贴片技术与贴片机-定位系统
作者：博维科技 时间：2018-07-19 15:49
贴片精度达 60um，光学定位的精度高于机械定位，但定位时间稍长。
（一）X-Y 与Z/
· X-Y 定位系统是评价贴片机精度的主要指标，它包括传动机构和伺
服系统；贴片速度的提高意味着X-Y 传动机构运行速度的提高而发
热，而滚珠丝杆是主要的热源，其热量的变化会影响贴装精度，最新
研制的X-Y 传动系统在导轨内设有冷却系统；在高速机中采用无磨擦
线性马达和空气轴承导轨传动，运行速度做得更快。
西门子贴片机采用同步带－直线轴承驱动，该系统运行噪声低，工作
环境好。
X-Y 伺服系统（定位控制系统）
由交流伺服电机驱动，并在传感器及控制系统指挥下实现精确定位，
因此传感器的精度起关键作用。位移传感器有园光栅编码器、磁栅尺
和光栅尺。
1． 园光栅编码器
园光栅编码器的转动部位上装有两片园光栅，园光栅由玻璃片或透明
塑料制成，并在片上镀有明暗相间的放射状铬线，相邻的明暗间距称
为一个栅节，整个园周总栅节数为编码器的线脉冲数。铬线的多少也
表示精度的高低。
其中一片光栅 固定在转动部位作指标光栅，另一片则随转动轴同眇
运动并用来计数，因此指标光栅与转动光栅组成一对扫描系统，相当
于计数传感器。园光栅编码器装在伺服电机中，它可测出转动件的位
置、角度及角加速度，它可以将这些物理量转换为电信号舆给控制系
统。编码器能记录丝杆的放置数并将信息反馈给比较器，直至符合被
线性量。
该系统抗干扰性强，测量精度取决于编码器中光栅盘上的光栅数及溢
珠丝杆导轨的精度。
2.磁栅尺
由磁栅尺和磁头检测电路组成，利用电磁特性和录磁原理对位移进行
测量。磁栅尺是在非导磁性标尺基础上采用化学涂覆或电镀工艺在非
磁性标尺上沉积一层磁性膜（一般10～20um）在磁性膜上录制代
表一定年度具有一定波长的方波或正弦波磁轨迹信号。磁头在磁栅尺
上移动和读取磁恪，并转变成电信号输入到控制电路，最终控制AC
伺服电机的运行。
磁栅尺的优点是制造简单、安装方便、稳定性高、量程范围大，测量
精度高达1～5um，贴片精度一般在0.02mm。
3.光栅尺
由光栅尺、光栅读数头与检测电路组成。光栅尺是在透明下班或金属
镜面上真空沉积镀膜，利用光刻技术制作均匀密集条纹（每毫米
100～300 条），条纹距离相等且平等。光栅读数头由指示光栅、光
源、透镜及光敏器件组成，光栅尺有相同的条纹，光栅尺是根据根据
物理学的莫尔条纹形成原理进行位移测量，精度高达0.1～1um，其
定位精度比磁栅尺还要高1～2 个数量级。
光栅尺对环境要求比较高，特别是防尘，尘埃落在光尺上会引起贴片
机故障。
上述三种测量方法仅能对单轴向运动位置的偏差进行检测，而对导轨
的变形、弯曲等因素造成的正交或旋转误差却无能为力。
4.Y 轴方向运行的同步性
新型贴片机X轴运行采取完全同步控制回路的双AC伺服电机驱动系
统，将内部震动降至最低，从而保证了Y 轴方向同步运行，其速度快、
口音低、贴片头运行流畅轻松。
5.X-Y 运动系统的速度控制
调整机运行速度高达 150mm/s，瞬时的启动和停止都会产生震动和
冲击。最新的X-Y 运动系统采用模糊控制技术，运行过程中分三段控
制“慢－－快――慢”（“S”型）从而使运动变得柔和，也有利于贴
片精度的提高，降低噪音。
6.Z 轴伺服、定位系统
在泛用机中，支撑贴片头的基座固定在X 导轨上，Z 轴控制系统的形
式有：
1. 园光栅编码器――AC/DC 马达伺服2. 系统
与 X-Y 伺服定位类似，采用园光栅编码器的AC/DC 伺服马达－濂珠
丝杆或同步机构，马达可安装在侧位，通过齿轮转换机构实现吸嘴在
Z 轴方向的控制。
3. 圆筒凸轮控制系统
在松下 MVB 型贴片机中，吸嘴Z 方向运动就是这类，贴片时在PCB
装载台的配合下完成贴片程序。
7.Z 轴的旋转定位
早期采用气缸和挡块来实现，只能做到 0、90 度控制，现在的贴片
机已直接将微型脉冲马达安装在贴片头内部，以实现旋转方向高精度
控制。MSR 型的分辨率为0.072 度/脉冲，它通过高精度的诣波驱
动器（减速比为30:1），直接驱动吸嘴装置，由于诣波驱动器具有输
入轴与输出轴同心度高、间隙小、振动低等优点，故放置方向分辨率
高达0.0024 度/脉冲。
（二）光学对中系统
指贴片机在吸取元件时要保证吸嘴吸在元件中心。
原理：贴装头吸取元件后，CCD 摄像机对元器件成像，并转化成数
字图象信号，经计算机分析出元器件的几何中心和几何尺寸，并与控
制程序中的数据进行比较，计算出吸嘴中心与元器件中心在X、Y、
O 的误差，并及时反馈给控制系统进行修正，以保证元器件引脚与焊
盘重合。
组成：光源、CCD、显示器以及数模转换与图像处理系统组成。CCD
在给定的视野范围内将实物图像的光强度分布转换成模拟电信号，模
拟电信号再通过A/D 转换成数字量，经图像系统处理后再转换为模
拟图像，最后由显示器瓜出来。
CCD 的分辨率：灰度分辩率和窨分辩率
灰度值分辩率是利用图像多级高密度来表示分辩率，机器能分辨给定
点的测量光强度，所需光强度越小则其分辩率就越高，一般采用256
级灰度值（人眼处理的灰度值仅在50～60 左右）。
空间分辩率是指 CCD 分辩精度的能力，通常用像元素来表示，即规
定覆盖原始图像的栅网的大小，栅网越细，网点和像元素越高，分辨
精度越高。
通常在分辩率高的场合下，CCD 能见到的视野小，而大视野的情况
下分辩率较低，故在高速、高精度的场合下装有两种不同视野的
CCD。
CCD 的光源
为了配合贴片机贴好 BGA、CSP 之类的器件，在以往元件照明（周
围、同轴）基础上增加了BGA 照明。BGA 照明是LED 比以往更加
水平。
光学系统的作用：
（1） 对 PCB 的位置的确认，（2） 识别定位标（3） 志，（4） 通
过BUS 反馈计算机，（5） 计算出贴片机原点位置误差，（6） 反馈
给运动控制系统
（7） 对元器件的确认：元件外形、元件中心、元件引脚的共面性和
形变
在 PCB 设计时还增加了小范围几何位置识别，即在要贴装的细间距
QFP 位置上再增加元器件图像识别标志，确保细间距器件贴装准确
无误
飞行对中技术――在运动中就将位置校正好
（1） CCD 安装在贴片头上，（2） 用此方法 QFP 的贴装速度由原
来的0.7s 下降到0.3s;
（3） CCD 采用悬挂式安装，（4） 有利于 SMC/SMD 运动中校正
位置。
