李存信，王洪霞

LI Cun-xin, WANG Hong-xia

（北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所，北京 100120）

0 引言

電子工業(yè)的發(fā)展極大的改變了人們的生活，打開(kāi)電子產(chǎn)品內(nèi)部，可以看到各種各樣形狀的電子器件組裝在電路板上，貼片機(jī)在這個(gè)技術(shù)中起到非常關(guān)鍵的作用。

1 概況

表面貼裝機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線中的關(guān)鍵和核心設(shè)備。隨著電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，電子元器件微型化越來(lái)越明顯 ，集成芯片的引線也越來(lái)越多，間距也越來(lái)越小，如何在SMT生產(chǎn)工藝中保證產(chǎn)品質(zhì)量，是電子生產(chǎn)技術(shù)人員所面臨的課題。本文通過(guò)對(duì)貼片機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)維護(hù)保養(yǎng)以及對(duì)相關(guān)工藝的優(yōu)化進(jìn)行了闡述，供有關(guān)人員參考。

1.1 貼片機(jī)工作原理

貼片機(jī)是一種替代人工操作的高精度高速度的工業(yè)機(jī)械手，是綜合了光，機(jī)，電,氣結(jié)合的計(jì)算機(jī)化工業(yè)機(jī)器人，通過(guò)光學(xué)數(shù)字化定位準(zhǔn)確將電子元器件安裝在設(shè)計(jì)圖紙所指定的位置上，保證了貼裝的準(zhǔn)確性，達(dá)到高密度安裝的要求。

1.2 貼片機(jī)的工作順序

機(jī)器工作時(shí)貼片機(jī)的抓取頭在指定的供料器位置抓取元件，貼片機(jī)的X/Y/Z/R四組精密機(jī)械軸承進(jìn)行相互的配合運(yùn)動(dòng)。對(duì)抓取的器件進(jìn)行識(shí)別。機(jī)器識(shí)別有二步程序，第一步：激光對(duì)器件高度（厚度）識(shí)別，檢驗(yàn)與設(shè)定的參數(shù)是否一致，并進(jìn)行是否貼裝或拋料判定處理；第二步：對(duì)器件平面完整性識(shí)別，拾取頭拾取器件后在對(duì)中的照相機(jī)下進(jìn)行X/Y相尺寸完整性的識(shí)別，決定進(jìn)行貼裝或拋料處理。合格的元器件將安裝到指定位置上完成貼裝工作。

2 貼片機(jī)常見(jiàn)問(wèn)題的分析《以YAMAHA機(jī)器為例》

元器件的抓取一般存在四個(gè)問(wèn)題：1）拾取不到；2）拾取不牢；3）拾取不準(zhǔn)；4）拾取不出來(lái)。如果出現(xiàn)取錯(cuò)器件則有可能屬于參數(shù)設(shè)定或者送料器放置的錯(cuò)誤而另當(dāng)別論。

2.1 拾取不到

1）吸嘴與供料帶里的器件表面有微小的高度差距，將吸嘴的取料高度設(shè)定大一些，使吸嘴完全能接觸到器件的表面或有一點(diǎn)壓力，就可達(dá)到拾取的要求。2）送料帶依靠送料器齒輪帶動(dòng)送料帶送料，送料器齒輪的磨損使送料器送料不到位，這種情況也會(huì)拾取不到器件。這需要更換送料器齒輪。3）位移（UPDOWM）電磁閥故障或是位移汽缸故障，使機(jī)器在下降時(shí)不順暢達(dá)不到取料的高度。4）吸嘴的大小必須與器件的大小相符合，否則會(huì)因真空不足而無(wú)法拾取器件。

2.2 拾取不牢

1）吸嘴不干凈有阻塞。2）氣路不通暢負(fù)壓能力不足，由于壓縮空氣不干凈引起真空過(guò)濾器受到阻塞。3）元器件表面不平整，吸嘴吸住后存在微漏氣現(xiàn)象造成吸不牢。4）降低抓取的速度，就會(huì)大大減少抓不牢問(wèn)題。5）真空電磁閥故障。

2.3 拾取不準(zhǔn)

裝配器件的料帶與所裝配的器件不匹配，使得器件在連續(xù)送料的過(guò)程中在槽內(nèi)發(fā)生擺動(dòng)產(chǎn)生偏差，即使抓起來(lái)也會(huì)因測(cè)量的誤差而被當(dāng)作拋料處理。這種情況要及時(shí)更換料帶以免造成浪費(fèi)和誤工現(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象一般出現(xiàn)在圓柱型器件中，如1N4148比較常見(jiàn)，主要是圓柱面的器件弧度不均勻或者是吸嘴選用不當(dāng)造成的。這種現(xiàn)象通過(guò)降低抓取速度或者更換吸嘴可以解決。

2.4 拾取不出來(lái)

1）料槽過(guò)于狹小器件在里面被緊緊的包裹住2）料帶的覆蓋膜沒(méi)有被剝開(kāi)，使得吸嘴不能抓到器件。第一種情況要更換器件料帶；第二種情況要分析是料帶覆蓋膜的粘性過(guò)大還是回收料帶膜的齒輪咬合的不緊，一般通過(guò)調(diào)整料帶回收輪的咬合松緊度就可以解決。

針對(duì)以上問(wèn)題首先要選擇合適粘度的封裝料帶，堅(jiān)持經(jīng)常清洗吸嘴，保持壓縮氣體的清潔，定期清洗真空過(guò)濾器。

3 器件識(shí)別判定的問(wèn)題

器件在貼裝的過(guò)程中要經(jīng)過(guò)厚度（高度），對(duì)中和判定的三個(gè)識(shí)別過(guò)程，這三個(gè)過(guò)程都是與計(jì)算機(jī)保存的數(shù)據(jù)或者手動(dòng)設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來(lái)完成。即視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)器件的數(shù)據(jù)測(cè)量后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別判定。

貼片機(jī)的視覺(jué)系統(tǒng)有兩部分組成：第一部分是照相機(jī)通過(guò)拍攝PCB板上的(MarK)點(diǎn)來(lái)確定貼裝器件的坐標(biāo)，從而來(lái)修正貼裝坐標(biāo)，并自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。側(cè)向激光頭對(duì)器件進(jìn)行高度檢測(cè)，如果沒(méi)有引線損傷，即Z相（高度）檢測(cè)合格。

第二部分是固定在工作臺(tái)上的對(duì)中照相機(jī)，合格的器件在檢測(cè)的同時(shí)測(cè)量并計(jì)算出器件中心相對(duì)于吸嘴中心的偏差值及貼裝位置的轉(zhuǎn)角角度值，通過(guò)攝像機(jī)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到貼裝器件和貼裝位置的精確偏差值，并在貼裝過(guò)程中自動(dòng)修正，從而完成精確的貼裝工作。

貼片位置光學(xué)對(duì)中原理示意圖如圖1所示

在機(jī)器的工作過(guò)程中很多誤被拋料的器件都是因?yàn)樵诔叽缱R(shí)別上的錯(cuò)誤造成的，如果在識(shí)別輸入數(shù)據(jù)允許一定的誤差范圍，這樣可以降低拋料率，也減少因拋料造成的時(shí)間和器件上的損失，同時(shí)增加了貼裝的速度。

圖1 貼片位置光學(xué)對(duì)中原理示意圖

4 MarK點(diǎn)的選取原則

生產(chǎn)中為了保證貼裝器件定位與圖紙的一致性，要在PCB板上設(shè)定X/Y的基準(zhǔn)點(diǎn)，我們稱(chēng)之為MarK點(diǎn)。 MarK點(diǎn)是防止由于PCB板在加工中產(chǎn)生尺寸誤差設(shè)置的校準(zhǔn)點(diǎn)。貼裝前給MarK點(diǎn)做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像存入圖像庫(kù)中，貼片時(shí)每更換一塊PCB板，都要與設(shè)定的MarK點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)校正。如果存在偏移，貼片機(jī)就會(huì)自動(dòng)根據(jù)偏移量進(jìn)行修正。因此合理的選取和設(shè)定PCB板的MarK點(diǎn)保證貼裝的精度是必不可少的一個(gè)程序。經(jīng)驗(yàn)中在PCB電路板上采用過(guò)孔做MarK點(diǎn)比較靈活機(jī)器識(shí)別也比較方便。

使用陶瓷做貼裝基板很少在基板上做通孔，但是由于陶瓷基板采用激光切割，在尺寸的準(zhǔn)確度比PCB板精確很多?？梢圆捎脡K排列方法，將陶瓷基板緊密排列在精密定位的巧克力托盤(pán)上，并在塊的對(duì)稱(chēng)位置上進(jìn)行MarK點(diǎn)的設(shè)置。

MarK點(diǎn)一般選用園形，方形和三角形做標(biāo)識(shí)。而且盡量在對(duì)角線的位置上。如果采用板面圖形做MarK點(diǎn)，將占據(jù)一定的空間。一般MarK點(diǎn)的設(shè)置方式如圖2所示。

圖2 Mark點(diǎn)的設(shè)置方式

5 元器件視覺(jué)圖像測(cè)量誤差失真度對(duì)工藝的影響

工業(yè)控制設(shè)計(jì)的電路板，比消費(fèi)類(lèi)的產(chǎn)品在設(shè)計(jì)的緊湊性上寬松。在生產(chǎn)工藝上的寬余量也較大，給機(jī)器的測(cè)量誤差失真度也大。在我們使用YAMAHA YVL88Ⅱ 和YAMAHA YV112Ⅲ 多年過(guò)程中，貼片機(jī)的測(cè)量誤差允許量留得寬松，由于寬松的冗余度給予機(jī)器，在工作中較少發(fā)生高的拋料，產(chǎn)品貼裝通過(guò)率較高。

6 結(jié)論

貼片機(jī)既然是機(jī)器必然有它的局限性，何況新型器件還在不斷地涌現(xiàn)，針對(duì)不同的客戶要求，針對(duì)不同規(guī)格的貼裝器件，必然會(huì)出現(xiàn)不相匹配的地方。如何結(jié)合本企業(yè)的工藝實(shí)際和產(chǎn)品特殊性，進(jìn)行綜合的考慮合理的避開(kāi)貼片機(jī)的不足之處，就能更好的發(fā)揮機(jī)器的特長(zhǎng)。

[1]YAMAHA----YVL88Ⅱ/YVL112Ⅲ.系統(tǒng)手冊(cè), YAMAHA MOTOR CO, LTD.

[2]顧靄云, 王豫明, 謝德康.表面貼裝(SMT)通用工藝.2003∶85-89.

[3]劉利吉, 董恩輝.中國(guó)電子制造及SMT發(fā)展形勢(shì)報(bào)告.2010.