科研训练论文 贴片机研究与结构设计

贴片机研究与结构设计
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基于视觉的高速高精度贴片机系统的程序实现.胡跃明
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贴片机贴装印刷电路板中供料器的分配问题.曾又姣
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国产LED贴片机的设计与研究.仲崇东
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LED贴片机技术应用与新进展.韩鹏飞
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中国知网
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中国贴片机市场新格局.胡金荣.
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电子制造装备贴片机的贴片头结构设计与控制.徐玲艳.
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总结报告
一、选题背景、研究意义及文献综述
1.选题背景
贴片机：又称“贴装机”、“表面贴装系统”，在生产线中，它配置在点胶机或丝网印刷机之后，是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。

分为手动和全自动两种。

全自动贴片机是用来实现高速、高精度地全自动地贴放元器件的设备，是整个SMT生产中最关键、最复杂的设备。

贴片机是SMT的生产线中的主要设备，现在，贴片机已从早期的低速机械贴片机发展为高速光学对中贴片机，并向多功能、柔性连接模块化发展。

2.研究的实际意义和理论意义
随着时代的发展，如今人们使用的电子设备越来越微型化，复杂化。

一个简单的pcb板可能有数百上千个微小元器件组成，这使得原始的手工焊接技术已经无法满足生产需要。

贴片器具有精细，高效，准确的特点，当人们通过程序控制贴片机工作时，它可以高速的自动选取材料并精准的焊接到电路板上，这不仅提高了生产效率，同时还大大加强了电路可靠性，同时还使一些无法手工完成的电路得以生产。

3.研究状况
SMT贴片机技术被称为“电子生产技术的第三次革命”，被广泛应用于电子信息、航空、航天、兵器、船舶、家电、汽车、机械、仪表等领域。

国外发达国家电子信息产品SMT化率大约在80～90%左右，而我国目前只有50%左右。

目前我国SMT贴片主要设备贴片机拥有量大约在6000～7000部，绝大部分为国外产品。

贴片元器件主要靠进口。

其它SMT设备，如印刷机、点胶机、再流焊、检测设备、维修工作站等基本依靠进口。

仅2000年我国就进口贴片机1500余台，价值4亿多美元。

2001年上半年势头更猛，半年进口贴片
机超过1000台。

但我国在SMT技术引进及发展SMT产业方面还存在
一些问题，现进行分析并提出建议如下：发展自己的SMT贴片机制造技术我国每年引进SMT 设备的总量已占到世界总产品的10%左右。

但我国在SMT的引进中主要是引进产品，基本没有或很少引进SMT设备的制造技术。

我国电子信息产业已成为国民经济的支柱产业。

电子信息产品制造业的主要设备，SMT设备几乎依靠进口，这种状况是不正常的。

我国应发展自己的SMT设备制造技术。

目前我国国有企业引进的SMT贴片生产线，相当部分开工率不足，很少有24小时生产的现象，大部分只是单班生产。

相当一部分生产线一年中半年有生产任务就算不错，设备投资回收周期在5至8年，甚至更长。

在华外资企业、合资企业和民办企业引进的SMT生产线开工率普遍较高，相当一部分企业是双班或三班生产，投资回报周期大部分在1年半至3年之间。

国际上贴片机的换代周期一般为3年左右。

造成国企引进SMT贴片生产线开工率不足的主要原因是重复引进，盲目引进。

如某国家重点企业集团（跨地区）占用国家大量贷款在某地引进SMT生产线，为整个集团生产线路板。

可是其加盟企业也先后引进了SMT生产线，从而造成集团引进SMT生产线开工率严重不足。

SMT贴片按规模和速度分为大型高速机和中型中速机。

一部大型机的价格一般为中型机的2至3部。

有些企业买中型机即可，却一味贪大求新购买大型机，结果大大增加了投资额，使投资很难收回，同时，企业引进SMT生产线开工率也严重不足。

SMT设备的引进并不简单地越大、越新越好，而是根据企业的投资能力，产量的大小，线路板的贴装精度要求等因素，制定合理的引进计划。

目前我国部分企业在引进SMT生产线时，不按照《招标法》的要求进行，也不开展充分的引进咨询和调查，给企业造成了重大损失。

如某企业投资1800万元购置SMT生产线，名义上是与外方（华人）合资，规定中方投90%，外方投10%，由外方负责联系来料加工。

可是外方人员在从国外购置了整条生产线，并联系了一个多月任务后便一去不复返，外方投资也未到位。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题
1.贴片机常见结构
2.柔性化的贴装方法
3.贴片机视觉对中系统
三、研究步骤、方法
1. 研究不同结构贴片机的工作原理，及功能。

2. 分析研究贴片机柔性化的具体方法和原理。

3. 研究贴片机视觉对中系统中俯视、仰视、头部或激光对齐等对视方法。

四、研究结果
1.贴片机常见结构
2.柔性化的贴装方法
从生产实际要求出发，贴装柔性应该包括以下几个方面。

（1）能够适应不同PCBA产品
这一条是机器柔性的基本要求。

这里的“适应”是指一种贴片机机型就能够面对多种产品，而不是传统的高速机加多功能机组合。

不同的PCBA产品，可能采用不同种类、不同大小、不同厚度、不同材质、不同表面涂敷的PCB，因而对贴片机的PCB传送、夹持、支撑及基准识别能力要求各不相同，同时可能对贴片模式、检测方法和贴装力有不同的要求。

柔性贴片机应该能够适应这些不同PCB的变数，而不需要用户变换机型。

不同的PCBA产品，包含不同的元器件。

片式元件的数量和比重、细小片式元件（0201和0 1 005）的种类，以及IC封装的尺寸、种类和节距、异型元件的种类、尺寸和表面性能等都对贴片机的贴装能力提出不同的要求。

柔性贴片机应该能够适应这些不同元器件的变化，而不需要用户变换机型或额外投资。

（2）能够兼顾精度和速度
这一条也是机器柔性的基本要求。

通常在贴片机的特性中，柔性和速度、柔性和精度，以及速度和精度之间是存在相互制约的矛盾。

贴装柔性往往以牺牲速度为代价，提高精度也不能不损失速度，增强柔性和提高精度也不是相安无事。

但是现代组装技术就是挑战这些矛盾，要求在柔性化的过程中能够兼顾精度和速度，使三者并行不悖，达到动态平衡，实现最佳配合。

令人欣慰的是由于现代科技的不断创新，随着装备制造技术的发展，上述的矛盾正在逐步解决，在一定程度上己经可以实现高精度和高速度的柔性贴片机。

（3）快速生产转换
柔性化的基本目的是实现小批量多品种的高效率生产，因此对最快生产转换和设置时间有比较高的要求。

目前主要通过灵活配置可快速更换的零部件系统和先进的开放式、可离线编程的高效率贴片机软件系统来实现快速转换。

新推出的贴片机，理论转换时间已经缩短到30～1 5 min，当然与理论贴装速度一样，这些设备供应商给出的数据只有比较和参考作用。

（4）能够升级换代
这一条也是机器柔性的提高要求。

贴装设备作为企业生产投资，期望发挥最大效益是必然要求，但是在市场千变万化的今天，要求一个投资企业能够准确估测以后产品方向和种类，显然不是每个企业都具备的能力。

因此要求贴片机在以下几种情况下能够具备灵活性。

·在生产规模发生较大变化时（通常是扩大产能）能够通过增加模块或更换部件方式而不是重新购置设备来适应新的要求。

例如，最简配置为具有6个贴片头的3拱架贴片机，贴装速度为30 000 cph，可以通过增加模块，以5 000 cph的增幅逐步扩大产量。

在产品种类发生较大变化时能够通过增加模块或更换部分部件方式适
应新产品贴装要求。

例如，一种新推出贴片机可贴装30 mm×30 mm的IC封装，通过配置特殊贴装头可以扩大到50mm×50 mm的贴装范围。

3.贴片机视觉对中系统
贴片机在吸取元件后，首先遇到的问题是"对中"问题，即要将元件的中心与贴片头的主轴中心线保持一致。

传统的贴片机的元件"对中"是用机械方法来实现的（称为"机械对中"）。

当贴片头吸取元件后，主轴提升时波动四个抓把元件抓一下，使元件轻微地移动到主轴的中心上来。

这种"对中"方法，由于是依靠机械动作，因此速度受到限制。

同时，元件受到机械力的作用也容易损坏。

不易保持贴片质量。

现在的贴片机普遍采用视觉对中系统。

视觉对中是指贴片机贴片头上的吸嘴吸取元件后，在移到贴放位置的过程中，由固定在贴片头上的或固定在机身上某处的摄像机对元件进行对中（该方法有效降低对中所需时间及减少对元件的损坏），并且通过影像探测元件的光强分布，将其转换为模拟电信号，再经过A/D转换成能进一步处理的数字形式。

这些值表示视野内给定点的平均光强度，这些平均光强度再经过固态摄像机上许多细小精密的光敏元件组成的CCD阵列，输出0-255级的灰度值。

灰度值与光强度成正比，灰度值越大，则数字化图像越清晰。

数字化信息，经存贮、编码、放大、整理和分析，最后将结果反馈到控制单元指令执行机构完成准确的贴片操作。

贴片机视觉系统由视觉硬件和软件构成。

硬件一般由影像探测、影像存贮和处理以及影像显示三部分组成。

视觉系统硬件功能如图1所示。

摄像机是视觉系统的传感部件，用于贴片机的视觉系统一般采用固态摄像机。

固态摄像机的主要部分是一块集成电路，集成电路芯片上制作有许多细小精度光敏元件组成的CCD阵列。

每个光敏探测元件输出的电信号与被观察目标上相应位置反射光强度成正比，这一电信号即作为这一像元的灰度8值被记录下来。

像元坐标决定了该点在图像中的位置。

每个像元产生的模拟电信号经过模数转换变成0-255之的某一数值，并传送到计算机。

固态摄像机具有体积小、重量轻、灵敏度高、频谱和动态范围宽等优点。

标准固态摄像机像元阵列为512×512，当视野为25.4mm时，分辨率为0.05mm。

摄像机获取的大量信息由微处理机处理，处理结果由显示器显示。

摄像
机与微处理机，微处理机与执行机构及显示器之间由通信电缆连接，一般采用RS232接口。

五、主要参考文献
[1] 宣大荣.表面组装技术.北京电子工业出版社.1994.
[2] 中国SMT自动贴片机市场分析.现代表面贴装资讯.2007.
[3] 胡金荣.中国贴片机市场新格局.电子制造.2006.
[4] 王天曦.王豫明.贴片工S艺与设备.北京电子工业出版社.2008
[5] 周德俭.表面组装工艺技术.北京电子工业出版社.2002
[6] 鲜飞.SMT设备的最新发展趋势.产业观察.2007.
六、体会
通过利用在线学术文档搜索，我了解了贴片机的简单工作原理及分类。

这次的研究学习不仅使我对贴片机有了一个基本的认识，同时让我掌握了一种新的学习研究方法。

熟悉了中国知网、万方数据、维普期刊等网站检索学术论文的方法，通过这个方法，我可以自学到许多不了解的学术领域，并在我以后的学习研究的过程中，为我提供一个重要的学习工具。

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