基于smt元件自动拾取器控制策略的-研究

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1、万方数据长春工业大学硕士学位论文1．1课题的研究背景和意义第一章绪论现在随着在电子行业的技术迅猛崛起，在集成芯片的需求和制造上也有了更大的追求。“十一五”规划中提到集成芯片的大量生产与技术的发展，并把它写入了国家创新技术的16大项目中。由于集成电路芯片越来越小，电路越来越复杂，焊接成为一项很重的负担，因此市场也急需研制出廉价和实用的贴片机(SMT)。SMT是把各种电子元器件贴放在PCB板上，而后利用焊接炉固化在电路板上。该技术的应用在焊接领域内发生了非常大的变化，促进了电子产品向外型小、质量轻和集成化目标发展。贴片机也应该向着更高速、更高准确度的方向去进步

2、。贴片机的研发主要用到机械设计、控制理论与机器视觉等方面的技术基础。通过改变贴片机的运动系统和贴片头的结构可以实现更高的速度和精度。以前的贴片机运动系统通过旋转电机、传输皮带和滚珠丝杠构成，贴片头气动控制，具有较大的摩擦力和振动，这些都会影响到整个系统的精度和速度并且维护不便。1．2贴片机的介绍1．2．1贴片机的组成SMT一般被看成是一类机器手臂，它融合有机械技术、自动化、电磁场学与计算机等理论技术知识。从图1．1可以看到，它一般由x—Y轴运动系统、Z轴贴片头控制系统、图像处理、喂料器和上位机控制系统五大系统组成。1．x-y方向运动系统x—y方向运动伺服系

3、统利用传输带和步进伺服电机在X轴和y轴的运动来确定贴片头以及下视相机的位移。它主要把贴片头进行运动与定位。2．贴片头贴片头是SMT最重要的核心部分之一，主要对电子元器件进行拿取与校正，对贴片头控制的优劣将对SMT贴片的焊接质量产生直接的影响。将贴片头的功能进一步细分的话有：利用步进电机完成转动纠偏、应用直线电机完成拿放与利用吸嘴吸取元件。3．图像处理系统SMT中的数字图像处理系统利用贴片头上的相机对元器件进行识别与校正功能，确保贴片头能把元件依照规定贴在PCB电路板上的对应位置处。1万方数据长春工业大学硕士学位论文4．喂料系统喂料系统主要提供各种表面贴封装

4、元器件的位置，方便贴片头的拿取。1．2．2贴片头的发展图1-1贴片机贴片机中最重要的结构部件是贴片头，实物图1．2。它可以吸取喂料器中的电子元件，对元器件做了定位和校正，同时放置元器件等几个功能。由于电子元器件的形状和大小不同，因此可以在贴片头上配置不同的吸嘴进行取料和贴片，然后通过摄像头对芯片校正，将电子元器件正确迅速地贴在PCB板上。所以贴片头直接影响着SMT的准确率与速率，通过提升贴片头的贴片速率，SMT整体的速率方可得到提高。在我国很多的研究所和企业也在做贴片头类似的技术研发，比如：上海交通大学是利用滑珠、轴和保持架等构成，再利用滚动摩擦实现整个运

5、动控制。深圳煌牌贴片头是使用三洋直线电机作为运动设备。还有一些公司是经改变机械的结构对系统效率进行提升。德国的西门子、日本的雅马哈和韩国的三星等也在做相关的研究，无论是贴片头还是其他方向的运动都把直线电机用在贴片机上。万方数据长春工业大学硕士学位论文图1．2贴片头1．3伺服控制系统的现状和发展1．3．1伺服控制系统的发展伺服控制系统和各种电机的发展息息相关，后者已经有四五十年的历史，它主要有三个阶段【lJ：阶段一：最开始发展起来的是液压伺服系统，是通过控制步进电机来实现，它们有响应速度快及驱动电路板小的特点，此时主要以开环控制为主。但是仍然存在易发热、低效

6、率、容易产生污染和不容易维修等缺点。阶段二：直流电动机具有较好的平滑运转、控制简单、响应速度快与电机调速性能高等特点。功率晶体管的产生和使用使电流得到更加稳定地控制，因此直流电机也增加了一些高性能的驱动芯片，这时伺服控制系统也从开环向闭环方向转变。其在数控机床领域的使用中有电路相对简单、励磁耗损小与良好的低速性能。应当指出的是此时直流电机的缺点是机械换向时有电火花产生，其结构复杂、较高的制造成本、噪声大、维护难与不可靠等特点，这使得增加了电刷与换向器的维修且系统仅能工作在较好的工作环境下。七十年代末交流伺服技术开始发展，交流电机的结构简单、磨损较少、可靠性

7、高与维修成本低。由于利用矢量控制可以实现解耦，让其中的一个磁场电流不发生变、并对另一个磁场电流信号进行控制，因此可以达到用直流信号来控制交流系统，这样直流伺服系统【2叫渐渐退出舞台，并有适量控制理论的提出驱动着交流伺服系统的前进，使得交流伺服控制系统在机械调速与动态性能上能同直流相提并3万方数据长吞工业大学坝士学位论文论，这也解决了实际应用中交流控制系统中电磁转矩的困难。阶段三：八十年代到今天，机电处于占重要地位。随着本体设计有了的迅速发展，以PWM为驱动方式的直流无刷电机和以正弦式PWM为驱动方式的交流伺服电机等相继出现。伺服驱动设备也由纯模拟电路驱动发

8、展到数字模拟混合驱动再到纯数字驱动。随着工业和电机对控制系统的性能