贴片机设计

一、系统组成

1、照明系统

光源：可编程控制LED

照明方式：

在贴片机视觉系统中由于目标复杂多样，单一的光源常常顾此失彼，满足了几种元件的要求而对另外类型的元件又效果欠佳，几乎不可能有一种光源能够同时满足各种封装类型的元件检测要求。一般贴片机视觉系统都采用可编程控制LED光源，也就是可以根据不同的目标物选择不同的照明方式，相当于同时有几个光源可以照射的目标，这样就可以达到对每种目标都能够采集到足够对比度和清晰的图像。但是在本系统的实验中由于资金等原因，目前采用的是CCS环形光源一套，包括:双通道可控电源、外围直径为75mm的环形红色LED 光源以及与之相配套的漫射板。该光源系统既可实现手动256级亮度调节，也可以通过编程来实现光源亮度的调节。

2、高速运动图像采集：检测相机、基准相机、采集卡

选用CCD传感器摄像机

按20%的余量来计算，摄像机的视野范围为48*48，则摄像机的短边所具有的像素数目为1200。

图像采集卡

3、图像处理与元件定位算法

二、技术指标

1、视觉定位精度：±0.05mm，最小贴片角度0.05°；

2、运算处理时间

Chip元件，器件

3、识别范围

最小：0.6*0.3

最大：40*40

三、贴片头结构设计

（QSP-2 型贴片机）每个吸嘴系统有独立的Z 轴和T 轴，都是由无刷直流电机和编码器组成的闭环系统驱动，保证了系统的精度和速度。其中Z 轴使吸嘴上下移动以实现吸片/贴片动作，且有上下限位功能；T 轴绕Z 轴转动，用来调整吸取于吸嘴上的芯片相对于PCB 板上贴片位置的角度。

气动系统是贴片机的重要组成部分，在贴片机中，应用气动的部分包括停板和夹板机构、板支撑、吸嘴更换器、贴片头的取料和贴片（取料时建立真空，贴片时提供吹气）等都需要用到。一些送料器材也应用气动，如气动送料器、管式送料器和可移动送料车等。

图1 实验样机气动系统

图2 真空发生部分

贴片头部分的控制回路主要通过控制吸嘴处的气压来完成取料-贴片的工作。图2-10 所示的即为一个贴片头上两只吸嘴的控制回路结构，虚线以上是面板上的压力表，显示该吸嘴上的真空通路的气压值；虚线以下是贴片头上的元件。起主要控制作用的是贴片头

上的一对二位五通电磁阀，型号为44A-BAA-GDFA-18A。该电磁阀额定电压为24V DC，

消耗功率4.0W。在不通电时，吸嘴与一个小气缸相通，未有负压产生；通电之后，电磁阀的状态为右位，吸嘴与真空负压端相通，吸嘴处产生负压，小气缸与压缩空气通路相通，其内部将充满高压气体，只需控制电磁阀的通电，便可以准确的控制吸嘴处的气压了。电磁阀相应时间为6ms，吸嘴处的气体可以在10ms 之内完成切换。

为了保证真空取料动作的可靠实现，避免出现“抛料”的情况，需要保证吸嘴处的真空通路压力达到真空度的要求。这就需要加入真空度监测的环节，以使得当真空通路的气压不符合要求的时候，贴片机向操作者发出警报。

图2-10 贴片头部分控制回路

试验样机有吸嘴更换器，现在就以它为例来说明气动工作原理。在图 2.12 所示为没有外加控制信号的时候，对于更换器上/下驱动支路来说，压力气体从左右五通换向阀V1 的进气口P 经过 B 口和气路 1 进入其驱动气缸左侧的有杆腔，右侧的无杆腔经过气路 2 连接V2 的A 口再到排气口EA。因此，这时候右侧的无杆腔为低压腔，这样就保证了此时吸嘴更换器处于下位。同理，吸嘴更换器开/闭支路处于夹板关闭位置。当需要更换吸嘴时，对于吸嘴更换器上/下驱动支路来说，V1 左侧的电磁阀得电，在电磁力推动下，阀右位切入工作，压力气体从V1 的进气口P 经过A 口和气路2 进入右侧的无杆腔，推动左侧的有杆腔经过气路 1 连接V1 的 B 口再到排气口EB，这样就驱动缸杆伸出，即吸嘴更换器上升，准备更换吸嘴。同理，吸嘴更换器开闭支路夹板打开，以保证更换吸嘴。

图2.12 吸嘴更换器气动工作原理

实验样机贴片头真空检测所使用的传感器是26PCCFA1G。这是一款带有温度补偿功能的压力传感器，补偿范围是0～50℃；输出电压范围100mV；测量范围15psi（约0.103MPa），适合用于真空环境；响应时间1ms。该传感器输出的电压经过电流变送器芯片XTR104 变为4～20mA 的标准电流输出。XTR104 作为电桥输入式4～20mA 电流变送器，集中了电桥激励电路、仪表放大电路、线性化校正电路、电流输出电路，使用十分方便。使用电流输出的模式，模拟信号的抗干扰能力得到很大的增强，十分适合于环境复杂的工业环境。

图2.10 真空检测电路

图2 贴片头伺服电机控制回路