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SMT優化系統的設計與實現
2010-12-06
表面組裝技術(Surface Mount Technology)是當今電子工業的支柱技術。這些年來隨?市場競爭的日益加劇、產品投放市場的時間日益縮短、生產週期越來越短、新技術不斷引入,如何提高SMT系統的生產效率就變得越發重要,因此基於SMT系統優化的旅行商問題(TSP)就被提出來了。本文針對基於SMT系統優化的旅行商問題進行了分析和研究,對SMT系統優化進行了系統分析設計,介紹了如何減少X-Y工作臺運動問題,提出兩種針對HSP貼片機最優路徑的優化算法,並基於一種方法編程實現了基本方案。最後在環球HSP貼

  在SMT產品組裝工藝過程中,貼裝工序是其關鍵工序,貼片機是其關鍵設備,貼裝生產效率直接決定SMT生產線乃至SMT組裝系統的生產效率。通常一條SMT生產線由一台高速貼片機和一台高精度貼片機組成,高速機主要負責片式阻容元件的安裝,高精度貼片機負責大型芯片元件的安裝,兩台貼片機各司其責,有利於整條生產線發揮最大產出。


  由上面介紹可以看出只有當兩台貼片機生產時間相等且最小時,則整條生產線才能發揮出最大產能。這就勢必涉及到兩個方面:(1)SMT生產線元件分配平衡,盡可能讓兩台貼片機貼裝時間盡可能接近在允許範圍內;(2)單台貼片機的控制程序優化到最佳狀態,縮短其單塊PCB的貼裝時間,提高生產效率。本文圍繞上述兩個方面進行研究,並基於研究成果開發了一個SMT優化系統軟件來解決工程中遇到的實際問題。


1 SMT生產線元件分配平衡設計


1.1 研究對象介紹


  本文研究的一條SMT生產線由美國環球公司的一台HSP4796L高速貼片機(以下簡稱HSP)和一台GSM1高精度機組成,由於後面敘述的生產線平衡內容是關於這兩類貼片機的,因此需要加以介紹。


  HSP以貼裝片式元件為主,採用十六個一組的旋轉貼片頭,每個貼片頭上可安裝大小不一的5種吸嘴,雙料站平臺,每個料站平臺上可安裝最多80種元件(8mm編帶),貼裝速度0.1S/片,可貼裝0201~鉭電容、小型SOP等。


  GSM1採用單頭七吸嘴並列式結構,頭部及機器前後側都安裝有元件識別像機,自檢索式料架,並安裝有託盤供料單元PTF,對應從微小片狀元件(選件)至QFP、BGA、CSP以及長度最大達到100mm的連接器等各類異形元件,實現了10000片/小時(阻容)的快速貼裝。


  GSM1可使用卷帶(Tape)、條式(Stick)、華夫盤(Tray)各種類型的元件包裝,而HSP只能使用卷帶式包裝。


1.2 元件初始化分配原則


  編制貼片機程序時,由於兩台貼片機是獨立運行,各司其責,所以需要初步將CAD坐標文本數據分成兩部分分別用於高速貼片機和高精度貼片機的程序轉換。一般芯片等大型元件貼片數據分配給高精度貼片機GSM1貼裝,阻容等小型元件貼片數據分配給高速貼片機HSP貼裝。本文提出了一種簡單而可行的分配方案,判斷芯片主要從元件位號、型號關鍵字上出發,凡是位號中含有“IC”、“U”、“TR”字樣的判斷為芯片,例如“IC1”、“U2”等,其它元件則視為阻容元件。但這種分配方案也不是絕對的,例如有些小型三極管的位號也可能是IC,但該元件卻需要放到HSP上貼裝,這就需要在實際使用過程中不斷總結,完善其分配原則,最後自動根據分配結果生成RC和IC兩個坐標文本文件,根據測算,採用該分配方案,分配的正確率一般能控制在98%以上,手工調整部分不足2%,基本滿足需求。


1.3 元件分配平衡


  根據元件初始分配結果和每種類型元件的貼裝速度(見表1),分別計算兩台貼片機的運行時間,若運行時間差異大於目標值(例如5秒),則重新分配元件,主要考慮的是兩台貼片機都能貼裝元件(我們稱之為可分配元件),在兩台貼片機間的調整,直到兩台貼片機運行時間差距在允許誤差範圍內,則平衡結束。當然,還有一種情況出現,若出現時間差距大於誤差範圍,但已無可分配元件,則無法分配,分配則結束,分配流程圖見圖1。

表1 HSP和GSM1貼片機貼裝速度

圖1 分配流程圖


2 單台貼片機程序優化設計


2.1 機器工作原理介紹


  以前面介紹的HSP高速貼片機為例,其貼片的工作原理圖如圖2所示。

圖2 環球HSP4796L貼片機工作原理


設備的工作過程包括以下幾步:

(1)PCB(印製電路板)由進口傳送帶傳送到X-Y工作臺上。
(2)視覺系統讀取PCB基準點,並將PCB定位。
(3)供料器平臺可左右移動到吸取元件所在的料槽位置上。
(4)旋轉貼片頭順時針旋轉吸取元件。
(5)X-Y工作臺可上下左右移動到貼裝元件所在位置上。
(6)旋轉貼片頭將所吸取元件放置到PCB指定貼裝位置上。
(7)重複(1)~(6)步驟,直至PCB上所有元件全部貼完。
(8)PCB由出口傳送帶卸載。

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