PLC的FPC自动贴片机设计
目录
一、FPC自动贴片机的概述 1
（一）课题来源及研究意义 1
（二）贴片机的应用概况 1
二、FPC自动贴片机控制系统硬件设计 2
（一）搬运定位部的IAI电缸设计 4
（二）位置判别通讯影像技术 4
（三）精准定位伺服技术 5
（四）加热控制设计 6
（五）产品吸附和贴付的真空设计 7
（六）Pro-face触摸屏技术 7
三、FPC自动贴片机控制系统软件设计 8
（一）运算定位 8
（二）PLC控制器技术 9
（三）模块之间的通讯 11
四、FPC自动贴片机的调试 12
（一）FPC自动贴片机调试的注意事项 12
（二）钢片加热部分设计改进 12
（三）FPC自动贴片机故障分析 13
总结 15
参考文献 16
致谢 17
一、FPC自动贴片机的概述
（一）课题来源及研究意义
实习期间，我在一家生产非标准化设备的企业担任装配电工一职。如今，非标企业都希望企业可以拥有更高的市场占有率和得到更多的效益，于是很多企业都花费大量的财力和物力去支持企业内部的研发。本人所在企业也一直很重视产品的研发，贴片机就是我在企业直接参与的一个非标产品设计的项目。
随着信息时代的发展，电脑、手机等产品在不断更新换代，产品的成本在不断压缩，与之相关的生产企业不断在投入更高生产效率的设备，高效率、低成本的自动化生产设备的在未来拥有极广阔的市场。现在，企业生产过程中面临的困难有：PCB板体积大、质量重、厚度较厚、耐褶曲性差的问题，势必造成生产效率下降 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的问题。针对PCB的问题，随着技术的革新，研究出了替代的FPC板。FPC板已经成为当今主流的科技成果之一。由于FPC板是面世时间较短，所以关于它的自动贴付成为了一个新的难题，它的贴付条件要求是在精度高的情况下同时要符合速度快，高性价比以及结构稳定。本文FPC自动贴片机就是根据企业的要求而设计和制作的，相比同水平设备的精度更高和速度更快。
（二）贴片机的应用概况
早期，贴片都是由技术工人完成，在先前已制作好线路、厚膜电阻与焊盘的陶瓷基板上，印刷锡膏，以手工方式贴上被称为‘芝麻管’的短小引脚晶体管与贴装式IC，然后进行再流焊接。操作过程繁琐而且品质无法保证统一。如今，几乎所有的电子设备都需要印刷电路板的支持，因此PCB（Printed Circuit Board印制电路板）是全球电子元件产品中市场份额占有率最高的产品。
贴PCB板的贴片机必然是被市场所需求的。贴片机：又称“贴装机”、“表面贴装系统”（Surface Mounting technology System），简称SMT。在生产线中，它配置在点胶机或丝网印刷机之后，是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。贴片机已从早期的低速机械贴片机发展为高速光学对中贴片机，并向多功能、柔性连接模块化发展。下图1-1所示，是生产中常见的贴片机。
图1-1常见的贴片机
但是，PCB板有它的劣势。它的耐折性差，体积能减小的幅度不大。一些主流的电子产品如手机，笔记本电脑，数码相机用PCB板有它的局限。
于是，新型的板材出现了，FPC(Flexible Printed Circuit 可挠性印刷电路板)。它不仅耐折性强于PCB板，体积小，质量轻，而且，厚度薄。在未来，FCB板会成为真正的主流，而FPC自动贴片机的研发刻不容缓。
二、FPC自动贴片机控制系统硬件设计
本文设计的FPC自动贴片机，开机后需先等待几分钟，等待温度达到后，将FPC板放到指定位置。钢片放入载台后，按下启动按钮，y钢片载台轴，x相机1号轴，y FPC载台轴，x取付轴同时运作。此时，FPC板位置坐标中从y轴正前方开始拍摄，依次拍4次。与此同时，取付坐标中，从左上角开始到位后，Z轴下降一定高度后，4个气缸下降触碰到钢片到位后，真空开启，气缸后退到原位。Z轴上升到一定高度，高度到位后，x取付轴会动到相机2号上方，停止。拍照完成后，U轴根据相机位置，Z轴下降到位后，气缸下降，之后破真空，气缸上升，在贴付坐标系中Y轴移动到第二贴付位置重复贴付。Z轴，U轴，气缸，真空动作后到第三个贴付位置循环以上贴付动作，接着贴付第四片，完成后回到取料部分完成一个循环，而后循环直到将2板FPC板32片贴完后，完成一个整体循环，取出FPC板更换新的继续贴付。
FPC自动贴片机的动作流程图，如图2-1所示。
根据对FPC自动贴片机的工作流程分析，将FPC自动贴片机的电气控制系统结构设计如下：四个IAI电缸驱动器（包括执行机构）、2个松下伺服电机（包括驱动器）、PLC类型采用KEYENCE（基恩士）kv-5500其中有两个定位模块(可以满足4轴控制）、5个温控器（OMRON）、两个Baumer影像技术、1个Pro-face触摸屏。下面对本设计硬件结构及所采用的设计方法进行详细介绍。
图2-1 动作流程图
（一）搬运定位部的IAI电缸设计
电缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制，精确转数控制，精确扭矩控制转变成-精确速度控制，精确位置控制，精确推力控制；实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。
在FPC自动贴片机中，本文选择的电缸要达到以下要求：闭环伺服控制，控制精度需达到0.01mm；精密控制推力，内置压力传感器，控制精度达1%；很容易与PLC等控制系统连接，能实现高精密运动控制，最好拥有噪音低，节能，干净，高刚性，抗冲击力，超长寿命，操作维护简单这些优势。电缸长期工作，要实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。最终我们根据实际运行中的生产需要选择了三款IAI电缸，它们的主要作用是承载在电缸上搭载的结构的移动。X取轴(上图2-2左图上方电缸)由于负载的贴付部分机械结构质量太重，需要推力大，功率高的电缸，所以综合考虑之后，选择使用的IAI电缸执行部分型号为ISB-LXM-I-400-40-800-T2-M-AIE-AQ。X相机一号轴（图2-2中下方电缸）需要控制精度高，所以采用的IAI电缸型号为ISB-MXM-I-200-30-500-T2-M-AIE-AQ。在y钢片载台轴和y FPC载台轴所选用的IAI电缸要求能将载台高精度直线来回平稳移动，所选用型号一致都是RCS3P-SA8C-I-100-20-400-T2-RO3-AIE。
图2-2 IAI电缸
（二）位置判别通讯影像技术
视觉系统由Baumer（堡盟）CCD、电脑、捕捉图像并进行分析的软件三部分组成，通过识别、检测、调整、记录的方式对所拍摄的图像进行处理，让FPC自动贴片机设备具有某种可视能力，使其本身得到的有力的质量控制工具。自动贴片机的视觉系统可以捕获图像，并可以测量产品的尺寸，位置，颜色，以及其他的关键特征。从而实现在无人看管的情况或场合，快速判断单片芯片贴付和整块FPC版贴付是否符合预期标准。
在整个视觉系统中，CCD的选择尤为关键。最终本设计选择的是Baumer（堡盟）CCD。因为堡盟品牌的CCD和本企业常用的Keyence(基恩士)CCD有着明显的优势。
一、FPC自动贴片机的概述 1
（一）课题来源及研究意义 1
（二）贴片机的应用概况 1
二、FPC自动贴片机控制系统硬件设计 2
（一）搬运定位部的IAI电缸设计 4
（二）位置判别通讯影像技术 4
（三）精准定位伺服技术 5
（四）加热控制设计 6
（五）产品吸附和贴付的真空设计 7
（六）Pro-face触摸屏技术 7
三、FPC自动贴片机控制系统软件设计 8
（一）运算定位 8
（二）PLC控制器技术 9
（三）模块之间的通讯 11
四、FPC自动贴片机的调试 12
（一）FPC自动贴片机调试的注意事项 12
（二）钢片加热部分设计改进 12
（三）FPC自动贴片机故障分析 13
总结 15
参考文献 16
致谢 17
一、FPC自动贴片机的概述
（一）课题来源及研究意义
实习期间，我在一家生产非标准化设备的企业担任装配电工一职。如今，非标企业都希望企业可以拥有更高的市场占有率和得到更多的效益，于是很多企业都花费大量的财力和物力去支持企业内部的研发。本人所在企业也一直很重视产品的研发，贴片机就是我在企业直接参与的一个非标产品设计的项目。
随着信息时代的发展，电脑、手机等产品在不断更新换代，产品的成本在不断压缩，与之相关的生产企业不断在投入更高生产效率的设备，高效率、低成本的自动化生产设备的在未来拥有极广阔的市场。现在，企业生产过程中面临的困难有：PCB板体积大、质量重、厚度较厚、耐褶曲性差的问题，势必造成生产效率下降 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
的问题。针对PCB的问题，随着技术的革新，研究出了替代的FPC板。FPC板已经成为当今主流的科技成果之一。由于FPC板是面世时间较短，所以关于它的自动贴付成为了一个新的难题，它的贴付条件要求是在精度高的情况下同时要符合速度快，高性价比以及结构稳定。本文FPC自动贴片机就是根据企业的要求而设计和制作的，相比同水平设备的精度更高和速度更快。
（二）贴片机的应用概况
早期，贴片都是由技术工人完成，在先前已制作好线路、厚膜电阻与焊盘的陶瓷基板上，印刷锡膏，以手工方式贴上被称为‘芝麻管’的短小引脚晶体管与贴装式IC，然后进行再流焊接。操作过程繁琐而且品质无法保证统一。如今，几乎所有的电子设备都需要印刷电路板的支持，因此PCB（Printed Circuit Board印制电路板）是全球电子元件产品中市场份额占有率最高的产品。
贴PCB板的贴片机必然是被市场所需求的。贴片机：又称“贴装机”、“表面贴装系统”（Surface Mounting technology System），简称SMT。在生产线中，它配置在点胶机或丝网印刷机之后，是通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。贴片机已从早期的低速机械贴片机发展为高速光学对中贴片机，并向多功能、柔性连接模块化发展。下图1-1所示，是生产中常见的贴片机。
图1-1常见的贴片机
但是，PCB板有它的劣势。它的耐折性差，体积能减小的幅度不大。一些主流的电子产品如手机，笔记本电脑，数码相机用PCB板有它的局限。
于是，新型的板材出现了，FPC(Flexible Printed Circuit 可挠性印刷电路板)。它不仅耐折性强于PCB板，体积小，质量轻，而且，厚度薄。在未来，FCB板会成为真正的主流，而FPC自动贴片机的研发刻不容缓。
二、FPC自动贴片机控制系统硬件设计
本文设计的FPC自动贴片机，开机后需先等待几分钟，等待温度达到后，将FPC板放到指定位置。钢片放入载台后，按下启动按钮，y钢片载台轴，x相机1号轴，y FPC载台轴，x取付轴同时运作。此时，FPC板位置坐标中从y轴正前方开始拍摄，依次拍4次。与此同时，取付坐标中，从左上角开始到位后，Z轴下降一定高度后，4个气缸下降触碰到钢片到位后，真空开启，气缸后退到原位。Z轴上升到一定高度，高度到位后，x取付轴会动到相机2号上方，停止。拍照完成后，U轴根据相机位置，Z轴下降到位后，气缸下降，之后破真空，气缸上升，在贴付坐标系中Y轴移动到第二贴付位置重复贴付。Z轴，U轴，气缸，真空动作后到第三个贴付位置循环以上贴付动作，接着贴付第四片，完成后回到取料部分完成一个循环，而后循环直到将2板FPC板32片贴完后，完成一个整体循环，取出FPC板更换新的继续贴付。
FPC自动贴片机的动作流程图，如图2-1所示。
根据对FPC自动贴片机的工作流程分析，将FPC自动贴片机的电气控制系统结构设计如下：四个IAI电缸驱动器（包括执行机构）、2个松下伺服电机（包括驱动器）、PLC类型采用KEYENCE（基恩士）kv-5500其中有两个定位模块(可以满足4轴控制）、5个温控器（OMRON）、两个Baumer影像技术、1个Pro-face触摸屏。下面对本设计硬件结构及所采用的设计方法进行详细介绍。
图2-1 动作流程图
（一）搬运定位部的IAI电缸设计
电缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时将伺服电机最佳优点-精确转速控制，精确转数控制，精确扭矩控制转变成-精确速度控制，精确位置控制，精确推力控制；实现高精度直线运动系列的全新革命性产品。
在FPC自动贴片机中，本文选择的电缸要达到以下要求：闭环伺服控制，控制精度需达到0.01mm；精密控制推力，内置压力传感器，控制精度达1%；很容易与PLC等控制系统连接，能实现高精密运动控制，最好拥有噪音低，节能，干净，高刚性，抗冲击力，超长寿命，操作维护简单这些优势。电缸长期工作，要实现高强度，高速度，高精度定位，运动平稳，低噪音。最终我们根据实际运行中的生产需要选择了三款IAI电缸，它们的主要作用是承载在电缸上搭载的结构的移动。X取轴(上图2-2左图上方电缸)由于负载的贴付部分机械结构质量太重，需要推力大，功率高的电缸，所以综合考虑之后，选择使用的IAI电缸执行部分型号为ISB-LXM-I-400-40-800-T2-M-AIE-AQ。X相机一号轴（图2-2中下方电缸）需要控制精度高，所以采用的IAI电缸型号为ISB-MXM-I-200-30-500-T2-M-AIE-AQ。在y钢片载台轴和y FPC载台轴所选用的IAI电缸要求能将载台高精度直线来回平稳移动，所选用型号一致都是RCS3P-SA8C-I-100-20-400-T2-RO3-AIE。
图2-2 IAI电缸
（二）位置判别通讯影像技术
视觉系统由Baumer（堡盟）CCD、电脑、捕捉图像并进行分析的软件三部分组成，通过识别、检测、调整、记录的方式对所拍摄的图像进行处理，让FPC自动贴片机设备具有某种可视能力，使其本身得到的有力的质量控制工具。自动贴片机的视觉系统可以捕获图像，并可以测量产品的尺寸，位置，颜色，以及其他的关键特征。从而实现在无人看管的情况或场合，快速判断单片芯片贴付和整块FPC版贴付是否符合预期标准。
在整个视觉系统中，CCD的选择尤为关键。最终本设计选择的是Baumer（堡盟）CCD。因为堡盟品牌的CCD和本企业常用的Keyence(基恩士)CCD有着明显的优势。
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