高速贴片机结构与原理

2012-06-16 10:30

高速贴片机结构与原理

摘要：本文介绍安必昂科技推出的AX301/501模组式高速贴片机的基本结构，包括贴装模块、导轨传输及坐标定义等，并简单讲述本系列机型的安全回路和模块化控制电路的基本原理。

关键词：贴装模块元件激光检测吸嘴交换单元安全回路系统控制器

AX301/501是由ASSEMBLEON公司推出的一款高速高精度的模组式贴片机。本文介绍其结构和原理。其主要结构分为：

1.AX501模组式高速贴片机结构

1.1、机架（Base）

AX-501分为五段，每段可以安装一个喂料小车。AX301则较AX501少两段，只能安装最多三个喂料小车。这也是两款机器得名的原由。喂料小车通过标准化，实现在两款机器上的通用，每个小车可以最多安放22个带式飞达，即AX501最多可以安装8mm带式喂料器110个。如图1：

机架（图2）用于所有控制器、电路板的固定、连接和走线。当然，导轨、喂料小车和各个贴装模块都装在机架上。机架上安装在运动部件上的电子电气元件都有加装安全盖，保护其不受损害。

1.2、贴装模块（Placement Robot）

如图3，贴装模块分为标准贴装模块（AX STANDARD PLACEMENT ROBOT）和窄贴装模块（AX COMPACT PLACEMENT ROBOT）。其中，宽模块宽度为20CM,是窄模块的二倍。所以AX501最多可以安装最多10个标准模块或20个窄模块。单个贴装模块有四个运动方向，即贴装头在X,Y方向的运动，以及西嘴在Z方向Rz方向的运动。其中，Y方向移动通过每个贴装模块上自带的电机驱动，在丝杠上运动；X方向则使用了线性导轨磁悬浮技术。所以每个贴装模块都有三个重要部件：

1. 线性马达。控制吸嘴升降、旋转并根据程序给定的力学值吸取贴装元件。旋转由伺服直接控制，贴装头连接吸嘴的界面加装永磁力，真空和空气压力由气压控制气控制。

2. 检测相机（Board alignment camera）检测相机采用CCD作传感器，装在贴装头下表面。由火线（firewire）连接到贴装控制器，实时提供数字图像。这些图像数据可以用来检测PCB板的标记点，也可以检测坏板标记点以及喂料小

车上的标记点等等。每个检测相机上都装有背光和亮光两种光源。

3. 元件激光检测 (Component laser) 每个贴装头（Placement head）可以吸取一个吸嘴。吸嘴吸取元件后，由元件检测激光对元件进行检测。如图4，激光阵列发射源和接收源之间是元件位置，吸嘴吸取元件后自动运动到激光检测平面，吸嘴旋转运动使激光在元件的边缘形成遮挡，控制器通过接收源的遮挡尺寸计算出元件的尺寸规格。激光检测最大可以检测17.5平方毫米的元件。

4.大元件检测与贴装

对于大尺寸元件，其检测不能由贴装头上的激光检测来完成。这时必须用到固定相机(CV)，如图5。固定相机在元件贴装之前首先要确定其和贴装头之间的位置关系。该位置关系的确定则是由贴装头上的BA （Board Alignment ）相机对固定相机上的Mark点进行检测来完成。同时还有相关的传感器来检测由于温度的变化导致的相机尺寸精度的损失，最大限度的保证固定相机作为“裁判”所处的位置精度。元件被吸取之后，贴装头自动运动到CV相机上方，拍照，经过模数转换，软件计算出元件的位置偏差数据，并在贴装时考虑这个偏差，自动给予补偿，实现闭环控制。

1.3、导轨

传送模块用于板的传送，由导轨控制器控制其动作。

进出板过程：机器得到进板信号后，进板皮带动作，以0.35m/s速度导新板入机器，随后PCB进板方向前端触发低速传感器，进板皮带减速至0.05m/s使挡块顺利停板。导轨支撑台下降（B）并且移回到进板位置（C）,上升至夹板，再把新版传送至工作区域。支撑台夹住所有工作区的PCB板，作一个向前的步进运动。步进距离由程序编制过程的优化计算所得。在支撑台回到进板区接板的时间里，工作区的所有板处于静止状态。而在贴装过程中的向前步进，所有板都被支撑台上的钢片支撑条和导轨边缘夹紧。最后一块板前边缘到达支撑台运动的极限位置时，进入出板区传感器会被板子前边触发，这个传感器使得出板皮带运动，直至出板。

1.4、吸嘴与喂料装置

吸嘴上表面有标记点，可由贴装头上的BA相机自动识别。吸嘴内部有过滤器，用于过滤空气。吸嘴交换单元（AX TOOLBIT EXCHANGE UNIT）中A为吸嘴放置处，B为吸嘴抛取，C用于吸嘴的真空检测以及BA相机光强检测。

喂料器分为智能喂料器（Intelligent Tape Feeder）和双料带喂料器

（Twin Tape Feeder）等，喂料器的步进和剥料带动作都由自身的步进电机完成。向前步进和向后剥料带各一个电机，电机动作的信号获取和电源提供都通过连接到主机的接口提供，喂料器本身无电源。喂料器必须先装到喂料小车上，这样便于换线，实现料车的整体更换，提高效率。

1.5坐标系统的定义

如图9，序号1表示传送导轨的方向，分为X/Y/Z三个方向。X为进板方向，从左至右为正；Y为导轨调宽，从前往后为正（机器正面为“后”）；Z为支撑台上下方向。

序号2为贴装头的运动方向，X方向和进板方向相同。Y方向和导轨调宽方向相同。各个模块的宽度不同，贴装头在X方向的运动范围则不同。但是Y方向则不论宽窄模块都一样的可运动距离。Z轴则是贴装头上吸嘴的上下，Rz是吸嘴的旋转，用于元件贴装过程中的角度定义。

2.AX501模组式高速贴片机原理

2.1安全回路

如图，为了保证在制造过程中人的安全系数最大化，在安全回路方面做了科学合理的设计。包括进板出板区的机盖，前后左右四个紧急停止开关，五个喂料小车以及所有的贴装模块都连接到一个24V电源的回路上。其中，进出板和贴装模块24V的通断都由安全互锁开关（Interlock）实现。这个24V电源连接到继电器，当24V回路断开，继电器不工作，则包括贴装模块的X/Y/Z,导轨的X/Y/Z,进板出板等的各个伺服也随之断开。所以，生产进行中的揭盖或掀起其中某个贴装模块的动作都会离开致使停机，防止意外发生。

2.2控制电路原理

AX系列贴装结构的模块化也随之实现了电路的模块化。在控制电路上分为主次两级。主控制器称为系统控制器（System controller），次级控制器则分别为贴装控制（Placement controllers）和导轨控制器（Transport controller），如图。从主级控制器到次级控制器之间的连接由一个集线器（Hub）和一些开关实现。

作为工业控制器，系统控制器的主要作用是：1.实现贴装控制器和导轨控制器之间的通信，保证贴装过程中各个机器部件之间的动作同步。2.控制管理贴装程序以及工艺数据。3.连接到外部人机控制界面及系统，如触摸屏显示器和键盘等。4.收集存储用于统计和分析的可靠性、维护等方面的数据。5.存储机器校正的数据。

由于贴装模块分为宽窄两种类型，所以，一台AX机器可以配置柔性化。但不论是标准贴装模块还是窄模块，都使用一个相同的控制器。所以，在AX501上，

如果配置为20个窄模块，则就一定有20个贴装控制器，如果配置全为宽模块，则必然对应10个贴装控制器。

这就是模块化最大的优势。在生产过程中，如果仅需要其中的某些模块，则可以在界面上屏蔽不需要的模块。同时也可以根据产品的不同特证，配置不同的模块，效益最大化。而在生产中出现故障时也可以快速查找出问题所在。

3.小结：

本文就Assembleon的AX301/501模组式高速贴片机结构与原理进行介绍。希望对于在生产一线的技术人员尤其是新接触本设备的朋友有所帮助。文章的撰写得到Assembleon公司很多工程师的支持。一并在此感谢！