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smt的工作原理及故障分析本科学位论文

编号

毕业设计（论文）

题目：

SMT故障分析

学生姓名：

彭磊

学号：

120301121107

院（系）：

机电工程系

专业班级：

机电1211

指导教师：

幅度不大方便

职称：

助理工程师

2015年2月

中文题目：

SMT贴片机的工作原理及故障分析

毕业设计（论文）共36页（其中：

外文文献及译文××页）图纸共×张

完成日期2015年2月答辩日期2015年3月

摘要

表面贴装技术（SMT）是当今国际上最热门的一种电子组装技术和工艺，曾被誉为电子组装技术历史上的一次革命，其中贴片技术则是SMT技术的重要支柱，同时又是一个设计制造一体化的设备，因此对贴片机工作原理掌握和维护尤为重要。

本文根据企业生产实践的需要，主要对FUJI-NXT贴片机基本构造及原理进行分析，并通过一些实例讲述一些故障的引发原因、解决方法及预防措施。

介绍了贴片机的基本构造及原理，列举了其中常见的故障及排除措施，说明了贴片机的日常保养方法。

对贴片机工作原理的掌握，及时熟练地解决出现的故障以及后期的保养，使得贴片机在生产过程中更好的运行，延长设备使用寿命，并节省企业生产成本。

关键词：

机构功能；工作原理；故障解决；保养

目录

前言（或引言）……………………………………………………………………1

1贴片机…………………………………………………………………………2

1.1贴片机简介…………………………………………………………………2

1.2贴片机的种类………………………………………………………………2

1.3贴片机的技术参数…………………………………………………………2

2FUJINXT贴片机的结构………………………………………………………4

2.1机架…………………………………………………………………………4

2.2供料器………………………………………………………………………4

2.3贴装工作头……………………………………………………………5

2.3.1H01贴装工作头…………………………………………………………6

2.3.2H04贴装工作头…………………………………………………………6

2.3.3H08贴装工作头………………………………………………………6

2.3.4H12（S）贴装工作头…………………………………………………6

2.4吸嘴更换器……………………………………………………………6

2.5基板搬运机构………………………………………………………………7

2.5.1双搬运轨道…………………………………………………………7

2.5.2单搬运轨道……………………………………………………………7

2.6影像处理装置……………………………………………………………7

2.6.1元件相机………………………………………………………………7

2.6.2定位点相机…………………………………………………………8

2.7控制系统

2.7.1操作面板……………………………………………………………8

2.7.2贴片机的CPU箱………………………………………………………8

2.7.3贴片机伺服箱…………………………………………………………8

2.7.4基座CPU箱……………………………………………………………8

3FUJINXT贴片机动作原理………………………………………………9

4常见故障及解决方法……………………………………………………10

4.1卡板……………………………………………………………………10

4.2置件不良………………………………………………………………13

4.3供料部故障……………………………………………………………14

4.3.1供料器……………………………………………………………14

4.3.2切刀………………………………………………………………14

4.4真空问题………………………………………………………………14

4.4.1真空系统漏气………………………………………………………14

4.4.2.吸嘴无真空…………………………………………………………14

5FUJINXT贴片机的保养…………………………………………………16

5.1日保养…………………………………………………………………16

5.1.1机器外壳……………………………………………………………16

5.1.2废料箱∕盒…………………………………………………………16

5.2周保养…………………………………………………………………17

5.2.1光源座………………………………………………………………17

5.2.2供料平台……………………………………………………………18

5.2.3贴装工作头H12（S）…………………………………………………18

5.2.4吸嘴切换座…………………………………………………………24

5.3月保养…………………………………………………………………24

5.3.1PCB双搬运轨道……………………………………………………24

5.3.2贴装工作头（H08，H04，H01）………………………………………27

5.3.3废料带切刀座………………………………………………………32

6结论………………………………………………………………………34

致谢…………………………………………………………………………35

参考文献……………………………………………………………………36

前言（或引言）

电子电路表面组装技术（SurfaceMountTechnology，SMT），称为表面贴装或表面安装技术。

它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件（简称SMC/SMD，中文称片状元器件）安装在印制电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）的表面或其它基板的表面上，通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。

进入21世纪以来，中国电子信息产品制造业每年都以20%以上的速度高速增长，规模从2004年起已连续三年居世界第二位。

在中国电子信息产业快速发展的推动下，中国表面贴装技术（SMT）和生产线也得到了迅猛的发展，表面贴装生产线的关键设备——自动贴片机在中国的保有量已位居世界前列。

而接下来介绍的主要为企业生产实践需要的FUJINXT全自动贴片机的工作原理以及对在生产中出现的故障进行分析解决。

1贴片机

本章重点在于对贴片机进行介绍，进一步的了解贴片机。

1.1贴片机简介

贴片机：

又称“贴装机”、“表面贴装系统”（SurfaceMountSystem）,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的放置PCB焊盘上的一种设备。

在整个SMT生产线中，占据着主要地位。

贴片机的主要品牌有：

SONY索尼（日本）、Assembleon安比昂、Siemens西门子（德国）、Panasonic松下（日本）、FUJI富士（日本）、YAMAHA雅马哈（日本）、JUKI（日本）、MIRAE（韩国）、SAMSUNG三星（韩国）、EVEST元利盛（中国台湾）、环球UNIVERSAL（美国）等。

1.2贴片机的分类

贴片机按速度可分为：

中速贴片机、高速贴片机、超高速贴片机。

其贴装速度在40000片/h以上，采用旋转式多头系统。

Assembleo-FCM型和FUJI-QP-132型贴片机均装有16个贴片头，其贴片速度分别达96000片/h和127000片/h。

在实际应用中，中速贴片机的应用更加广泛。

不同种类的贴片机各有优劣，通常取决于应用或工艺对系统的要求，在其速度和精度之间也存在一定的平衡。

1.3贴片机的技术参数

各种不同速度、不同功能、不同结构的贴片机的技术参数基本相同，主要有以下几种：

（1）贴装精度与能力

（2）照相机参数

（3）原件贴装范围

（4）贴装速度

（5）基板支持范围

（6）最大装料能力

（7）机器的电、气参数及环境要求

（8）机器的外观尺寸、重量及物理承重要求

前面两种参数决定贴装设备的主要功能，能贴什么样的元件；贴装速度决定贴装设备的产能；基板支持范围和最大装料能力决定能支持多大的线路板和最多能容纳多少品种的元件；后两个参数则决定机器的安装条件。

表面贴装技术的优点是把元器件精确、快速地贴放到印制板的电路焊盘上，因此贴装精度和贴装速度是贴装设备最重要的两个参数。

2FUJINXT贴片机的结构

本章重点在于对FUJINXT贴片机基本结构进行分析，研究其基本特征，进一步说明其工作原理及机构功能。

2.1机架

机架是机器的基础，所有的传动、定位、传送机构均牢固的固定在它上面，因此机架应有足够的机械强度和刚性。

不同种类贴片机的结构和材料不同，目前普遍采用以下两种形式：

整体铸造式和钢结构式机架。

FUJINXT贴片机采用整体铸造式机架，这种形式的机架整体性好，结构稳定性高，整个机架采用热处理和时效处理方式，工作时稳固，另一个重要的特点是铸造机架具有一定的抗震动能力。

图2-1贴片机机械结构

2.2供料器

供料器（Feeder）是按照每次运动供一颗料运动的，并带动同步棘轮运行，将元件按照一定的规律和顺序提供给工作头以便准确的吸取。

其质量的好坏直接影响着置件的精度，在贴片机中有着举足轻重的作用。

图2-2供料器（Feeder）

2.3贴装工作头

贴装工作头（Head）是贴片机关键部件，它通过吸取吸嘴间接从供料器上吸取元件，经过影像处理，在校正系统的控制下自动校正位置，将元件贴装到电路板上。

通过吸取元件大小的不同，可以分为H01、H04、H08、H12（S）、这几种型号。

其中最常用的为H04和H12S型。

图2-3贴装工作头

2.3.1H01工作头

这种类型的工作头只可安装一个吸嘴，可持有尺寸范围较广的部件。

使用这种工作头时，必须同时搭载合适的吸嘴置放台。

2.3.2H04工作头

这种类型的工作头最多可安装4个吸嘴。

适合于从小型元件到中型元件贴装。

使用这种工作头时，必须同时搭载合适的吸嘴置放台。

2.3.3H08工作头

这种类型的工作头最多可安装8个吸嘴。

适合于小型元件的高速贴装。

使用这种工作头时，必须同时搭载合适的吸嘴置放台。

2.3.4H12（S）吸嘴工作头

这种类型的工作头最多可安装12个吸嘴。

适合于小型元件的高速贴装。

使用这种工作头时，必须同时搭载合适的吸嘴置放台。

并且，合适的吸嘴置放台的种类与H08吸嘴工作头通用。

根据规格的不同有H12工作头和H12S工作头。

2.4吸嘴更换器

贴装工作头的更换吸嘴收存在吸嘴置放台上。

吸嘴置放台被固定在更换吸嘴的主题上。

吸嘴更换器主题为2种类型的吸嘴置放台公用，设置在贴片机内。

图2-4吸嘴更换器

2.5基板搬运机构

基板搬运机构的作用是将需要贴片的基板送到预定位置，支撑台上升将其夹紧，贴片完成后再将基板送至下道工序。

2.5.1双搬运轨道

双搬运轨道设置在模组内部，从前道工序处取入电路板运送到后道工序的机器中。

该轨道有2条通道，每条通道都配备各自的电路板夹板。

轨道的宽度，可根据生产的电路板进行自动调整。

2.5.2单搬运轨道

单搬运轨道从前道工序处取入电路板，再将完成的电路板运送到后道工序的机器中。

该轨道有1条通道，每条通道都配备各自的电路板夹板。

轨道的宽度，可根据生产的电路板进行自动调整。

图2-5传送机构与支撑台

2.6影像处理装置

机器影像处理是影响元件安装的第二个因素。

在工作过程中首先对基板上的PCB的位置确认。

当基板传送至贴片位置时，mark相机首先对基板上PCB上所设定的定位标志（mark点）进行识别，实现对基板上PCB位置的确认。

2.6.1元件相机

元件相机用来识别被吸嘴吸取的元件形状和大小。

通过设置在相机上的光源单元处前光的照射，进行影像处理。

2.6.2定位点相机

定位点相机设置在XY机械手上，用于识别定位的定位点。

2.7控制系统

控制系统由电路控制和气路控制组成，主要由控制卡，各种传感器，各种阀和汽缸，伺服电机和编码器组成，是贴片机上最复杂，最核心的部分。

2.7.1操作面板

在操作面板上设有进行贴片机操作的按钮。

另外也用于显示机器发出的指示，机器的状态和影像处理画面。

2.7.2贴片机的CPU箱

放置用于控制贴片机的电路板，并且此CPU箱进行与基座CPU箱之间的通信。

2.7.3贴片机伺服箱

在各贴片机后面的下部，放置控制贴片机内伺服轴的伺服放大器、控制电路板等。

2.7.4基座CPU箱

放置用于控制机器的电路板，并且此CPU箱进行与基座上搭载的贴片机之间的通信管理。

3贴片机动作原理

本章将在前一章研究贴片机机构的基础上，进一步研究贴片机工作原理，对其进行介绍说明。

贴片机在重要部件如贴装主轴、动/静镜头、吸嘴座、送料器上进行了Mark标识。

机器视觉能自动求出这些Mark中心系统坐标，建立贴片机系统坐标系和PCB、贴装元件坐标系之间的转换关系，计算得出贴片机的运动精确坐标；工作头根据导入的贴装元件的封装类型、元件编号等参数到相应的位置抓取吸嘴、吸取元件；静镜头依据视觉处理程序对吸取元件进行检测、识别与对中；对中完成后工作头将元件贴装到PCB板上预定的位置。

这一系列元件识别、对中、检测和贴装的动作都是工控机根据相应指令获取相关的数据后指令控制系统自动完成。

贴片机的工作流程框图如图所示。

开始

数据初始化

自动学习PCBMARK

进板

吸嘴选择

送料器选择

LED等控制

视觉对中

贴装元器件

吸嘴放回吸嘴座

出板

生产结束

图3-1贴片机的工作流程图

4常见故障及解决方法

本章将对日常出现的故障进行说明，并研究对应的解决方法。

4.1卡板

卡板是设备日常运行中常出现的问题，发生卡板时先确认对应SensorR的AMP值显示是否正常。

在有板的时候相应的AMP值为-100到-90，无板时为0到50。

PH值是否正常（正常为90），Sensor是否松动，Sensor表面是否有异物。

解决完以上问题并用附属软件再次校正其灵敏度后观察。

若对应Sensor的AMP值还不在此范围内，确认Sensor发光端及光线与接收端是否处于同一水平线，Sensor和AMP是否有故障。

图4-1轨道电路板通过确认Sensor

图4-2轨道电路板通过确认I/RSensorAMP

发生卡板时如确认对应Sensor的AMP值显示正常，必要时确认AMP延时是否正常。

（一）用附属软件对电路板通过确认Sensor灵敏度调整

图4-3附属软件贴片机控制

进入附属软件选择相应线体，点击进入，选择要校正的贴片机，点击Remoteoperation进入，再点击Conveyorsensorsensitivityadjustment点start即可。

（二）轨道电路板通过确认L/RSensorAMPPH值调整

图4-4轨道电路板通过确认L/RSensorAMP

（1）确认ON状态开关设定为“LO”

（2）按一下号码盘RUN闪烁，数字显示屏显示为AA

（3）转一下号码盘SET闪烁，数字显示屏显示为PH

（4）按一下号码盘SET不闪烁，PH闪烁

（5）再按一下号码盘数值，在数字显示屏闪烁提示

（6）转一下号码盘知道数字显示屏显示为90

（7）再按一下号码盘显示为PH

（8）再按一下号码盘SET闪烁提示

（9）转一下号码盘数字显示屏显示为AA，RUN闪烁

（10）按一下号码盘RUN闪烁停止

（三）轨道电路板通过确认L/RSensorAMP延时值调整

图4-5轨道电路板通过确认L/RSensor

（1）确认ON状态开关设定为“LO“

（2）按一下号码盘RUN闪烁，数字显示屏显示为AA

（3）转一下号码盘TMR闪烁

（4）按3秒号码盘t0闪烁

（5）转一下号码盘直到数字显示屏显示为dt

（6）按一下号码盘TMR闪烁

（7）再按一下号码盘数值，在数字显示屏闪烁提示

（8）转一下号码盘直到数字显示屏显示为15

（9）按一下号码盘TMR闪烁提示

（10）转一下号码盘数字显示屏显示为AA，RUN闪烁

（11）按一下号码盘RUN闪烁停止

（四）轨道电路板开确认Sensor及松开夹紧汽缸

报卡板时，确认轨道电路板开确认Sensor是否正确及对应DOG位置是否正确。

若无法正常松板和夹板请确认汽缸活动是否正常。

轨道电路板开确认Sensor图4-6电路板夹紧汽缸

（五）支撑销确认Sensor

报卡板时，确认支撑销确认Sensor状态是否正常，并检查是否有异物影响到该Sensor的工作状态。

图4-7支撑销确认Sensor及BKT

6）输送轨道马达

报卡板时，确认马达、马达及轨道皮带是否正常

4.2置件不良

引起置件不良的原因大致可分为：

人、机、料、法四个方面

（一）人：

（1）洗板：

将洗板后的零件用于生产，但未清洁干净导致影像Error

（2）备料不良：

吸件位置错误、胶膜未拉好、胶带粘贴不当、料带于供料处不平整。

（3）Feeder:

Feeder的Pitch设置错误

（4）料盘位置：

MTU中放置Tray盘时，料盘在Tray盘的位置不正确，导致抛料；Feeder料卷供料时，料盘被Feeder卡住，无法进料。

（二）机

（1）料带无法切断：

切刀堵塞、迟钝

（2）设备异常：

X轴及齿轮长期使用导致磨损，对其保养更换即可

（3）Camera上有异物：

由于Camera比较脏或者元件掉进相机里面，会对影像的判断产生干扰。

（4）真空不足：

包括机器真空异常、Nozzle堵塞或损坏、滤芯脏等原因

（5）Nozzle：

吸嘴脏会影响判断影像，产生误判

（6）工作头：

机械阀O型圈及滤芯过脏、shaft杆弯曲。

对O型圈、滤芯进行保养，更换shaft杆即可

通过对机器的及时保养，可预防上述各种原因，可减少料损耗，节省生产成本。

（三）料：

（1）原材不良：

元件氧化、破损、Pin弯曲、折角、有异物

（2）料膜：

料膜粘性太强，会将元件粘在料膜上，同时对拉料膜机构产生影响。

（3）料带：

料槽Size,Pitch，元件在料槽里晃动大小、料带上纤维多。

（四）法：

Job设定不当;PartData用错、ShapeData编辑不当（VisionType不合适，BodySize&Tolerance,选取的Nozzle大小，PickTolerance,PickOffset等）、PackageData（FeederPitch）等原因。

4.3供料部故障

供料部故障主要包括供料器（Feeder）和切刀这两方面原因。

4.3.1供料器

经常遇到的供料器故障有卡带轴、进料不稳、电机动力不足、不卷料带等。

卡带轴是料带从棘轮上脱离或者料带卷曲棘轮不能拉动料带造成，只要重新安装料带把料带弄顺即可；进料不稳可能为料盘太紧、料架卡料盘、供料器运行不稳定等原因造成。

料盘太紧、料架卡料盘，一般松动料盘、修磨料架即可解决。

但供料器运行不稳定则需要维修调整供料器，在生产中最快捷的方法为更换供料器。

4.3.2切刀

主要为切刀不动作、动作不切断两种。

切刀不动作要检查线路是否有问题，是否被料带卡住；动作不切断可能为刀刃迟钝、切刀间隙过大、切刀进出Sensor异常。

只要调整切刀间隙，将异物清除，把刀刃打磨即可。

对于Sensor问题，看是否有异物附于表面，遮住发光和接收端，清除异物无效的话，可考虑Sensor损坏，更换备品即可。

4.4真空问题

此异常主要有真空系统漏气、吸嘴无真空这两方面原因造成。

4.4.1真空系统漏气

一般可考虑真空泵、Cabble线问题。

对真空泵配件进行保养更换即可。

Cabble线由于长期使用导致破损而漏气，对于此问题更换新的Cabble线即可。

4.4.2吸嘴无真空

吸嘴无真空可能由机械阀O型圈和真空过滤器导致。

将机械阀O型圈进行保养更换即可。

看真空过滤器中的滤芯和滤棉是否过脏，对其保养更换即可。

.

5贴片机的保养

本章重点在于研究分析贴片机的日常保养方法，避免一些不必要的故障，以便提高企业生产效率，降低企业生产成本。

5.1日保养

5.1.1机器外壳

保养工具:

不织布

保养方法:

以不织布擦拭机器外观表面的灰尘

检查判定基准:

机器外观表面的无灰尘

图5-1贴片机

5.1.2废料箱/盒

保养工具:

剪刀、静电袋

保养方法:

（1）将抛料盒取出,并将盒内的零件倒入防静电袋

（2）以剪刀剪掉多余的料带并丢入垃圾箱

检查判定基准:

（1）机台内的抛料盒内没有零件

（2）废料带不可超出废料筒

图5-2废料箱/盒

5.2周保养

5.2.1光源座

保养工具:

零件相机清扫用具内含：

擦拭器、清洁器、清洁用纸、真空吸笔

保养方法:

（1）组装擦拭器完成后擦拭相机玻璃表面

（2）用清洁器吸取相机内部

（3）使用真空吸笔吸取清洁器无法吸取之异物

检查判定基准:

（1）相机罩玻璃面无灰尘

（2）相机内部无零件异物

（3）相机罩,光源内没有零件异物灰尘

图5-3光源座

图5-4光源内玻璃表面

5.2.2供料平台

保养工具:

吸尘器、不织布、T&D

保养方法:

（1）使用吸尘器吸取供料托架,在用不织布把供料托架槽里面的异物灰尘擦干净,并且在供料托架上喷T&D,喷完之后在用不织布把T&D擦掉。

（2）使用吸尘器吸取供料托架与模块连接处的异物并且把表面的灰尘擦干净

检查判定基准:

（1）供料托架表面无异物灰尘,并且只能够看到表面一层油光。

（2）供料托架与模块连接处无异物灰尘

图5-5供料平台

5.2.3贴装工作头（H12（S））

（一）保养项目:

Q轴齿轮清洁及润滑

保养工具:

AFC、不织布

保养方法:

（1）用不织布把Q轴齿轮上的脏油擦干净

（2）使用AFC把Q轴齿轮上均匀的涂抹一层薄薄的新油

（3）用手指轻轻转动Q轴齿轮进行充分润滑

检查判定基准:

（1）Q轴齿轮上看不到任何脏油异物,只能够看到一层油光。

（2）Q轴齿轮上只能够看到一层薄薄的新油,如果加油过多的地方请用不织布擦干净并且要看不到脏油。

（3）用手转动过程中请看好Q轴齿轮是否都润滑到了,没有润滑到的地方请继续加油润滑。

图5-6贴装工作头Q轴齿轮

（二）保养项目:

Z轴齿轮、滚珠螺杆、LM导轨、清洁及润滑

保养工具:

AFC、不织布

保养方法:

（1）用不织布把Z轴丝杆、滚珠螺杆、LM导轨上的脏油擦干净