直线轴承

直线类轴承正常在0.1-1微米

2019-07-12 18:10

  贴片机中的光学系统,在工作过程中起首是对PCB的位置确认。当PCB输送至贴片位置上时,安装在贴片机头部的CCD,起首通过对PCB上所 设定的定位标记识别,实现对PCB位置简直认。所以凡是在设想PCB时应设想定位标记。CCD对定位标记确认后,通过BUS反馈给计较机,计较出贴片原点 位置误差(△X、△Y),同时反馈给活动节制系统,以实现PCB的识别过程。

  这类机械多见松下、三洋和富士**的贴片机,以松下MSR贴片机为例,道理如下。

  在通用型贴片机[泛用机]中,吸嘴的Z标的目的伺服节制与X-Y伺服定位系统雷同,即采用圆光栅编码器的AC/DC伺服马达--滚珠丝杆或同步带机构。采用A C/DC伺服马达--滚珠丝杆节制时,其马达-滚珠丝杆安装在吸嘴上方;采用AC/DC伺服马达--同步带节制时,其马达则可安装在侧位,通过齿轮转换机构实现吸嘴在Z标的目的的节制。因为吸嘴Z标的目的活动行程短,以及采用光栅编码器,凡是节制精度均能满足要求。

  西门子贴片机最早采用光栅尺---AC伺服电机系统。但装有光栅尺的贴片机对情况要求比力高,出格是防尘,尘埃落在光尺大将会惹起贴片机出毛病。

  若PCB事先没有预留工艺孔,则能够采用光学辨认系统确认PCB的位置,此时能够将定位块上的销钉拆除,当PCB到位后,由PCB前后限位块及夹紧机构配合完成PCB的定位。

  目前 ,世界上出产贴片机的厂家有几十家,贴片机的品种达几百个之多,但无论是全主动贴片机仍是手动贴片机,无论是高速贴片机仍是中低速贴片机,它的总体布局均有雷同之处。

  传送机构是安放在轨道上的超薄型皮带传送系统。凡是皮带安设在轨道边缘,皮带分为A,B,C三段,并在B区传送部位设有PCB夹紧机构,在A,C区装有红别传感器,更先辈的机械还带有条形码阅读器,它能识别PCB的进入和送出,记实PCB的数量。

  近30年来,贴片机已由晚期的低速度(1-1.5秒/片)和低精度(机械对中)成长到高速(0.08秒/片)和高精度(光学对 中,贴片精度+-60um/4δ)。高精度全主动贴片机是由计较机、光学、细密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性马达、谐波驱动器以及真空系统和各类传感器 形成的机电一体化的高科技配备。从某种意义上来说,贴片机手艺曾经成为SMT的支柱和深切成长的主要标记,贴片机是整个SMT 出产中最环节、最复杂的设备,也是人们初度成立SMT出产线时最难选择的设备。

  在这种体例贴片机中,PCB的进入、贴片、送出一直在导轨上,当PCB送到导轨上并前进到B区时,PCB会有一个撤退退却动作并碰到后制限位块,于是PCB遏制运转,与此同时,PCB下方带有定位销的顶块上行,将销钉顶入PCB的工艺孔中,而且B区上的压紧机构将PCB压紧。

  跟着元件的微型化,现已呈现0.6mm×0.3mm的片式元件,而吸嘴又高速与元件接触,其磨损长短常严峻的,出格是高速贴片机中,故吸嘴的 材料与布局也越来越遭到人们的注重。晚期采用合金材料,当前又改为碳纤维耐磨塑料材料,更先辈的吸嘴则采用陶瓷材料及金刚石,使吸嘴更耐用。

  安必昂FCM型贴片机,由16个独立贴片头组合而成。16个头能够同时贴放元件,每小时能够贴放9.6万个片式元器件,但对于每个贴片头来 说,每小时只贴6000个片式元件,仅相当于一台中速机的程度,因而工作时贴片精度高,毛病率小,乐音低,对一个需贴装的产物来说,只需将所贴放的元件按 照必然的法式分派到16个贴片头上,就能实现平衡组合,并可获得极高的速度。

  采用圆光栅编码器的位移节制系统布局简单,抗干扰性强,丈量精度取决于编码器中光栅盘上的光栅数及滚珠丝杠导轨的精度。

  晚期贴片机的Z轴/吸嘴的扭转节制是采用气缸和档块来实现的,此刻的贴片机已间接将微型脉冲马达安装在贴片头内部,以实现θ标的目的高精度的节制。松下MSR 型贴片机的微型马达的分辩率为0.072度/脉冲,它通过高精度的谐波驱动器(减速比为30:1),间接驱动吸嘴安装,因为谐波驱动器具有输入轴与输出轴 齐心度高、间隙小、震动低等长处,故吸嘴的θ标的目的现实分辩率高达0.024度/脉冲,确保了贴片精度的提高。

  还有一类贴片机,贴片机的机头安装在X导轨上,并仅做X标的目的活动,而PCB承载台仅做Y标的目的活动,工作时两者共同完成贴片过程,其特点是X,Y导轨均与机座固定,它属于静式导轨(Statil Rail)布局。

  (1)CCD安装在贴片头上,这是Qllad贴片机最先采用的方式,用此方式QFP的贴装速度由本来的0.7s下降到0.3s。

  扭转式多头又分为程度扭转式/转塔式与垂直标的目的扭转/转盘式,现别离引见如下。

  此外,在高速机中采用无摩擦线性马达,和空气轴承导轨传动,运转速度能做的更快。

  目前大部门贴片机中,CCD均固定安装在机座上。贴片头吸嘴吸收元件后先移至CCD上确认,以批改△X,△Y和△θ,再将元器件贴放到指定位置,这种方式 比力保守。跟着细间距IC大量利用,破费在器件光学对中的时间越来越长,如贴装1.27mm间距IC速度高达每小时10 000片,但贴装0.5mm间距IC速度仅为1000~2000片/小时,即速度下降到1/10~1/5;跟着电子产物复杂程度的提高,细间距IC的使用 已越来越普遍,目前先辈的贴片机采用飞翔对中手艺,实现QFP等器件吸起来后,在送至贴片位置之前,即在活动中就将位置校正好,因而大大节约了器件的对中 速度。飞翔对中的手艺有下列几种形式:

  该系统同磁栅尺系统雷同,它也由光栅尺、光栅读数头与检测电路构成。光栅尺是在通明玻璃或金属镜面上真空堆积镀膜,操纵光刻手艺制造稠密条纹(每毫米100-300条纹),条纹平行且距离相等。光栅读数头由指示光栅 、光源、透镜及光敏器件构成。指示光栅有不异密度的条纹,光栅尺是按照物理学的莫尔条纹构成道理进行位移丈量,丈量精度高,一般在0.1-1微米。光栅尺在高精度贴片机中使用,其定位精度比磁栅尺还要高1-2个数量级。

  X,Y传动机构次要有两大类,一类是滚珠丝杠--直线导轨,另一类是同步齿行带---直线)滚珠丝杠--直线导轨

  因为同步齿行带载荷能力相对较小,仅合用于支撑贴片头活动,典型产物是德国西门子贴片机,如HS-50型贴片机,该系统运转噪声低,工作情况好。

  跟着SMC/SMD尺寸的减小及精度的不竭提高,对贴片机贴装精度的要求越来越高,换言之,对X-Y定位系统的要求越来越高。而X-Y定位系统是由X-Y 伺服系统来包管,即上述的滚珠丝杠--直线导轨及齿行带--直线导轨,是由交换伺服电机驱动,并在位移传感器及节制系统批示下实现切确定位,因而位移传感 器的精度起着环节感化。目前,贴片机上利用的位移传感器有圆光栅编码器、磁栅尺和光栅尺,现将它们的布局与道理引见如下。

  这类贴片头多见于西门子贴片机,旋回头上安装有12个吸嘴,工作时每个吸嘴均吸收元件,并在CCD处(固定安装)调整△θ,吸嘴中均安装有真 空传感器和压力传感器。凡是此类贴片机中安装两组或四组旋回头,此中一组头在贴片,而另一组则在吸收元件,然后**功能,以达到高速贴片的目标。

  这是通用型贴片机[泛用机]采用的布局,它在原单头的根本长进行了改良,即由单头添加到了3~6个贴片头。它们仍然固定在X,Y轴上,但不在利用机械对 中,而改为多种样式的光学对中。工作时别离吸收元器件,对中后再顺次贴放到PCB指定的位置上。目前这类机型的贴片速度已达3万个元件/小时的水准,并且 这类机械价钱较低,并可组合联用。

  机架是机械的根本,所有的传动、定位、传送机构均安稳地固定在它上面,大部门型号的贴片机及其各类送料器也安设在上面,因而机架应有足够的机械强度和刚性。目前贴片机有各类形式的机架,大致可分为两类。

  但凡是在分辩率高的场所下,CCD能见的视野(Frame)小,而大视野的环境下则分辩率较低,故在高速/高精度的贴片机中装有两种分歧视野的 CCD。在处置高分辩率的环境下采用小视野CCD,在处置大器件时则利用大视野CCD。

  这类贴片机中有16个贴片头,每个头上有4~6个吸嘴,故能够吸放多种大小分歧的元件。16个贴片头固定安装在转塔上,只做程度标的目的扭转,习惯上人们称为 程度扭转式或转塔式。旋回头列位置做了明白分工。贴片头在1号位从送料器上吸起元器件,然后在活动过程中完成校正、测试,直至5号位完成贴片工序。因为贴 片头是固定扭转,不克不及挪动,元件的供给只能靠送料器在程度标的目的的活动将所需的贴放元件送到指定的位置。贴放位置则由PCB工作台的X,Y高速活动来实现。 这类贴片机的高速度取决于旋回头的高速运转,在贴片头扭转的过程中,送料器以及PCB也在同步运转。

  高速贴片机多采用扭转式多头布局,目前这种体例的贴片速度已达到4.5~5万只/小时。每贴一个元件仅需0.08s摆布的时间。

  在高速机中,X-Y活动系统的运转速度高达150mm/s,瞬时的启动与遏制城市发生震动和冲击。最新的X-Y活动系统采用恍惚节制手艺,活动过程平分三 段节制,即“慢-快-慢”,呈“S”型变化,从而使活动变得更“温和”,也有益于贴片精度的提高,同机会器乐音也能够减到最小。

  贴片头吸嘴拾起元件并将其贴放到PCB上的霎时,凡是是采纳两种方式贴放,一是按照元件的高度,即事先输入元件的厚度,当贴片头下降到此高度时,真空释放 并将元件贴放到焊盘上,采用这种方式有时会因元件厚度的超差,呈现贴放过早或过迟现象,严峻时会惹起元件移位或“飞片”缺陷;另一种更先辈的方式是,吸嘴 会按照元件与PCB接触的霎时发生的反感化力,在压力传感器的感化下实现贴放的软着陆,又称为Z轴的软着陆,故贴片轻松,不易呈现移位与飞片缺陷。

  空间分辩率是指CCD分辩精度的能力,凡是用像元从来暗示,即划定笼盖原始图象的栅网的大小,栅网越细,网点和像元素越高,申明CCD的分辩精度越高。采用高分辩率CCD的贴片机其贴装精度也越高。

  X,Y定位系统是贴片机的环节机构,也是评估贴片机精度的次要目标,它包罗X,Y传动布局和X,Y伺服系统。它的功能有两种,一 种是支持贴片头,即贴片头安装在X导轨上,X导轨沿Y标的目的活动从而实此刻X-Y标的目的贴片的全过程,这类布局在通用型贴片机[泛用机]中多见,另一种功能是 支持PCB承载平台并实现PCB在X-Y标的目的挪动,这类布局常见于塔式旋回头类的贴片机[转塔式]中。这类高速机中,其贴片头仅做扭转活动,而依托送料器 的程度挪动和PCB承载平面的活动完成贴片过程。上述两种X,Y定位系统中,X导轨沿Y标的目的活动,从活动的形式来看,属于连动式布局,其特点是X导轨受Y 导轨支持,并沿Y轴活动,它属于动式导轨(Moving Rail)布局。

  传送机构的感化是将需要贴片的PCB送到预定位置,贴片完成后再将SMA送至下道工序。

  贴片机的对中是指贴片机在吸收元件时要包管吸嘴吸在元件核心,使元件的核心与贴片头主轴的核心线连结分歧,因而,起首碰到的是对中问题。晚期贴片机的元件 对中是用机械方式来实现的(称为“机械对中”)。当贴片头吸收元件后,在主轴提拔时,拨动四个爪把元件抓一下,使元件轻细的挪动到主轴核心上来,QFP器 件则在特地的对中台[规正爪]进行对中,

  贴片机在工作时,将位移量转换为编码信号,输入编码器中,当电机工作时,编码器就能记实丝杆的扭转度数,并将消息反馈给比力器,直至合适被测线性位移量,如许就将扭转活动转换成了线性活动,包管贴片头运转到所需位置上。

  吸嘴的布局也做了改良,出格是在0603元件的贴片中,为了包管吸起的靠得住性,在吸嘴上设个孔,以包管吸收时的均衡。此外还考虑到,不只是元 件本身尺寸在减小,并且与四周元件的间隙也在减小,因而不只要能吸起元件,并且要不影响周边元件故改良后的吸嘴即便元件之间的间隙为0.15mm也能便利 贴装。

  典型的滚珠丝杠---直线导轨的布局,贴片头固定在滚珠螺母基座和对应的直线导轨上方的基座上,马达工作时,带动螺母做X方神驰新生动,有导 向的直线导轨支承,包管活动标的目的平行,X轴在两平行滚珠丝杠--直线导轨上做Y标的目的挪动,从而实现了贴片头在X-Y标的目的正交平行挪动。同理,PCB承载平 台也以同样的方式,实现X-Y标的目的正交平行挪动。

  机械采用那种布局的机架,取决于机械的全体设想和承重.凡是机械在运转过程中应平稳,轻松,无震动感 (用金属币立于机械上不会呈现翻倒),从某种意义上来讲机架起着环节感化.

  吸嘴在吸片时,必需达到必然的真空度方能判别拾起元件能否一般,当元件侧立或因元件“卡带”未能被吸起时,贴片机将会发出报警信号。

  总之,上述三种丈量方式均能获得很高的定位精度,但仅能对单轴向活动位置的误差进行检测,而对轨道的变形、弯曲等要素形成的正交或扭转误差却力所不及。有最新的贴片机在X、Y导轨上安装冷却系统,能够无效的防止导轨的热变形。

  灰度值分辩率是操纵图象多级亮度来暗示分辩率的方式,机械能分辩给定点的丈量光强度,所需光强度越小,则灰度值分辩率就越高,一般采用256级灰度值,它具有很强的细密区别方针特征的能力。而人眼处置的灰度值仅在50~60摆布,因而机械的处置能力远高于人眼的处置能力。

  典型的同步齿行带--直线导轨布局,同步齿行带由传动马达驱动小齿轮,使同步带在必然范畴内作直线来去活动。如许带动轴基座在直线轴承来去活动,两个标的目的传动部件组合在一路构成X-Y传动系统。

  例如松下MSR高速机中,小视野CCD视场为6mm×6mm,像素为25万,分辩率达到12.5

  贴片头吸收元件后,CCD摄象机对元器件成像,并转化成数字图象信号,经计较机阐发出元器件的几何尺寸和几何核心,并与节制法式中的数据进行比力,计较出吸嘴核心与元器件核心在△X,△Y和△θ的误差,并及时反馈至节制系统进行批改,包管元器件引脚与PCB焊盘重合。

  在PCB的下方,有一块支持台板,台板上有阵列式圆孔,当PCB进入B区后,可按照PCB布局需要在台板上安装恰当数量的支持杆,跟着台面的上移,支持杆将PCB支持在程度位,如许当贴片头工作时就不会将PCB下压而影响贴片精度。

  光学系统由光源、CCD、显示器以及数模转换与图象处置系统构成,即CCD在给定的视野范畴内将实物图象的光强度分布转换成模仿信号,模仿电信号在通过A/D转换器转换为数字量,经图象系统处置后 再转换为模仿图象,最初由显示器反映出来。

  凡是圆光栅编码器的动弹部位上装有两片圆光栅,圆光栅是由玻璃片或通明塑料制成,并在片上镀有明暗相间的放射状铬线,相邻的明暗 间距称为一个栅节,整个圆周总栅节数为编码器的线脉冲数。铬线数的几多,也暗示其精度的凹凸,明显,铬线数越多,其精度越高。此中一片光栅固定在动弹部位 做目标光栅,另一片则随动弹轴同步活动并用来记数,因而,目标光栅与动弹光栅构成一对扫描系统,相当于记数传感器。

  磁栅尺的长处是**简单,安装便利,不变性高,量程范畴大,丈量精度高达1-5微米。一般高精度主动贴片机采用此安装。帖片精度一般在0.02毫米。

  从理论上讲,分手式布局的导轨在活动中的变形量要小于连动式,但在分手式的布局中,PCB处于活动形态,对贴装后的元器件能否发生位移,则招考虑。

  这种对中方式因为是依托机械动作,因而速度遭到限制,同时元件也容易遭到损坏,目前这种对中体例已不在利用,取而代之的是光学对中。

  贴片机的布局可分为:机架,PCB传送机构及支持台X,Y与Z/θ伺服,定位系统,光学识别系统,贴片头,供料器,传感器和计较机操作软件。现将上述各类布局的特征及道理简介如下。

  晚期单头贴片机是由吸嘴、定位爪、定位台和Z轴、θ角活动系统构成,并固定在X、Y传动机构上。当吸嘴吸收一个元件后,通过机械对中机构实现元件对中并给 供料器一个信号(电信号或机械信号),使下一个元件进入吸片位置。但这种体例贴片速度很慢,凡是贴放一只片式元件需1s。为了提高贴片速度,人们采纳添加 贴片头的数量的方式,即采用多个贴片头来添加贴片速度。

  编码器在工作时,能够检测出动弹件的位置、角度、及角加快度,它能够将这些物理量转换成电信号,传输给节制系统,节制系统就能够按照这些量来节制驱动安装,因而,圆光栅编码器凡是装在伺服电机中,而电机间接与滚珠丝杆相连。

  这类机架由各类规格的钢板等烧焊而成,再经时效处置以削减应力变形.它的全体性比全体锻造低一点,但具有加工简单,成本较低的特点.在外观上(去掉机械外壳)可见到焊缝.

  为了共同贴片机贴好BGA和CSP之类的新型器件,在以往的元件照明(四周、同轴)根本上添加了新型的BGA照明。所谓的BGA照明是LCD 比以往愈加程度,晚期的照明安装能同时照亮焊球与元件底部,故难以把它们区别开来,改良后的照明系统,当LCD点亮时,仅使BGA元件的焊球发出反光,从 而可以或许识别球栅的陈列,添加可托度。

  全体锻造的机架的特点是全体性强,刚性好,整个机架锻造后采用时效处置,机架的变形细小,工作时安定。高档机多采用此类布局。

  磁栅尺由磁栅尺和磁头检测电路构成,操纵电磁特征和录磁道理对位移进行丈量。磁栅尺是在非导磁性标尺根本上采用化学涂覆或电镀工艺堆积一层磁性膜(一般 10-20微米),在磁性膜上录制代表必然长度具有必然波长的方波或正弦波磁轨迹信号。磁头在磁栅尺上挪动和读取磁信号,并改变成电信号输入到节制电路, 最终节制AC伺服电机的运转。凡是磁栅尺间接安装在X,Y导轨上。

  贴片速度的提高,意味着X-Y传动布局速度的提高,这将会导致X-Y传动布局因活动过快而发烧,凡是钢材的线,铝 的线倍,而滚珠丝杠[与马达毗连]为次要热源,其热量的变化会影响贴装精度,故最新研制出的X-Y传动系统,在导轨内部设有[氮冷] 冷却系统,以包管因热膨胀带来的误差,若是X-Y轴没有强制冷却,直线类轴承在轴的附近会有明白的变形。

  SMT出产中的贴片手艺凡是是指用必然的体例将片式元器件精确地贴放到PCB指定的位置, 这个过程英文称之为“Pick and Place”, 明显它是指吸收 /拾取与放置两个动作。在SMT初期,因为片式元器件尺寸相对较大,人们用镊子等简单的东西就能够实现上述动作,至今另有少数工场仍采用或部门采用人工放 置元件的方式。但为了满足大出产的需要,出格是跟着SMC/SMD的精细化,人们越来越注重采用主动化的机械--贴片机来实现高速高精度的贴放元器件。

  贴片头是贴片机环节部件,它拾取元件后能在校正系统的节制下主动校正位置,并将元器件精确地贴放到指定的位置。贴片头的成长是贴片机前进的标记,贴片头已由晚期的单头、机械对中成长到多头光学对中,下列为贴片头的品种形式:

  本章将着重会商贴片机的次要布局,工作道理,各类贴片机的次要特点以及IPC最新推出的贴片机验收尺度,为选购及组织验收贴片机供给根据。

  在通用型贴片机[泛用机]中,支持贴片头的基座固定在X导轨上,基座本身不做“Z”标的目的的活动。这里的Z轴节制系统,特指贴片头的吸嘴活动过程中的定位,其目标是顺应分歧厚度PCB与分歧高度元器件的贴片需要。Z轴节制系统常见的形式有下列几种。

  在松下MVB[MVIIVB?]型贴片机中,吸嘴Z标的目的的活动则是依托特殊设想的圆筒凸轮曲线实现吸嘴上下活动,贴片时在PCB装载台的共同下(装载能够主动调理高度),完成贴片法式。

  因为支持着贴片机头的X轴是安装在两根Y轴导轨上,为了包管运转的同步性,晚期的贴片机采用齿轮、齿条和过桥安装将两Y导轨相毗连。但这种做 法,机械乐音大,运转速度遭到限制,贴片头的遏制与启动均会发生应力,导致震动并可能会影响贴片精度。目前设想的新型贴片机X轴运转采用完全同步节制回路 的双AC伺服电机驱动系统,将内部震动降至最低,从而包管了Y标的目的同步运转,其速度快,乐音低,贴片头运转流利轻松。

  在另一类高速贴片机中,B区导轨相对于A、C区是固定不变的,A、C区导轨却能够上下起落,当PCB由印刷机送到导轨A区时,A 区导轨处于高位并与印刷机相接,当PCB运转到B区时,A区导轨下沉到与B区导轨统一程度面,PCB由A区移到B区,并由B区夹紧定位,当PCB贴片完成 后送到C区导轨,C区导轨由低位(与B区同程度)上移到与下道工序的设备轨道统一程度,并将PCB由C区送到下道工序。然而在最新的松下MSR型贴片机 中,其A,C区导轨为固定 导轨,B区导轨则设想成可做X-Y挪动的PCB承载台,并可做上下起落活动。由此可见,分歧机型的导轨有分歧布局,其做法次要取决于贴片机的全体布局。

  在SMD敏捷成长的环境下,引脚间距已由晚期的1.27mm过渡到0.5mm和0.3mm等,如许仅靠上述两个光学确认还不敷,因而在PCB设想时还添加了小范畴几何位置确认,即在要贴装的细间距QFP位置上再添加元器件图象识别标记,确保细间距器件贴装精确无误。