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JUKI贴片机性能的综合比较
发表时间: [ 2022-06-20 ]

JUKI-FX-3RA smt模块化贴片机可视为多个小框架贴片机并联组合而成的组合式贴片机。目前,世界上只有Assembleon(原来是PHILIPS)公司的FCM机型和FUJI公司和JUKI-FX-3RA该技术用于新推出的模块贴片机型。

模块化贴片机采用一系列小型单独贴装单元。每个单元都有自己独立的单元。x-y一z运动系统,配备独立的贴头和元件对中系统。每个贴头可以从有限的带式送料机中吸收元件,并安装PCB的一部分,PCB以固定间隔内逐步推进机器。每个独立单元通常只有一个吸嘴,因此每个安装单元的安装速度相对较慢,但加上所有安装单元,可以达到非常高的产量。

以下是对这些类型JUKI贴片机性能的综合比较

(1)贴装速度

速度一直是转塔型贴片机的优势,但随着技术的发展,新型贴片机的不断推出,框架型贴片机和模块型贴片机有几种新机型的贴装速度已经超越了新型的转塔型贴片机。这从不同类型贴片机的性能参数表中可以看出。

(2)贴装精度

随着微型元件和密间距元件的广泛应用,现在的电子产品在贴装精度方面对贴片机提出了更高的要求。几年以前,行业内可接受的精度标准还是0.1mm(chip元件)和0.05 mm(IC元件)。目前,该标准已降至0.05 mm(chip元件)和0.025mm(IC元件)趋势。

目前很难超过0.05mm最好的塔式贴片机只能达到精度等级。最先进的框架贴装系统可达4σ、25μm精度。达到这种能力的机器安装速度不太高。

(3)可贴元件的范围

受送料方式的影响,转塔式贴片机只能安装带式包装或散料包装元件,即使其视觉系统能处理这些元件,管道和盘子也不能安装。密度间距元件一般采用盘式包装形式,因此转塔式贴片机在这一指标上最弱。而且受机械结构的限制,改进的空间很小。

4 贴片机x一y运动机构

x-y运动机构的功能是驱动贴头x轴和y轴向两个方向进行往复运动,使贴头、准确、平稳地到达指定位置。

目前在贴片机上x-y运动机构有几种不同的组成方式,即滚珠丝杠 线性导轨驱动的伺服电机驱动模式;同步齿带 线性导轨驱动的伺服电机驱动模式;线性电机驱动模式。

这些驱动模式在结构上是相似的,都需要直线导轨作为导向,但传动模式是不同的。

以下是伺服电机驱动方式,由滚珠丝杠 直线导轨驱动。

图8显示了一个基本的贴片机x-y运动机构,x轴伺服电机使用安装在横梁上的滚珠丝杠和直线导轨驱动贴头x轴向运动,y轴伺服电机利用安装于机架上的滚珠丝杠和直线导轨驱动整个横梁在y轴向运动。这两种运动结合在一起,形成了驱动贴头x-y高速运动的平面x-y运动机构。

在y轴向方向,由于驱动具有一定长度的梁,梁的两端必须安装在固定的直线导轨上,两个导轨之间有一定的跨度,电机和传动滚珠丝杠不能安装在两个导轨的中间,只能安装在靠近一个导轨的内部。这样,当头的重量和梁的跨度达到较大值时,头在远离电机一端的导轨附近移动y轴滚珠丝杠与横梁的结合产生难以平衡的角摆力矩,y轴的加减速和定位性能会受到很大影响。为了减少这一不利因素,许多贴片机现在都在y轴采用双电机驱动模式。

采用双电机驱动模式,两台电机协调驱动梁的运动,提高了定位稳定性,减少了定位时间,从而提高了定位时间y轴的速度和精度。

为了在单台贴片机上达到更高的贴片速度,目前的高速贴片机采用双梁/双贴头技术,

JUKI框架型开发,x横梁系统沿y向运动,x横梁两侧分别有两个贴头。每个贴头可以分别从两个方面安装。x梁两侧的取料站拾取元件并安装。PCB板可以在x、y平面内移动。

JUKI图10机型的改进型采用双重改进型X横梁双贴头结构。这种结构的贴片机在送板机构两侧有两个x梁与双贴装头系统,同时两侧都有取料站和贴装区,两侧的系统都完成各自的取料和贴装。

贴片机对速度和精度有很高的要求。一个安装周期(即贴片机完成一个材料补丁动作),包括安装主轴吸收元件的时间、移动到静态镜头的时间、静态镜头摄像头的时间、移动到安装位置的时间、校正元件偏移的时间、安装主轴安装元件的时间,总时间应达到1~2s。当贴片机每个贴头上的吸嘴数量较少(3个以下)时,x-y运动机构驱动贴关键因素是运动机构驱动贴装头移动时间的长短。为满足高速贴装的要求,x,y向要以1.25m/s或者以更高的速度运动,也要有更大的加减速度(1g~2g),加速和制动的时间应尽可能短。这样,贴片机就不可能像数控机床那样使运动部件非常坚固和笨重。相反,它应该尽可能降低高速运动部件的质量和惯性,如汽车和飞机,以达到足够的运动定位精度和尽可能高的加减速性能在这两者中,最,以实现最佳惯性匹配。

5 国内外贴片机性能研究

日本松下等国外贴片机研发技术一直走在前列,JUKI重机,雅马哈,SONY贴片机、FUJI富士NXT,韩国三星贴片机,MIRAE贴片机,德国的ASM西门子SIPLACE美国全球高速贴片机、荷兰飞利浦安比昂贴片机等都开发了非常成熟的产品系列[3]。

乔治亚州理工学院D.A.Bodner,M.Damrau等利用VirtualNC模拟工具,电子贴装设备Siemens80S20作为原型机,建立了相应的数字原型模型,如图12所示。基于安装系统、板机构、给料系统三个核心部件,对整机性能进行了详细研究,分析了影响安装速度的因素以及如何获得最安装周期时间。

德国埃尔兰根大学Feldmann与Christoph基于多体模拟的理念,集成多体动力学模拟软件、有限元分析软件和控制模拟工具,建立如图13所示的综合多体模拟分析平台。SiplaceF4贴片机为原型机,建立了贴片机的多体模拟数字原型模型,研究了贴片机运动对象的特性、柔韧性、振动特性和热变形。重点介绍了在柔性体上建立线性约束的方法ADAMS/ENGINE模块中的"TimingMechanism"建立了电机驱动齿形带的模拟模型。

诺丁汉大学的英国MasriAyob博士研究了多头顺序贴片机的优化,从改进取片-贴片操作、增强运动控制、吸嘴选择和给料装配等方面入手。

贴片机曾经是中国"七五"、"八五"、"九五"、"十五"计划中电子设备类别的重点开发项目之一。在过去的20年里,一些国内研究所、大学和工厂开展了工作SMT各种设备(指丝印、贴片、焊接等设备)在生产线上的开发。

自1978年中国引进第一条彩电生产线以来,电子部第二研究所开始了贴片机的研发。未来,电子部56家、电子部4506家工厂、航天部第二研究所、广州机床研究所等科研机构分别开发,取得了大量的科研成果。虽然这些研究成果没有产业化,但它们为后来者积累了宝贵的经验。

国内高校校对SMT贴片机的研究已经结束。例如,西安电子科技大学的严红超和姜建国利用改进的混合遗传算法优化了贴片机装配工艺;两安交通大学的李磊和杜春华研究了贴片机的视觉检测算法;西南交通大学的杨帆研究了SMT贴片机定位运动控制;龙旭明总结了贴片机的视觉系统;山东大学刘锦波研究了楔形贴片机运动控制系统;莫金秋、程志国、浦晓峰研究了上海交通大学机电工程学院的贴片机控制系统,CIM微电子设备研究所于新瑞、王石刚、刘绍军研究了贴片机系统的图像处理技术,自动化研究所田福厚、李少远优化了贴片机进料器分布及其遗传算法;华中科技大学王宏盛、史铁林从视觉图像研究;华南理工大学与丰华高科技合作,从视觉检测、图像处理、运动控制系统、效率优化等方面进行了相关研究。

6 结论

贴片机可分为专用型和泛用型,根据贴装元件的不同和贴装的一般程度而有Chip专用型与IC特殊类型,前者主要追求高速,后者主要追求高精度;一般类型可以粘贴Chip也可贴IC,广泛应用于中等产量的连续生产安装生产线。通用贴片机的高适应性是牺牲精度和速度的折衷设计。其安装速度慢于高速安装机,安装精度低于精密安装机。高速贴片机的发展已经达到了一定的极限。目前,贴片机制造商主要开发一般型号,以满足更多的安装工艺需求。由于后包装和贴片工艺已经开始相互集成,这对贴片机的精度提出了更高的要求。

对高速和高精度的要求是SMT开发贴片机的主要难点。要解决高速与高精度的矛盾,需要多学科的完美结合,需要设计、模拟、工艺、装配、检验的有机结合,才能开发出高水平的贴片机。但由于贴片机的制造非常依赖于基础工业的发展,这也极大地阻碍了高速高精度贴片机的发展。






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