SMT贴片机的安全联锁、真空吸取、气动等系统介绍（一）

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一、安全联锁系统

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为了防止贴片机运动部件对人体可能造成伤害，保证人身安全，贴片机都在机器开动时设置了安全联锁系统，不同厂商、不同型号的机器安全联锁系统可能有差异，但其功能是一样的。

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环球贴片机机器上有4 个锁，两个在机器的正面，另外两个在后面。有了锁开关，机盖不关闭就启动不了机器。单击Start按钮后，联机盖会被锁住。在以下情况机盖会被解除：

• 单击E-Stop紧急停止开关（立即停止）；

• 单击Cycle Stop按钮，机器完成当前一个运转周期后（不立即停止）。

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E-Stop是机器安全系统的一个重要部分，单击E-Stop按钮会得到以下结果：

• 立即停止机器并使机器的所有的轴处于休眠状态；

• 立即松开机盖锁，这时可以打开机盖；

• 会切断气路，吸附在真空吸嘴上的元件会脱落。

可见，机器操作加电以前，为保证安全，必须满足下列要求：

• 所有联锁机罩均必须已关闭；

• 主电源开关必须已接通；

• 机器上和机器选装设备上的所有急停开关必须转到“On”（接通）位置。

二、真空吸取系统

真空吸取的原理是利用真空系统与大气压力差形成的力实现物件抓取和移动的。这种利用压力差固定或移动物体的方法在日常生活中有许多应用，例如，吸尘器、真空吸附挂钩和中医拔火罐等，在工业生产中真空应用非常广泛。

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（1）大气压与大气压强

根据流体力学原理，处于地球大气中的所有物体，都会受空气重力的作用，这种作用力就是大气压力的作用，单位面积上受到的大气压力，就是大气压强。地面上标准大气压（1 atm）约等于760 毫米高水银柱产生的压强（mmHg）。不同领域、不同国家和地区使用不同的压强单位，工业技术中常用的压强单位是：

公制——Pa（帕斯卡）、kPa（千帕）和MPa（兆帕）

             1Pa（帕斯卡）=1牛顿/平方米

英制——PSI（磅/平方英寸）

简化换算关系是：

1 atm=760 mmHg

=101325 Pa

≈101 kPa

≈0.1 MPa

≈14.5 PSI

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（2）真空与真空度

通常所说的真空是指气体压强低于大气压强的一种状态，而不是完全没有空气的“真空”。也就是说，处于真空状态下的气体比大气压下的气体稀簿。衡量处于真空状态下的气体稀簿程度，用“真空度”来表示，习惯上，真空度高，表示气体压强低于大气压强多；真空度低，表示气体压强低于大气压强少。

在真空状态下，气体的稀薄程度通常用气体的压力值来表示，显然，该压力值越小则表示气体越稀薄。所谓“真空”，是指在给定的空间内，压强低于101325 帕斯卡（即一个标准大气压强约101 kPa）的气体状态。

真空度有绝对真空度和相对真空度之分。

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所谓“绝对真空度”是用空间气体的“绝对压强”（即比“理论真空”高多少压力）来表示的，在实际情况中，真空泵的绝对压强介于0～101.325 kPa之间。绝对压强需要用绝对压力仪表测量，在20℃、海拔高度=0 的地方，用于测量真空度的仪表（绝对真空表）的初始值为101.325kPa（即一个标准大气压）。

通常所说真空度即是指相对真空度。因此，真空度与大气压强和绝对压强的关系是：

真空度=大气压强−绝对压强

真空度与大气压强的关系如下图所示。

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（3）真空吸取原理

在了解了大气压和真空度基本知识后，所谓真空吸取的原理就非常简单了。如下图所示，吸嘴由真空泵抽成真空状态，则当P1S−mg＞0时，元件能够被吸起。真空吸力为

F=P1S

式中，P1为真空度；S为吸嘴孔的总面积；m为元件质量；g为重力加速度。

这里忽略了空气阻力。实际在吸嘴吸起元件时还要克服元件与载体（如料带）的摩擦力，当吸嘴吸起元件向上移动时，由于加速度会产生牛顿力，所以，必须保证真空吸力 F足够大，才能完成真空吸取的任务。

3、贴装过程对真空吸力的要求元器件从吸取到贴装，经历测试、调整位置和对准位置，一直处于运动状态，包括三维空间的移动和转动。随着贴装速度的提高，运动速度也不断增加，因此真空吸力不仅仅是克服元器件重力的问题，而是涉及加速度作用力、摩擦力和离心力的综合作用，具体运动过程受力分析如下：

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（1）元器件三维空间的移动元器件

三维空间移动受力情况如下图所示。

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（2）元器件转动

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元器件转动受力情况如下图所示。

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（3）贴片头转动

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贴片头转动受力情况如下图所示。

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上面给出几种贴片机在工作时由于贴片头的移动和转动，吸嘴所吸取的元器件受到的真空吸力及其他作用力的图示，实际上，贴片机工作时元件的受力情况要复杂得多，而且是多种因素的组合。因此必须保证足够的真空吸力，才能使贴装工作顺利进行。

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4、真空的产生与真空系统

产生真空的实质是减少局部空间的气体量。工业技术中一般通过真空泵来获取真空状态，真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。

常用的真空泵有电动机驱动机械结构和射流式真空泵两种。

机械真空泵从结构大致可分为往复式和旋转式两种，利用结构位置的变化对容器进行抽气，以获得和维持真空的装置。由于机械结构的变化，这类真空泵种类很多，如旋片式真空泵（如图3.142所示）、水环真空泵、罗茨真空泵、爪形转子干式机械真空泵、无油干式机械真空泵、涡旋式无油干式机械真空泵、螺杆式无油干式机械真空泵、活塞式无油干式机械真空泵和滑阀式真空泵等。

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射流式真空泵是利用射流机理完成抽气而获得真空的装置。如下图所示，压缩空气在经过截面积小的喷射口时，由于流速增加而压力减小，产生文丘里（Venturi）效应，对位于喷射口处的抽吸管产生真空抽吸作用，从而实现真空泵的功能。射流式真空泵的优点是：结构简单，工作可靠，便于操作，直接利用压缩空气，不需要任何原动机。

真空泵和其他相关设备（如真空容器、真空阀、真空测量仪表和连接管路等）组成真空系统，真空装置应用的终端（如贴片机吸嘴吸取元器件）的工作能力、效率和可靠性，不仅是真空泵的问题，而是取决于整个真空系统的科学设计、合理配置、正确安装和有效维护，在任何一个系统环节中，一个接头，一个阀门出现故障都会影响系统的能力、效率和可靠性。

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三、 气动系统

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气动系统是贴片机的重要组成部分，在贴片机中，应用气动的部分包括停板和夹板机构、板支撑、吸嘴更换器（更换吸嘴时滑片的开闭以及更换器的升降）及头的取料和贴片机构（取料时建立真空，贴片时提供吹气）等，有的贴片机安全盖板的闩锁也应用气动形式，一些送料器材也应用气动，如气动送料器、管式送料器和可移动送料车等。

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1、贴片机气源装置

首先，进入机器系统的压力空气必须经过除湿和过滤，保证用气的洁净干燥，以免影响机器的正常运行甚至引起损坏；还需要保证充分的流量和压力。因此，在实际应用中，要配备足够大的空压机和储气罐及干燥机。贴片机本身必须配备一套气源装置，如下图所示，包括调压阀、压力表和过滤器等，压力一般调节为85 PSI左右。多数机器还有低压传感器，当压力过低（一般70 PSI左右）报警时，机器也将不能归零或动作。

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2、贴片机气动原理

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下图是闪电头贴片机气动原理图。

下图是停板机构和夹板机构的气动原理图。

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下图是板支撑气动原理图。

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3、吸嘴更换器气动装置

现在以吸嘴更换器为例，说明其气动工作原理。在下图中，当还没有外加控制信号时，对于吸嘴更换器上/下驱动支路来说，压力气体从左右五通换向阀V59 的进气口P经过B口和气路185进入其驱动气缸左侧的有杆腔，右侧的无杆腔经过气路186连接V59的A口再到排气口EA，因此，这时右侧的无杆腔为低压腔，这样就保证了此时吸嘴更换器处于下位。同理，吸嘴更换器开/闭支路处于夹板关闭位置。当需要更换吸嘴时，对于吸嘴更换器上/下驱动支路来说，V59 左侧的电磁阀加电，在电磁力推动下，阀右位切入工作，压力气体从V59的进气口P经过A口和气路186进入右侧的无杆腔，推动左侧的有杆腔经过气路185 连接V59 的B口再到排气口EB，这样就驱动缸杆伸出，即吸嘴更换器上升，准备更换吸嘴。同理，吸嘴更换器开闭支路夹板打开，以保证更换吸嘴。

4、闪电贴片头真空系统

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下图1 和图2 是环球公司闪电贴片头的SPINDLE取料时建立真空的过程。其优点是：

① 真空在SPINDLE内部产生，在靠近吸嘴并且排量较少；

② 没有真空泄漏问题；

③ 在真空系统中，没有焊料污染，显著减少了维护工作。

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环球贴片机机器上有4 个锁，两个在机器的正面，另外两个在后面