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SMT生產設備中高速貼片機常見故障與排除方法

  對機器進行定期維護,更換不良器件,使之處于最佳工作狀態,能減少生產時的故障,在生產過程中貼片機出現的故障還有許多,本文只是介紹了一些較常見的,希望能起到一個拋磚引玉的作用,只要我們在碰到類似的問題時善于分析總結,找出其產生的根本原因,那么這些故障的排除,將不會是一件很難的事情。

  1 引言
  隨著SMT(表面貼裝技術)在電子產品中的廣泛應用,SMT生產中的關鍵設備-貼片機也得到了相應的發展,但在貼片機的使用過程中,會不可避免地發生一些故障。如何排除這些故障,確保機器處于最佳運行狀態,是貼片機日常使用管理過程中的一個主要任務,本文將以美國環球公司的HSP4796L高速轉塔貼片機為例,介紹貼片機日常使用過程中的一些常見故障與排除方法。
  · HSP4796L以貼裝片式元件為主,采用16個一組的旋轉貼片頭,每個貼片頭上有5種吸嘴,雙供料平臺,每個供料平臺上可安裝最多80種元件(8mm),貼片速度0.10s/片,可貼裝0201-20mm尺寸芯片等。
  2 常見故障分析及排除
  2.1 元件吸取錯誤
  元器件由高速運動的貼片頭,從包裝編帶中取出,貼裝到印制板上的過程中,會產生未取到、吸取后失落等幾種吸取不良的故障,這些故障會造成大量元件損耗,根據我們的經驗,元件吸取不良通常是由以下幾種原因造成:
  (1)真空負壓不足,當吸嘴取元件時,吸嘴處產生一定的負壓,把元件吸附在吸嘴上,其判定吸嘴拾取元件是否異常一般采用負壓檢測方式,當負壓傳感器檢測值在一定范圍內時,機器認為吸取正常,反之認為吸取不良。在元件吸取時,真空負壓應該在53.33kPa以上,這樣才能有足夠的真空量來吸取元件。若真空負壓不足,將無法提供足夠的吸力吸取元件,在使用中我們要經常檢查真空負壓,并定期清洗吸嘴,同時還要注意每個貼裝頭上的真空過濾芯的污染情況,其作用是對達到吸嘴的氣源進行過濾,對污染發黑的要予以更換,以保證氣流的暢通。
  (2)吸嘴磨損,吸嘴變形、堵塞、破損造成氣壓不足,導致吸不起元件,所以要定期檢查吸嘴的磨損程度,對嚴重的予以更換。
  (3)供料器的影響,供料器進料不良(供料器齒輪損壞),料帶孔沒有卡在供料器的齒輪上,供料器下方有異物、卡簧磨損),壓帶蓋板、彈簧及其他運行機構產生變形、銹損等,從而導致元件吸偏、立片或者吸不起器件,因此應定期檢查,發現問題及時處理,以免造成器件的大量浪費。
  (4)吸取高度的影響,理想的吸取高度是吸嘴生接觸到元件表面時再往下壓0.05mm,若下壓的深度過大,則會造成元件被壓進料槽里反而取不起料。若某元件的吸取情況不好,可適當將吸取高度向上略微調整一點,例如0.05mm。作者在實際工作過程中曾碰到過某一料臺上的所有元件都出現吸取不好的情況,解決的方法是將系統參數中該料臺的取料高度適當上移一點。
  (5)來料問題,有些廠家生產的片式元件包裝存在質量問題,如齒孔間距誤差較大、紙帶與塑料膜之間的粘力過大、料槽尺寸過小等都是造成元件取不起來的可能原因。
  2.2 元件識別錯誤
  HSP4796L的視覺檢測系統由兩部分組成,元件厚度檢測系統和光學識別系統,所以在分析識別錯誤對應從這兩方面入手。
  (1)元件厚度檢測錯誤,元件厚度檢測是通過安裝在機構上的線性傳感器,對器件的側面進行檢測,并與元件庫中設定的厚度值進行比較,可判斷出元件的不良吸取狀態(立片、側吸、斜吸、漏吸等),當元件庫中設定的厚度值與實測值超出允許的誤差范圍時,會出現厚度檢測不良,導致元件損耗,因此正確設定元件庫中元件厚度至關重要,同時還要經常對線性傳感器進行清潔,以防止粘附其上的粉塵、雜物、油污等影響器件的厚度及吸取狀態的檢測。
  (2)元件視覺檢測錯誤,光學識別系統是固定安裝在一個仰視CCD攝像系統,它是在貼裝頭的旋轉過程中經攝像頭識別元件外形輪廓而光學成像,同時把相對于攝像機的器件中心位置和旋轉角度測量并記錄下來,傳遞給傳動控制系統,從而進行x、y坐標位置偏差與θ角度偏差的補償,其優點在于精確性與可適用于各種規格形狀器件的靈活性。它有背光識別方式和前光識別方式兩種,前光識別以元件引線為識別依據,識別精度不受吸嘴大小的影響,可清晰地檢測出器件的電極位置,即使引腳隱藏于元件外形內的器件PLCC、SOJ等也可準確貼裝,而背光識別是以元件外形為識別依據,主要用來識別片式阻容元件和三極管等,識別精度會受吸嘴尺寸的影響。
  圖2
  元件視覺檢測錯誤的可能原因有:
  1)吸嘴的影響,當采用背光識別時,若吸嘴外形大于器件輪廓時,圖像中會有吸嘴的輪廓,如圖3所示,識別系統會把吸嘴輪廓當作元件的一部分,從而影響到元件識別對中。解決方法要視具體的情況而定:
  a、若吸嘴外徑大于器件尺寸、則換用外徑較小的吸嘴。
  b、吸嘴位置偏差導致吸嘴外形伸出到器件輪廓,調整料位偏差。HSP4796L具有元件吸取位置自動校正的功能,通過連續測量某元件的吸取位置,計算出平均誤差并自動產生修正值加以補償,該修正值存放在Feeder(B)Offest中,在該數據庫中存放有每個料位自動生成的修正值,將該元件所在料位偏差值清零即可解決問題。
  2)元件庫參數設置不當。這通常是由于換料時元件外形不一致造成,需要對識別參數重新檢查設定,檢查項目包括元件外形和尺寸等等,一個有效解決辦法是讓視覺系統"學習"一遍元件外形,系統將自對地產生類似CAD的綜合描述,此方法快捷有效,另外若來料尺寸一致性不好,可適當增大容許誤差(tolerance)。
  圖3 吸嘴輪廓影響元器件背光識別
  3)光圈光源的影響,光圈光源的使用較長一段時間后光源強度會逐漸下降,因為光源強度與固態攝像轉換的灰度值成正比,而采用灰度值大,數字化圖像與人觀察到的視圖越接近,所以隨著光源強度的減小,灰度值也相應減少,但機器內的灰度值不會隨著光源強度的減小而減小,只有定期校正檢測,灰度值才會與光源強度成正比,當光源強度削弱到無法識別元件時,就需要更換燈泡。
  4)反光板的影響,反光板只是對背光才起作用,當反光板上有灰塵時,反射時攝像機的光源強度減小,灰度值也小,這樣易出現識別不良,導致元件損耗,反光板是需要定期擦試的部件。
  5)鏡頭上異物的影響,在光圈上面有個玻璃鏡片,其作用是防止灰塵進入光圈內,影響光源強度,但如果在玻璃鏡片上有灰塵、元件等異物,同樣也影響光源強度,光源強度低,灰度值低。這樣也容易導致識別不良發生,貼片機要注意鏡頭和各種鏡片的清潔。
  2.3 飛件
  飛件指元件在貼片位置丟失,其產生的主要原因有以下幾方面:
  (1)元件厚度設置錯誤,若元件厚度較薄,但數據庫中設置較厚,那么吸嘴在貼片時就會在元件還沒達到焊盤位置時就將其放下,而固定PCB的x-y工作臺又在高速運動,從而由于慣性作用導致飛件。所以要正確設置元件厚度。
  (2)PCB厚度設置錯誤,若PCB實際厚度較薄,但數據庫中設置較厚,那么在生產過程中支撐銷將無法完全將PCB頂起,元件可能在還沒達到焊盤位置時就被放下,從而導致飛件。
  (3)PCB的原因,通常有這樣的幾個原因:
  1)PCB本身問題,PCB翹曲超出設備允許誤差,一般要求如表1。
  2)支撐銷放置問題。在做雙面貼裝PCB時,做第二面時,支撐銷頂在PCB底部元件上,造成PCB向上翹曲,或者支撐銷擺放不夠均勻,PCB有的部分未頂到從而導致PCB無法完全被頂起。
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