全视觉多功能贴片机的研制

《全视觉多功能贴片机的研制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全视觉多功能贴片机的研制（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、7全视觉多功能贴片机的研制全视觉多功能贴片机的研制Research and Manufacture of SMT2505 Full Vision and Multifunctional Pick Full vision; Exact machine; Auto-control; Manufacture managing software引言引言 贴片机主要用于电子装联领域，是新一代电子组装技术中的重要设备。它的功能就是在 不对元件和印制电路板造成任何损伤的情况下，快速准确地从料盘上取出表面贴装元件，再 准确地贴放在印制电路板的对应位置上。贴片机的发展直接影响到表面贴装技术（SMT）的 发展，贴

2、片机在国外已经更新改进了几代，目前市场上大部分贴片机设备是高速高精密全自 动贴片机。当今国内所使用的贴片机都是国外的进口产品，而这些贴片机的高额价格严重制 约了国内电子加工行业的发展。因此，研制开发国产贴片机一直是国内 SMT 领域的目标。 广州市羊城科技实业有限公司经过广泛的市场调研、方案论证，组织力量，进行技术攻关， 成功地研制开发出 SMT2505 全视觉多功能贴片机。该机通过了广东省科技厅组织的科技成 果鉴定，目前产品已经面世。 在 SMT2505 全视觉多功能贴片机的研制过程中，研发团队在机械、控制、视觉、生产管 理软件等方面形成了一套核心技术。跳出了传统的仿制或从散件进口组装开始逐

3、步升级换代 的跟踪型研发方法，走出了一条适合中小科技企业快速形成核心技术能力的研发之路。一一 技术性能与指标技术性能与指标 衡量贴片机性能的重要指标：贴装精度、元件的识别范围、贴装速度等，SMT2505 全视 觉多功能贴片机将全视觉识别系统与精密机械、自动控制和软件设计有机地结合起来，实现 了贴片机的整机使用性能。 为使 SMT2505 贴片机更好的与国际市场接轨，我们采用国际贴装设备标准 IPC9850， 对整机进行检测和验收，目前该机的贴装精度、贴装范围等多种指标已达国际水平。 SMT2505 全视觉多功能贴片机的主要技术指标： 贴片速度: 1.6 秒/片 贴装精度：Chip 元件0.1m

4、m，QFP 元件0.05mm7贴片种类：Chip(0603 以上)、SOIC、QFP、BGA 等 PCB 板尺寸：300350mm 贴装头数量：1 头 送料器数量：40 个（以 8mm 送料器为计） 用户操作界面：全中文二二 工作原理和生产流程工作原理和生产流程 1、 工作原理 SMT2505 全视觉多功能贴片机在重要部件如贴装主轴、动/静镜头、吸嘴座、送 料器上进行了 Mark（直径为 1.0mm 的圆孔）标识，机器视觉能自动求出这些 Mark 中心系统坐标，建立贴片机系统坐标系和 PCB、贴装元件坐标系之间的转换关系， 计算得出贴片机三维运动的精确坐标；贴装头根据导入的贴装元件的封装类型、

5、元 件编号等参数到相应的位置抓取吸嘴、吸取元件；静镜头依照视觉处理程序对吸取 元件进行检测、识别与对中；对中完成后贴装头将元件贴装到 PCB 上预定的位置。 这一系列元件识别、对中、检测和贴装的动作都是工控 PC 机根据相应指令获取相关 的数据后指导控制系统自动完成。 2、 生产流程 SMT2505 的生产流程框图如图 1 所示7图 1 生产流程框图三三 SMT2505 全视觉多功能贴片机研制全视觉多功能贴片机研制根据 SMT2505 贴片机所要完成的元件识别、对中、检测和贴装等功能，在研制设计过 程中，必须解决：X-Y-Z 三个方向的微米级精度的运动控制技术；贴装元件的自动进给；贴 装元件的

6、拾取和贴放；PCB 板的进出和定位；贴装元件的对中、方向调整及管脚缺陷检查等 多个技术难点问题。SMT2505 贴片机是一台涉及精密机械、自动控制、图像处理、生产管理 软件设计等多学科的精密自动化设备。在研发过程中，如何处理各学科之间的关系并把其有 机的联系起来共同实现贴片机功能，这是 SMT2505 研制的关键。 在 SMT2505 贴片机的研制过程中，应用模块化的设计理念，巧妙地分解贴片机的技术 难点。将贴片机的技术划分为机械、控制、视觉、管理软件四大模块，在各模块中又根据需开 机将 PCB 板数据导入 数据初始化自动学习 PCB Mark 点进板吸嘴选择送料器选择LED 灯控制视觉对中贴

7、装元器件将吸嘴放回吸嘴座出板生产结束7要进行功能模块划分。模块化有利于形成核心技术，增强产品的技术竞争力。模块化也能使 设计任务清楚，从而保证研发的速度与质量，同时也将大大加快新一代产品的开发速度。 SMT2505 贴片机的总体模块划分框图如图 2 所示：贴装头X-Y 运动副送板结构 三坐标运动控制图像摄取控制LED 灯开关控制 元器件识别视觉定位自动纠正偏差 运动控制软件视觉软件生产管理软件 图 2 SMT2505 贴片机整体模块划分框图1、 机械系统的设计机械系统的设计 SMT2505 贴片机机械系统根据功能划分为：贴装头、X-Y 运动机构、送板机构、送料装 置等 17 个模块，各模块分别

8、实现不同的功能。 在每一块 PCB 板贴装时，贴片机都要完成：自动取放吸嘴、自动取放元件、自动运动到 静镜头位置进行图像摄取等一系列动作。生产管理程序已经设置了与这些动作有关的数据， 但如果因机械运动精度发生变化等原因，使其中的参数发生了改变，会导致贴片机不能完成 正确的贴装过程。在机械设计时，采用知名品牌的精密滚珠丝杆、滚动直线导轨、专用轴承、 气动元件等，由十个模块组合完成送板、送料、定位、对中、检测、贴装等全部贴装动作。 在这些模块上的指定位置进行标识，机器每次开机和关机时都会自动识别标识点坐标，修正 系统的初始坐标值。 SMT2505 贴片机将精密机械与视觉系统有机结合，从而避免了机械

9、加工的难度以及运动 精度对贴装精度的影响，使整机能长时间高速平稳工作。 2、 控制系统的设计控制系统的设计精密机械控制系统视觉系统软件系统SMT2505 全视觉 多功能 贴片机7SMT2505 贴片机的控制系统主要完成：X-Y-Z 三坐标运动控制、图像采集、PCB 板的 自动进出与定位、送料器的自动进给、吸嘴真空电磁阀自动控制等功能。 SMT2505 贴片机的控制系统由工业 PC、运动控制卡、图像卡、I/O 接口板等组成，实 现了三坐标和外围 I/O 接口控制，保证运动的准确性和快速响应性，配合机械、视觉模块实 现整机功能。工业 PC 是整个控制系统的核心，实现整机数据的采集传送、分析处理功能

10、， 并向各部分发出指令，完成机械传动、图像处理及检测功能。运动控制卡主要实现三坐标运 动控制信号的采集，传送各种加工数据，动作执行指令功能等。图像卡主要是采集和传送各 种贴装元器件和 PCB 板上标识点的数据。 贴片机要求高速、高精度和高可靠性以及元件无损伤。为提高系统的可靠性，尽量减少 干扰源，保证控制系统的相对稳定，在设计控制系统时，按功能将其划分为不同的模块：三 坐标控制、图像控制、LED 灯控制、辅助控制部分(进板部分，送料部分)等。目前，SMT2505 贴片机的 X-Y 伺服运动系统的速度达到 1.5，加速度达到 15，运动行程sm/2/sm 为 800x500mm，并且运行平稳，振

11、动小，噪声低。 SMT2505 贴片机的控制系统原理图如图 3 所示。逻辑板LED灯控制器运动控制卡电脑动镜头图像卡光电 开关 输入 信号强 电 输 出真空 阀输 入信 号和 伺服 准备 好信 号X伺服 电机C步进 电机W步进 电机编 码 器 反 馈Y伺服 电机Z 轴 步 进 驱 动 器Z步进 电机开关运动控制接口板COM1C 轴 步 进 驱 动 器W 轴 步 进 驱 动 器X 轴 伺 服 驱 动 器Y 轴 伺 服 驱 动 器J2J1J3J4CN12CN14CN13CN7CN5CN6CN8SIGSIG编 码 器 反 馈IFIF电 机 线电 机 线CN2 CN1LED1LED2LED3LED4静

12、镜头图 3 SMT2505 贴片机控制系统原理图3、视觉系统的设计视觉系统的设计 SMT2505 贴片机视觉系统主要完成：贴装作业中元件质量检查、元件定位、PCB 板标识 点检测、影像学习坐标点和系统标定的功能。 SMT2505 贴片机视觉系统主要由动/静摄像头、图像卡、LED 程控光源组成。静摄像头 用于检查贴片元件的缺陷、相对于吸嘴中心的位置偏移和贴放角度的偏移；动摄像头用于检 测 PCB 板的标识点、各模块标识点以及送料器上元件位置的学习。动/静摄像头所获取的视 频图像信号传送到图像采集卡，由工业 PC 控制图像采集卡完成图像采集，通过显示器就可 以对图像进行实时观测；工控 PC 将采集

13、的视频图像处理后，将结果返回给主控程序，完成 其它相应的控制过程。LED 光源的主要功能是控制光源的开关、亮度和照射方向。7视觉系统可以通过人机交互界面与数据库系统、控制系统和系统标定系统交换信息，也 可以自动交换信息。通过人机界面可以触发视觉系统进行图像实时采集、关闭采集、读入图 像、显示图像等功能。人机界面系统发送自动作业命令时，由视觉系统发送坐标值，实现准 确贴装。4、 生产管理软件生产管理软件 生产管理软件是专用于 SMT2505 贴片机的工业级应用软件，主要用于 SMT2505 贴片机 贴片工艺的联机和脱机编程、作业调度和控制及工艺优化。 软件采用 Microsoft Windows

14、 NT Workstation 作为操作系统平台，具备多任务、强壮的安 全保护和平稳的数据库、网络支持等特性。 软件的核心由运动控制、视觉处理及生产管理三大部分组成，用户可通过视窗界面完成 贴片机的各种运动控制、视觉识别和多种方式的贴片作业；软件支持工艺数据编程的在线测 试，真正实现了工艺编程的所见即所得特性；同时软件支持多种方式的作业模拟与仿真，使 操作人员在批量作业前验证和测试作业数据，避免出现不合格品。作为软件的组成部分包括 多种元件特性参数的元件数据库也为精确贴装诸如 BGA、FBGA、TQFP 等复杂封装类型的 元件提供了可靠的数据支持；作为功能选项软件还提供与多种电路设计 CAD

15、软件的接口， 实现了自动从设计文件中提取贴片数据的功能，可提高操作人员的编程效率。 该软件采用业界普遍使用的 Microsoft Visual C+ 6.0 开发工具开发，具有良好的运行性 能和符合人机工程学原理的界面。四四 技术特点技术特点 1、 视觉系统视觉系统 在 SMT2505 贴片机的视觉系统中，主要解决了两大难题：一是视觉系统的集成，它包 括 LED 光源程控、图像摄取、数据传输、图像处理等技术。二是算法，主要涉及到元件识别、 图像处理速度等问题。SMT2505 贴片机视觉系统采用了索尼摄像头和 MATROX 图像处理卡， 实现 PCB 板的定位，元件的自动识别、对中与检测，系统坐

16、标的自动标识，自动修正贴装位 置偏差等功能，有“机器的眼睛”之称。 SMT2505 贴片机上下各有一个摄像头，上为动摄像头，下为静摄像头。通过这两个摄像 头，可以进行图像处理，从而自动修正 PCB 板和元件位置坐标值，完成精确定位贴装。使用 摄像头定位系统，降低了对机械精度的要求，相应降低了机械组件加工与装配的难度。 SMT2505 贴片机视觉系统中的 LED 光源由多种形式的光源组合而成，能够与多种摄像 头和图像卡完全兼容和集成。该视觉系统能够识别目前市场上所有的元件。2、 在线帮助系统在线帮助系统 如何快速培训贴片机操作人员，是令目前贴片机使用厂家感到困难的一件事。为了使操 作人员快速掌握 SMT2505 贴片机的操作，在 SMT2505 的操作系统上，具有强大的在线帮助 功能。 SMT2505 贴片机的在线帮助系统，内容包括有关操作的各个方面：普通的操作指导，机 器操作的作业流程，各种专业术语的解释，各种有关的参考手册、编程手册以及涉及机器高 级操作的指导。 SMT2505 贴片机的在线帮助功能，是提练了贴片机操作