高速高精度贴片机表面贴装生产关键技术研究

发布时间：2020-10-13 14:07

　　 精密电子制造技术的快速发展以及越来越激烈的市场竞争,为高速高精度贴片机的表面贴装技术带来了严峻的考验。不同于发达国家成熟的贴片机技术,国产的机器性能差,速度慢,精度比进口机相距甚远,如何实现精密电子表面贴装生产中的快速、精准定位,缩短贴装时间,提高生产效率,帮助国内的高速高精度贴片机在目前的市场环境下获得更大的发展空间,高速高精度表面贴装生产关键技术为我们带来了新的研究思路。本文通过介绍高速高精度贴片机表面贴装生产及其相关关键技术的研究背景和意义,分析目前国内外针对高速高精度贴片机的表面贴装技术的研究现状,总结了目前关于高速高精度表面贴装生产中基准点精确定位及贴装工艺优化研究中尚存在的不足和局限性,并据此确定了本文的主要研究内容如下:1.针对贴片机的高精密度、高速度表面贴装生产要求,为实现全自动、可靠性高、速度快的表面贴装生产,给出了高速高精度贴片机系统,该系统主要由机械系统、控制系统、软件系统和自动光学检测系统组成。重点搭建了自动光学检测系统,实现设备标定、基准点定位、缺陷识别、对中校正和位姿补偿等功能。该自动光学检测系统可以满足贴片机的高速高精度生产的基准点定位要求,配合整机贴装速度可以达到30000片/小时,精度可以达到20um。2.针对高速高精度贴片机贴装的PCB板十字形基准点图像特点,提出了几何特征识别定位算法。该定位算法主要包括模式训练和实时搜索两个部分,实验结果表明,该方法与传统的区域定位算法和边缘定位算法相比,不仅对灰度线性变化和灰度非线性变化有很好的适应性,而且支持尺度和角度变化,定位偏差不超过0.5pixel,鲁棒性好,定位算法适用于十字形标记点的PCB板的贴装生产。3.针对目前高速高精度0402、0603等类型贴片电阻元件贴装生产PCB板圆形Mark基准点快速定位方法精度误差较大,适应性较差的关键问题,提出改进Cramer-Rao下界算法的Mark点精确定位方法。该算法基于图像特性,采用大津阈值法实现初步的分割,通过对canny算子中引入高斯核在多尺度空间上提取边缘的一组主导点集,然后应用改进的Cramer-Rao下界算子对主导点集进行圆拟合,从而精确定位Mark点。实验结果表明,该方法具有很强的健壮性。与LSF方法、AF方法和Hough圆检测方法相比,其速度至少是LSF和AF方法的1.3倍、是Hough圆检测方法的2.6倍。4.针对目前高速高精度ADS7841E、MP2359DJ等芯片元件贴装生产PCB板圆形Mark基准点快速定位方法干扰信息多,精度、速度要求高的关键问题,提出了弧形投影算法。弧形投影算法首先进行标尺搜索、投影差分以及差分平滑,然后再利用迭代二分K-means聚类进行去噪,最后采用Ransac圆拟合。实验结果表明,该算法能够实现亚像素级别的Mark点检测,同时具有速度快,鲁棒性强,精度高等特点。并以工程应用验证了方法的有效性。5.针对ADS7841E、MP2359DJ等芯片元件多且吸嘴匹配要求高的PCB贴装生产工艺优化中面临的多优化互耦合的复杂问题,提出面向吸嘴高匹配需求贴装元件的分层级结构多目标优化方法,构建以交换次数最少和匹配值最小为目标的第一主层级吸嘴化模型,利用线性规划算法进行求解。第二层级并行解决装贴顺序优化问题与喂料器的布局及取料优化问题。构建以贴装距离最小为目标的贴装顺序优化模型,提出融入改进最近邻法构造初始解种群的蛙跳算法进行求解;采用投票积分式方法构建喂料器布局方案,构建以最大化同时取料的优化模型,利用启发式贪心算法进行求解。实验结果表明,该方法对吸嘴要求较高的PCB装贴过程中有明显地性能优化。并以工程应用验证了方法的有效性。6.针对1210、1812等贴片电阻元件多且吸嘴匹配要求相对较低的PCB贴装生产工艺优化中速度要求更高的问题,提出面向吸嘴低匹配需求的吸嘴及贴装顺序并行优化的快速分层级结构多目标优化方法。构建以吸嘴交换次数最少和贴装距离最小为优化目标的第一主层级模型,利用改进的蛙跳算法进行求解,同时利用蛙跳算法结合之前投票积分方法设计喂料器布局方案,构建以最大化同时取料的优化模型,利用蛙跳算法进行求解。实验结果表明,该方法在吸嘴匹配要求不高情况下优于以吸嘴优化为第一层级的分层级多目标优化方法。并以工程应用验证了方法的有效性。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.41;TN40
【部分图文】：

技术和工业基础，所以发展尤为迅猛，如今，在欧洲各国ＳＭＴ技术发展己非常成熟［７］。??我国的ＳＭＴ产业起步晚，应用于２０世纪８０年代初期，主要应用于通信、汽车、国防等领??域，如图１．１所示。近几年我国ＳＭＴ发展很快，相关的产品应用增多，但由于ＳＭＴ关键??技术发展较慢，至今我国电子产品生产企业都是依靠进口获得ＳＭＴ设备，这严重制约了??我国ＳＭＴ产业的发展，因此有必要对ＳＭＴ进行研宄，带动我国电子信息产业的快速发展。??４??

?博士学位论文??ＳＭＴ涉及面很广，采用的是“贴放－焊接”的工艺方法，其生产流程如图１．２所示。??所示。相对应地生产设备包括贴片机、印刷机、ＳＰＩ?（锡膏检测仪）、波峰焊设备、回??流焊设备、ＡＯＩ检测设备、Ｘ－Ｒａｙ检测设备、返修工作站等，如图１．３所不。??供料机供料?ｊ??否?通知来料质量?｜??来料检査??－—？?？？控制部门处理??、＇、、，’’?ｕ￣??ｉ是?Ｉ．???▼???县?７Ｓ??丝印焊膏?疋．．．?、．、＼?口??（点貼片胶）＾??制程检验??匕―—?、？ｚ??▲??Ｘ??否??ｓｐ丨锡膏检査二??清洗?碱????ｋ…??是??■?ｉ?；??丄?］??贴片机进行贴片?取下贴片元件???Ｍ???ｔ?否??？？Ｚ?＇、、、、??，？?回流焊前?否?；?????？?？！技术人员进行处理Ｉ?？＜；，?矫正??曰、丫’?’丫’是??是?＾?；?１??回流炉焊接固化?碱???ｉ．是??否??焊接效果检査?—??？不合格维修处理????＇、、？?．Ｚ?丨???ｊ??、丫．．?”．．．??▼??成品包装送检??图１．２?ＳＭＴ生产流程图??Ｉ?Ｉ??，?％??「卞、规ｊ，??（ａ）集适／ＣＨＩ

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本文编号：2839268