JUKI貼片機(jī)性能的綜合比較
發(fā)表時間： [ 2022-06-20 ]

JUKI-FX-3RA smt模塊化貼片機(jī)可視為多個小框架貼片機(jī)并聯(lián)組合而成的組合式貼片機(jī)。目前，世界上只有Assembleon(原來是PHILIPS)公司的FCM機(jī)型和FUJI公司和JUKI-FX-3RA該技術(shù)用于新推出的模塊貼片機(jī)型。

模塊化貼片機(jī)采用一系列小型單獨貼裝單元。每個單元都有自己獨立的單元。x-y一z運動系統(tǒng)，配備獨立的貼頭和元件對中系統(tǒng)。每個貼頭可以從有限的帶式送料機(jī)中吸收元件，并安裝PCB的一部分，PCB以固定間隔內(nèi)逐步推進(jìn)機(jī)器。每個獨立單元通常只有一個吸嘴，因此每個安裝單元的安裝速度相對較慢，但加上所有安裝單元，可以達(dá)到非常高的產(chǎn)量。

以下是對這些類型JUKI貼片機(jī)性能的綜合比較

(1)貼裝速度

速度一直是轉(zhuǎn)塔型貼片機(jī)的優(yōu)勢，但隨著技術(shù)的發(fā)展，新型貼片機(jī)的不斷推出，框架型貼片機(jī)和模塊型貼片機(jī)有幾種新機(jī)型的貼裝速度已經(jīng)超越了新型的轉(zhuǎn)塔型貼片機(jī)。這從不同類型貼片機(jī)的性能參數(shù)表中可以看出。

(2)貼裝精度

隨著微型元件和密間距元件的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在的電子產(chǎn)品在貼裝精度方面對貼片機(jī)提出了更高的要求。幾年以前，行業(yè)內(nèi)可接受的精度標(biāo)準(zhǔn)還是0．1mm(chip元件)和0.05 mm(IC元件)。目前，該標(biāo)準(zhǔn)已降至0.05 mm(chip元件)和0．025mm(IC元件)趨勢。

目前很難超過0.05mm最好的塔式貼片機(jī)只能達(dá)到精度等級。最先進(jìn)的框架貼裝系統(tǒng)可達(dá)4σ、25μm精度。達(dá)到這種能力的機(jī)器安裝速度不太高。

(3)可貼元件的范圍

受送料方式的影響，轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)只能安裝帶式包裝或散料包裝元件，即使其視覺系統(tǒng)能處理這些元件，管道和盤子也不能安裝。密度間距元件一般采用盤式包裝形式，因此轉(zhuǎn)塔式貼片機(jī)在這一指標(biāo)上最弱。而且受機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，改進(jìn)的空間很小。

4 貼片機(jī)x一y運動機(jī)構(gòu)

x-y運動機(jī)構(gòu)的功能是驅(qū)動貼頭x軸和y軸向兩個方向進(jìn)行往復(fù)運動，使貼頭、準(zhǔn)確、平穩(wěn)地到達(dá)指定位置。

目前在貼片機(jī)上x-y運動機(jī)構(gòu)有幾種不同的組成方式，即滾珠絲杠 線性導(dǎo)軌驅(qū)動的伺服電機(jī)驅(qū)動模式；同步齒帶 線性導(dǎo)軌驅(qū)動的伺服電機(jī)驅(qū)動模式；線性電機(jī)驅(qū)動模式。

這些驅(qū)動模式在結(jié)構(gòu)上是相似的，都需要直線導(dǎo)軌作為導(dǎo)向，但傳動模式是不同的。

以下是伺服電機(jī)驅(qū)動方式，由滾珠絲杠 直線導(dǎo)軌驅(qū)動。

圖8顯示了一個基本的貼片機(jī)x-y運動機(jī)構(gòu)，x軸伺服電機(jī)使用安裝在橫梁上的滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌驅(qū)動貼頭x軸向運動，y軸伺服電機(jī)利用安裝于機(jī)架上的滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌驅(qū)動整個橫梁在y軸向運動。這兩種運動結(jié)合在一起，形成了驅(qū)動貼頭x-y高速運動的平面x-y運動機(jī)構(gòu)。

在y軸向方向，由于驅(qū)動具有一定長度的梁，梁的兩端必須安裝在固定的直線導(dǎo)軌上，兩個導(dǎo)軌之間有一定的跨度，電機(jī)和傳動滾珠絲杠不能安裝在兩個導(dǎo)軌的中間，只能安裝在靠近一個導(dǎo)軌的內(nèi)部。這樣，當(dāng)頭的重量和梁的跨度達(dá)到較大值時，頭在遠(yuǎn)離電機(jī)一端的導(dǎo)軌附近移動y軸滾珠絲杠與橫梁的結(jié)合產(chǎn)生難以平衡的角擺力矩，y軸的加減速和定位性能會受到很大影響。為了減少這一不利因素，許多貼片機(jī)現(xiàn)在都在y軸采用雙電機(jī)驅(qū)動模式。

采用雙電機(jī)驅(qū)動模式，兩臺電機(jī)協(xié)調(diào)驅(qū)動梁的運動，提高了定位穩(wěn)定性，減少了定位時間，從而提高了定位時間y軸的速度和精度。

為了在單臺貼片機(jī)上達(dá)到更高的貼片速度，目前的高速貼片機(jī)采用雙梁/雙貼頭技術(shù)，

JUKI框架型開發(fā)，x橫梁系統(tǒng)沿y向運動，x橫梁兩側(cè)分別有兩個貼頭。每個貼頭可以分別從兩個方面安裝。x梁兩側(cè)的取料站拾取元件并安裝。PCB板可以在x、y平面內(nèi)移動。

JUKI圖10機(jī)型的改進(jìn)型采用雙重改進(jìn)型X橫梁雙貼頭結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的貼片機(jī)在送板機(jī)構(gòu)兩側(cè)有兩個x梁與雙貼裝頭系統(tǒng)，同時兩側(cè)都有取料站和貼裝區(qū)，兩側(cè)的系統(tǒng)都完成各自的取料和貼裝。

貼片機(jī)對速度和精度有很高的要求。一個安裝周期（即貼片機(jī)完成一個材料補(bǔ)丁動作），包括安裝主軸吸收元件的時間、移動到靜態(tài)鏡頭的時間、靜態(tài)鏡頭攝像頭的時間、移動到安裝位置的時間、校正元件偏移的時間、安裝主軸安裝元件的時間，總時間應(yīng)達(dá)到1~2s。當(dāng)貼片機(jī)每個貼頭上的吸嘴數(shù)量較少(3個以下)時，x-y運動機(jī)構(gòu)驅(qū)動貼關(guān)鍵因素是運動機(jī)構(gòu)驅(qū)動貼裝頭移動時間的長短。為滿足高速貼裝的要求，x，y向要以1．25m／s或者以更高的速度運動，也要有更大的加減速度(1g～2g），加速和制動的時間應(yīng)盡可能短。這樣，貼片機(jī)就不可能像數(shù)控機(jī)床那樣使運動部件非常堅固和笨重。相反，它應(yīng)該盡可能降低高速運動部件的質(zhì)量和慣性，如汽車和飛機(jī)，以達(dá)到足夠的運動定位精度和盡可能高的加減速性能在這兩者中，最，以實現(xiàn)最佳慣性匹配。

5 國內(nèi)外貼片機(jī)性能研究

日本松下等國外貼片機(jī)研發(fā)技術(shù)一直走在前列，JUKI重機(jī)，雅馬哈，SONY貼片機(jī)、FUJI富士NXT，韓國三星貼片機(jī)，MIRAE貼片機(jī)，德國的ASM西門子SIPLACE美國全球高速貼片機(jī)、荷蘭飛利浦安比昂貼片機(jī)等都開發(fā)了非常成熟的產(chǎn)品系列[3]。

喬治亞州理工學(xué)院D．A．Bodner，M．Damrau等利用VirtualNC模擬工具，電子貼裝設(shè)備Siemens80S20作為原型機(jī)，建立了相應(yīng)的數(shù)字原型模型，如圖12所示?；诎惭b系統(tǒng)、板機(jī)構(gòu)、給料系統(tǒng)三個核心部件，對整機(jī)性能進(jìn)行了詳細(xì)研究，分析了影響安裝速度的因素以及如何獲得最安裝周期時間。

德國埃爾蘭根大學(xué)Feldmann與Christoph基于多體模擬的理念，集成多體動力學(xué)模擬軟件、有限元分析軟件和控制模擬工具，建立如圖13所示的綜合多體模擬分析平臺。SiplaceF4貼片機(jī)為原型機(jī)，建立了貼片機(jī)的多體模擬數(shù)字原型模型，研究了貼片機(jī)運動對象的特性、柔韌性、振動特性和熱變形。重點介紹了在柔性體上建立線性約束的方法ADAMS／ENGINE模塊中的"TimingMechanism"建立了電機(jī)驅(qū)動齒形帶的模擬模型。

諾丁漢大學(xué)的英國MasriAyob博士研究了多頭順序貼片機(jī)的優(yōu)化，從改進(jìn)取片-貼片操作、增強(qiáng)運動控制、吸嘴選擇和給料裝配等方面入手。

貼片機(jī)曾經(jīng)是中國"七五"、"八五"、"九五"、"十五"計劃中電子設(shè)備類別的重點開發(fā)項目之一。在過去的20年里，一些國內(nèi)研究所、大學(xué)和工廠開展了工作SMT各種設(shè)備(指絲印、貼片、焊接等設(shè)備)在生產(chǎn)線上的開發(fā)。

自1978年中國引進(jìn)第一條彩電生產(chǎn)線以來，電子部第二研究所開始了貼片機(jī)的研發(fā)。未來，電子部56家、電子部4506家工廠、航天部第二研究所、廣州機(jī)床研究所等科研機(jī)構(gòu)分別開發(fā)，取得了大量的科研成果。雖然這些研究成果沒有產(chǎn)業(yè)化，但它們?yōu)楹髞碚叻e累了寶貴的經(jīng)驗。

國內(nèi)高校校對SMT貼片機(jī)的研究已經(jīng)結(jié)束。例如，西安電子科技大學(xué)的嚴(yán)紅超和姜建國利用改進(jìn)的混合遺傳算法優(yōu)化了貼片機(jī)裝配工藝；兩安交通大學(xué)的李磊和杜春華研究了貼片機(jī)的視覺檢測算法；西南交通大學(xué)的楊帆研究了SMT貼片機(jī)定位運動控制；龍旭明總結(jié)了貼片機(jī)的視覺系統(tǒng)；山東大學(xué)劉錦波研究了楔形貼片機(jī)運動控制系統(tǒng)；莫金秋、程志國、浦曉峰研究了上海交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院的貼片機(jī)控制系統(tǒng)，CIM微電子設(shè)備研究所于新瑞、王石剛、劉紹軍研究了貼片機(jī)系統(tǒng)的圖像處理技術(shù)，自動化研究所田福厚、李少遠(yuǎn)優(yōu)化了貼片機(jī)進(jìn)料器分布及其遺傳算法；華中科技大學(xué)王宏盛、史鐵林從視覺圖像研究；華南理工大學(xué)與豐華高科技合作，從視覺檢測、圖像處理、運動控制系統(tǒng)、效率優(yōu)化等方面進(jìn)行了相關(guān)研究。

6 結(jié)論

貼片機(jī)可分為專用型和泛用型，根據(jù)貼裝元件的不同和貼裝的一般程度而有Chip專用型與IC特殊類型，前者主要追求高速，后者主要追求高精度；一般類型可以粘貼Chip也可貼IC，廣泛應(yīng)用于中等產(chǎn)量的連續(xù)生產(chǎn)安裝生產(chǎn)線。通用貼片機(jī)的高適應(yīng)性是犧牲精度和速度的折衷設(shè)計。其安裝速度慢于高速安裝機(jī)，安裝精度低于精密安裝機(jī)。高速貼片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一定的極限。目前，貼片機(jī)制造商主要開發(fā)一般型號，以滿足更多的安裝工藝需求。由于后包裝和貼片工藝已經(jīng)開始相互集成，這對貼片機(jī)的精度提出了更高的要求。

對高速和高精度的要求是SMT開發(fā)貼片機(jī)的主要難點。要解決高速與高精度的矛盾，需要多學(xué)科的完美結(jié)合，需要設(shè)計、模擬、工藝、裝配、檢驗的有機(jī)結(jié)合，才能開發(fā)出高水平的貼片機(jī)。但由于貼片機(jī)的制造非常依賴于基礎(chǔ)工業(yè)的發(fā)展，這也極大地阻礙了高速高精度貼片機(jī)的發(fā)展。

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