院学生毕业设计（论文）第1章 引言1.1 课题选题背景及意义最近二十年来，电子应用技术的迅速发展表现出三个显著的特征：1. 智能化，是电信号从模拟量转换为数字量，并用计算机进行处理。2. 多媒体化，从文字信息交流向声音、图像信息交流的转化发展，使电子设备更加人性化、更加深入人们的生活与工作。3. 网络化，用网络技术把独立系统连接起来，高速、高频的信息传输使整个单位、地区、国家以至全世界实现资源共享。这种发展趋势和
15、市场需求对电路组装技术的要求是：1） 高密度化：单位体积电子产品处理信息量的提高。2） 高速化：单位时间内处理信息量的提高。3） 标准化：用户对电子产品多元化的需求，使少量品种的大批量生产转化为多品种、小批量的生产体制，必然对元件及装配手段提出更高的标准化要求。这些要求迫使对在通孔基板PCB上插装电子元件的方式进行革命，电子产品的装配技术必然全方位地转向SMT。表面贴装技术，英文称之为“Surface Mount Technology”简称SMT，它是将表面贴装元器件(无引脚活引脚的元器件)贴、焊到印制电路板表面规定位置上的电路贴装技术，所用的印制电路板无需钻插装孔。具体地说，就是首先在印制电
16、路板焊盘上涂布焊锡膏，再将表面贴装元器件准确地放到涂有焊锡膏的焊盘上，通过加热印制电路板直至焊锡膏熔化，冷却后便实现了元器件与电路之间的互联。SMT是新一代电子组装技术，它将传统的电子元器件压缩成为体积只有几十分之一的器件，从而实现了电子产品组装的高密度、高可靠、小型化、低成本，以及生产的自动化。这种小型化的元器件称为：SMY器件（或称SMC、片式器件）。将元件装配到印刷（或其它基板）上的工艺方法称为SMT工艺。相关的组装设备则称为SMT设备。 作为从事SMT这一行业的人员而言，掌握SMT技术相当的重要。本文就是以伟创力SMT技术员的角度提出的，为了能更好的学习SMT设备、维修SMT设备、了解
17、SMT工艺流程、掌握SMT技术而设计的。1.2 SMT工艺的现状美国是SMT和SMD 的发明地，并一直重视在投资类电子产品和军事装备领域发挥SMT高组装密度和高可靠性能方面的优势，具有很高的水平。1963年世界出现第一只表面贴装元器件和飞利蒲公司推出第一块表面贴装集成电路以来，SMT已由初期主要应用在军事，航空，航天等尖端产品和投资类产品逐渐广泛应用到计算机，通讯，军事，工业自动化，消费类电子产品等各行各业。SMT发展非常迅猛。进入80年代SMT技术已成为国际上最热门的新一代电子组装技术，被誉为电子组装技术一次革命。日本在70年代从美国引进SMD和SMT应用在消费类电子产品领域，并投入世资大力
18、加强基础材料、基础技术和推广应用方面的开发研究工作，从80年代中后期起加速了SMT在产业电子设备领域中的全面推广应用，仅用四年时间使SMT在计算机和通信设备中的应用数量增长了近30，在传真机中增长40，使日本很快超过了美国，在SMT方面处于世界领先地位。欧洲各国SMT的起步较晚，但他们重视发展并有较好的工业基础，发展速度也很快，其发展水平和整机中SMC/SMD的使用效率仅次于日本和美国。80年代以来，新加坡、韩国、香港和台湾省亚洲四小龙不惜投入巨资，纷纷引进先进技术，使SMT获得较快的发展。据飞利浦公司预测，到2010年全球范围插装元器件的使用率将由目前和40下降到10，反之，SMC/SMD将
19、从60上升到90左右。 我国SMT的应用起步于80年代初期，最初从美、日等国成套引进了SMT生产线用于彩电谐器生产。随后应用于录像机、摄像机及袖珍式高档多波段收音机、随身听等生产中，近几年在计算机、通信设备、航空航天电子产品中也逐渐得到应用。据2000年不完全统计，我国约有40多家企业从事SMC/SMD的生产，全国约有300多家引进了SMT生产线，不同程度的采用了SMT。全国已引进4000-5000台贴装机。随着改革 开放的深入以及加入WTO，近两年一些美、日、新加坡、台商已将SMT加工厂搬到了中国，仅2001-2002一年就引进了4000余台贴装机。我国将成为SMT世界加工厂的基地。我国SM
20、T发展前景是广阔的。1.3 SMT工艺的发展趋势 1.3.1 SMT工艺的发展趋势SMT总的发展趋势是：元器件越来越小、组装密度越来越高、组装难度也越来越大。最近几年SMT又进入一个新的发展高潮。为了进一步适应电子设备向短、小、轻、薄方向发展，出现了0210（0.6mm0.3mm）的CHIP元年、BGA、CSP、FLIP、CHIP、复合化片式元件等新型封装元器件。由于BGA等元器件技术的发展，非ODS清洗和元铅焊料的出现，引起了SMT设备、焊接材料、贴装和焊接工艺的变化，推动电子组装技术向更高阶段发展。SMT发展速度之快，的确令人惊讶，可以说，每年、每月、每天都有变化。当前，SMT正在以下4个
21、方面取得新的技术进展：1. 元器件体积进一步小型化。在大批量生产的微型电子整机产品中，0201系列元件（外形尺寸0.6mm*0.3mm）、窄引脚间距达到0.3mm的QFP或BGA、CSP和FC等新型封装的大规模集成电路已经大量采用。由于元器件体积的进一步小型化，对SMT表面组装工艺水平、SMT设备的定位系统等提出了更高的精度与稳定性要求。2. 进一步提高SMT产品的可靠性。面对微小型SMT元器件被大量采用和无铅焊接技术的应用，在极限工作温度和恶劣环境条件下，消除因为元器件材料的线膨胀系数不匹配而生产的应力，避免这种应力导致电路板开裂或内部断线、元器件焊接被破坏。3. 新型生产设备的研制。在SM
22、T电子产品的大批量生产过程中，锡膏印刷机、贴片机、和再流焊设备是不可缺少的。近年来，各种生产设备正朝着高密度、高速度、高精度和多功能方向发展，高分辨率的激光定位、光学视觉识别系统、智能化质量控制等先进技术得到了推广应用。4. 柔性PCB的表面组装技术。随着电子产品组装中柔性PCB的广泛应用，在柔性PCB上安装SMC元件已被业界攻克，其难点在于柔性PCB如何实现刚性固定的准确定位要求。1.3.2 无铅焊接1.铅的危害铅及其化合物是对人体有害的、多亲和性的重金属毒物，它主要损伤神经系统、造血系统和消化系统，对儿童的身体发育、神经行为、语言能力发展产生负面影响，是引发多种重疾病的因素。并且，对水、土
23、壤和空气都能产生污染。在电子产品制造中采用铅锡合金作为印制电路板和电子元器件引线的表面镀层和焊接材料。每年都有很多被淘汰、报废掉的电子产品这样更加剧了铅对环境的污染和对人民健康的危害。2无铅焊接工艺的提出及无铅焊料的研究与推广日本是最早开展无铅焊接研究、首先研制出无铅焊料的国家，各大公司已经把无铅焊接技术应用在电子产品的实际生产中。目前，国际上无铅焊料的成分还没有统一的标准，通常以锡为主体，添加其他金属，规定铅的含量少于0.1%。对无铅焊料的理想化技术要求如下：无毒性、性能好、兼容性好、材料成本低。最有可能替代铅锡焊料的无毒合金是以锡为主，添加银、锌、铜、铋、铟等金属元素，通过合金化来改善焊料
24、的性能，提高可焊性。研究表明，Sn-Ag系焊料、Sn-Zn系焊料和Sn-Bi系焊料这三种合金为主，适量添加其他的金属元素的合金成为无铅焊 料的选择方案。3无铅焊料存在的危害 无铅焊料的缺陷主要表现为：扩展能力差；熔点高。使用无铅焊料进行手工焊接必须注意：选用热量稳定、均匀的电烙铁；控制烙铁头的温度。4.无铅焊料引发的新课题随着无铅焊料的研制，焊料的成分和性能发生了变化，与焊接过程相关的课题还在探讨研究中。1）元器件问题多数无铅焊料的熔点都比较高，焊接过程的温度比现在高，要求元器件以及各种结构性材料能够耐受更高的温度。在推广无铅焊接的同时，焊端镀有Sn-Pn的镀层也必须采用无铅材料。2）印制电路
25、板问题要求印制电路板的材料能够承受更高的温度；焊接表面镀层无铅化，与无铅焊料兼容，且成本低。3）助焊剂问题 必须研制润湿性更好的新型助焊剂，其温度特性应该与无铅焊料的预热温度和焊接温度相匹配吧，而且满足环境保护的要求。4）焊接设备问题 要适应更高的焊接温度，再流焊设备要改变温区设置，预热区必须加长或更换新的加热元件；波峰焊设备的焊料槽、焊料波喷嘴和传送导轨的爪钩材料要能够承受高温腐蚀；焊接温度和设备的控制变得比铅锡焊料复杂；要采用新的抑制焊料氧化技术或采用惰性气体保护焊接技术；采用氮气保护焊接，有利于价格昂贵的无铅焊料减少氧化，但气体的产生、保管、防泄漏、回收问题都需要解决；要大规模生产无铅焊
26、接设备，成本增高。5）工艺流程中的问题 在 SMT工艺流程中，无铅焊料的涂敷印刷、元器件的贴片、焊接、助焊剂残渣的清洗以及焊接质量的检查都是需要不断改善的问题。6）废料回收问题 从无铅焊料的残渣中回收Bi、Cu、A金属，也必须解决。7）豁免条款问题1.4SMT产线介绍1.4.1 SMT工艺流程SMT工艺流程如图1-4-1所示： 图1-4-1在企业实际生产中，在SMT工艺流程的每一个阶段完成之后，都要进行质量检验。完整的SMT工艺总流程(包含质检环节)如图1-4-2所示。图1-4-21.4.2 SMT组装生产线设备组成图1-4-3 上图是伟创力B11 Emulex一条SMT组装生产线（波峰焊前）
27、的设备。一条完整的生产线包括自动上板机、丝印机、接驳台、贴片机、回流炉、AOI和波峰焊接炉设备，除以上设备外，还有分板机和一些在线测试设备等。 自动上板机：它是生产线的第一站，是一台自动传送设备，将PCB板自动传送到下一站。丝印机：也叫网板印刷机，是将焊膏均匀、适量地涂敷到印刷电路板焊盘表面的专用工艺设备。接驳台：接驳台是连接丝印和贴片的桥梁，它构成了产线的自动化。贴片机：它是完成将贴片元件准确的贴到PCB板子上的自动化设备（见第3章）。回流炉：又称再流焊炉，是完成将预先印刷有焊焊膏和贴有元器件的PCB送入再流焊炉，先经过炉子的预热区对之进行预热；再经过炉子的焊接区使焊膏重新熔化，即再次流动；
28、最后经过炉子的冷却区使焊膏凝固，从而实现元器件与PCB焊盘之间可靠的机械与电气连接的焊接设备。AOI：光学自动检测，用来检查印制电路板的质量。生产线计算机：用来连接产线上的每台贴装设备以及编写程序和传送程序。第2章 贴装工艺过程2.1锡膏印刷过程1）待印刷的PCB进入传送轨道，在轨道入口处的传感器发现PCB，系统通知传送带电机工作，将PCB送入下一位置。2）PCB进入工作区起点，传送装置将PCB送入丝印位置，在即将到位时触发贴装丝印位置的传感器，系统控制相应机构使PCB停留在预定丝印位置上。机械定位装置工作，将PCB固定在预定位置。夹紧装置工作，将PCB夹紧固定，避免PCB移动。3）PCB定位
29、装置工作，确定PCB的位置是在预定的位置上，否则对PCB的位置坐标参照系统坐标系进行修正。4）按照程序设定对加工光学判别标志点（Bad Mark）进行检查，确定需要加工的PCB。5）印刷头动作，带动刮刀前移、后移，刮刀从丝网上刮过去，压迫丝网与PCB表面接触，同时压刮焊膏通过丝网上的图形印刷到PCB焊盘上。印刷完成，印刷头复位，系统通知传送带电机工作，将PCB送出。2.2 表面贴装过程1）待贴装的PCB进入传送轨道，在轨道入口处的传感器发现PCB，系统通知传送带电机工作，将PCB送入下一位置。2）PCB进入工作区起点，传送装置将PCB送入贴装位置，在即将到位时触发贴装位置的传感器，系统控制相应
30、机构使PCB停留在预定贴装位置上。机械定位装置工作，将PCB固定在预定位置。夹紧装置工作，将PCB夹紧固定，避免PCB移动。3）PCB定位装置工作，确定PCB的位置是在预定的位置上，否则对PCB的位置坐标参照系统坐标系进行修正。4）按照程序设定对加工光学判别标志点（Bad Mark）进行检查，确定需要加工的PCB。5）包装在专用供料器中的元器件按照程序设定的位置被运送或准备到预定的位置。6）贴装头吸嘴移动到拾取元件位置，真空打开，吸嘴下降吸取元件，通过真空压力传感器或光电传感器检测是否吸到元件。7）通过摄像头或光电传感器检测元件高度（垂直方向），通过摄像头或光电传感器检测元件转角（水平方向），
31、并识别元件特征，然后读取元件数据库中预先设置的元件特征值，将实际值与检测值相比较，从而对元件特征进行判断。当特征值不符时则判别拾取元件错误，重新拾取。如相符则对元件目前的中心位置、转角进行计算。8）将错误的元件抛到废料收集盒中，按照程序设定，通过贴装头的旋转调整元件角度；通过贴装头的移动，或PCB的移动调整X/Y方向坐标到程序设定的位置，使元件中心与贴装位置点重合。9）吸嘴下降到预先设定的高度，真空关闭，元件落下。完成贴装。10）贴装部分移动到与卸载装置水平，将贴装好的PCB传送到卸载轨道。卸载轨道开始位置的传感器被触发，控制系统通知传送带电机工作，将PCB送入下一位置。直到送出机器。2.3
32、回流焊接过程1）贴装好元器件的电路板进入再流焊设备，光电传感器检测到板子，由计算机监控系统显示板子进入炉子的位置。2）传输系统带动电路板通过设备里各个设定的温度区域，焊锡膏经过干燥、预热、熔化、润湿、冷却，将元器件焊接到印制电路板上。第3章 贴装设备结构原理3.1丝印机伟创力使用的是全自动钢网印刷机，DEK系列丝印机（见附录图1）是伟创力B11使用得最多的。1.丝印机的组成结构丝印机一般由以下几部分组成：1）夹持PCB板的工作台。包括工作台面、板边夹持机构、工作台传输控制机构。2）印刷头系统。包括刮刀、刮刀固定机构、印刷头传输控制系统等。3）漏印模板及其固定机构。4）保证印刷精度而配置的其它选
33、件。包括视觉对中系统、插板系统和二维、三维测量系统等。2丝网印刷工作原理将PCB通过印刷机固定机构固定在工作支架上，将印刷图形的漏印丝网绷紧在框架上并通过视觉对中系统与PCB对准，将焊锡膏放在漏印丝网上，印刷头传输控制系统工作，将刮刀从丝网上刮过去，压迫丝网与PCB表面接触，同时压刮焊膏通过丝网上的图形印刷到PCB焊盘上。丝网印刷具有的特征：丝网和PCB表面隔开一小段距离；刮刀前方的焊膏颗粒沿刮刀前进的方向滚动；漏印模板脱开PCB表面的过程中，焊膏从网孔转移到PCB表面上。3.刮刀头及驱动机构刮刀及驱动机构如图3-1-1所示。刮刀头是通过刮刀驱动机构运转实现焊膏印刷。刮刀头在伺服电机的驱动下，
34、沿滚珠丝杆作往复运动，通过气缸作用施加给刮刀压力，实现焊膏的印刷。图3-1-1刮刀头及驱动机构基板在工作台上定位首先是通过光纤感应器的检测感知，其定位方式主要由基板边夹、上夹以及顶针等形式。光纤传感器可检测出基板传入轨道位置状况，基板应定位在基板传入水平方向中心线与工作台水平方向中心线重合处的位置。基板边夹在前基准定位方式时是工作台的外侧轨道静止，通过内侧轨道的移动压紧基板，基板上夹是通过工作台轨道上的两侧翻夹压板作用压紧基板，顶针主要是为防止薄基板变形或拼板的开裂而采用的在基板下方放置了若干根顶针，进而通过顶针顶住基板。4. x、y、工作台驱动机构工作台可以在图3-1-2所示的x、y、驱动机
35、构作用下，作x、y方向的运动和微小位移的转动，x、y方向运动由电机1、电机2驱动，工作台转动由电机3驱动。光电传感器主要作工作台x、y方向运动、转动的限位控制。图3-1-2工作台x、y、驱动机构5. 印刷机光学视觉系统印刷机光学视觉系统主要是识别基板MARK（标记）点和网板MARK点，其结构图3-1-3所示。图3-1-3 印刷机视觉系统 印刷机视觉系统通常采用CCD（Charge Coupled Device电荷耦合器件）摄像头摄取基板或网板MARK点图像，将其转化为数字信号，再采用先进的计算机硬件与软件技术对图像数字信号进行处理，从而得到所需要的各种目标图像特征值，并在此基础上实现模式识别，
36、坐标计算，灰度分布图等多种功能。视觉系统结构框图如图2-2-10所示，主要由图像采集、图像处理、数据转换、数据输出四大部分组成。图像采集由CCD、镜头、光源、视频图像采集卡和计算机组成；图像处理主要通过软件编程完成图像的噪声去除、几何变换和定位；数据转换是把采集到的数字图像数据转换为MARK点的特征值。数据输出主要是将数据转换部分计算得到的数据输出，并进行MARK点的显示。图3-1-4视觉系统结构框图 摄像头在伺服电机驱动下，沿X、Y滚珠丝杠作相应的运动。图3-1-4中的气缸是一只带有止档器的气缸，当摄像头照射到基板时，气缸止档器下降，挡住基板，完成基板定位。6. 印刷机部件-步进电机步进电机
37、（如图3-1-5所示）是丝印设备常用的动力元件，它是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。步进电机必须加上驱动电路才能转动，驱动电路的信号输入端必须输入脉冲信号，若无脉冲输入时，转子保持一定的位置，维持静止状态；反之，若加入适当的脉冲信号时转子则会以一定的角度(称为步角)转动，所以如果加入连续脉冲时则转子旋转的角度与脉冲频率成正比。步进电机的步进角一般为1.8度，即一周为360度，需要200步进数才能完成1转。步进电机具有瞬间起动与急速停止的优越特性。改变线圈励磁的顺序可以比较容易地改变电机的转动方向。步进电机的励磁方式1相励磁、2相励磁、12相励磁，其中1相励磁最为简单，转矩最小；
38、2相励磁可有较大的转矩；12相励磁是属于半步进的方式，亦即每一步的旋转角度为前两项励磁的一半。 图3-1-5步进电机1）步进电机的静态指标（1）相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。（2）拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。（3）步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度/（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/（5
39、0*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。（4）定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）。（5）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。 2）步进电机动态指标（1）步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差，用百分比表示。步距角精
40、度=误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。 （2）失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数，称之为失步。 （3）失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 （4）最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。 （5）最大空载运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 （6）运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线
41、中最重要的，也是电机选择的根本依据。7. 印刷机的主要技术指标1）最大印刷面积：根据最大的PCB尺寸确定。2）印刷精度：根据印刷版组装密度和元器件引脚间距的最小尺寸确定，一般要求达到0.025mm.3）重复精度：一般为10um。4）印刷速度：根据产量要求确定。3.2 贴片机伟创力B11使用得最多的是SIEMENS（西门子）贴片机，SIEMENS贴片机是由德国SIEMENS公司下属子公司西门子装配与物流系统有限公司研发并制造的一种用于在电子制造工业中装配各种型号及形状的电子产品的机器.与同样的处理加工能力的不同制造商的机器相比较, SIEMENS机器具有高速,多用途,多功能,操作简便,占地面积小
42、,嗓音污染小,人机对话界面简单等特点。一般说来，按照用途来分，可将SIEMENS机器分为高速贴片机和多功能泛用机两大类型.高速贴片机又可分为HS系列及80S系列，HS系列包括有HS50,HS60 。80S系列包括有80S20,80S23,80S25,80S27。多功能泛用机是用来贴装各种大尺寸,异形元件,BGA,Flip Chip等,相较与高速机,它具有更高的贴装精度及贴装稳定性.因为它不但可以贴装高速机所能贴装的元件,而且还能贴装各种异形的元件,所以称它为多功能泛用机.多功能泛用机一般分80F4,80F5,80F5HM,HF系列这几种机型. 其中西门子HS-50机是典型的代表。下面以西门子H
43、S-50贴片机为例，介绍贴片机结构原理。3.2.1 HS-50机的基本结构及原理HS-50贴片机是集机-电-光-气以及计算机控制技术于一体的高度自动化电子制造设备，它的外形如图3-2-1所示：图3-2-1 HS-50贴片机它主要由机械系统、控制系统和视觉系统三大部分组成，框架图如下：贴片机机械系统控制系统视觉系统支撑机构贴片头驱动及伺服定位机构PCB传送机构供料机构电气控制系统软件控制系统视觉对中系统Mark 视觉系统图3-2-232.1.1贴片机机械系统机械系统是贴片机的主体，是贴片机机构的承载基础和工作的平台，包含完成贴片机功能的各种执行机构，如机器支撑系统、PCB传送机构、元件的送给机构
44、、贴片头以及与X、y轴伺服机构等相关的运动部件。1 支撑机构支撑机构含机壳和机架。它是贴片机的“骨架”和“皮肤”，支撑着所有的传动、定位、传送等机构，保护机器各种机械电气硬件。1）机壳贴片机机壳的主要作用是防护功能：一是起安全保护作用，将裸机包裹起来，避兔人与裸机直接接触，保证人身安全；二是起防尘、防电磁干扰作用；三是安装操作部件和控制走线，形成风道实现散热功能；四是形成产品整体形象，美化外观，营造良好的人一机环境。HS-50贴片机机壳组成主要有三个部分：外壳本体部分，通常机器下部为钢板，上侧采用透明的有机玻璃材料制成；显示监控部分，适时显示监控贴片动作轨迹；操作控制部分，通常由键盘、鼠标和手
45、持编程器组成。2）机架贴片机的结构形式主要有整体铸造式和钢结构式两种。整体铸造机架整体性好，结构稳定性高，机架加工和工作中变形微小，工作时稳固，抗震动能力强，高档贴片机多采用此结构；钢结构式由各种规格的钢型材和钢板焊接而成，具有较高的机械强度，成本较低。贴片机采用哪种结构的机架，取决于机器的整体设计和承重，以及对机器稳定性的要求。判定贴片机机械稳定性简单的试验方法：用一个金属币立于机器上，稳定性好的机器在运行时不会出现翻倒。2. 贴片头结构贴片头是贴片机的核心部件，通过程序控制，完成三维的往复运动，实现拾取-贴放功能。一般配置一个或多个真空吸嘴，它拾取元件后能在校正系统控制下自动校正位置，并将表面组装元器件准确的贴放到PCB焊盘的指定位置。HS-50贴片机为旋转式贴片头。如图3-2-3所示。 图3-2-3 HS-50贴片头12段位器旋转头的全视图图例：1.后半头 2. Star 3.前半头4.中间分配板5.嘴光栅盘（112）6.元件照明控制板7.STAR旋转马达8. Z轴马达9.真空发生器10.元件照相机1）旋转头的部件（如图3-2-4所示） 图a 图b图3-2-4图a :(1)星行八爪；(2)真空分配器；(3)真空环形圈；(4)12真空气管；(5)12真空阀；(6)12真空阀门；(7)(8)12光栅盘；(9) 12段位器。图b：(
