SMT虛擬制造系統(tǒng)建模與仿真

1、SMT虛擬制造系統(tǒng)建模與仿真表面貼裝技術（SurfaceMountingTechnology,SMT）是應用最為廣泛的新一代的電子組裝技術，元器件不斷的向微型化和密集化方向發(fā)展被譽為電子組裝技術一次革命。在電子產(chǎn)品組裝生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式中,設計一般是由設計工程師在計算機上利用多種計算機輔助設計工具來完成,生產(chǎn)制造則在各種數(shù)控設備（如貼裝機等）上完成。每一種產(chǎn)品在加工之前,制造工程師首先必須對設備編程并反復試驗,以確保操作規(guī)程的可行性和正確性然后進行試生產(chǎn),反復修改直到最后定型,再投入實際的批量生產(chǎn)。生產(chǎn)準備時間很長,投入資金很大。SMT虛擬生產(chǎn)設備的設計,即采用計算機建模與仿真技術,在高性能計算機

2、及高速網(wǎng)絡的支持下,在計算機上群組協(xié)同工作,通過三維模型及動畫或虛擬現(xiàn)實,實現(xiàn)產(chǎn)品的設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗及企業(yè)各級過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程,以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造是對已有或未來的制造活動進行仿真,它基本上不消耗現(xiàn)實物質(zhì)資源,所進行的過程是虛擬過程,所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。隨著市場競爭的加劇,產(chǎn)品交貨周期必須縮短,生產(chǎn)成本必須控制,因此迫切需要在這兩個“孤島”間建立聯(lián)系,虛擬制造被認為是其最好的解決方案。1.三維可視化建模的基本理論1.1幾何建模的基本方法對于三維物體建模,幾何建模包括體素和結(jié)構(gòu)兩個方面：體素,用來構(gòu)造物體的原子單位,其選

3、取決定建模系統(tǒng)所能構(gòu)造的對象范圍結(jié)構(gòu),用來決定體素如何組合已購成新的對象。1.2建模軟件（1）3DMAX：3DMAX的功能強大,內(nèi)置工具十分豐富,同時外置接口也很多，命令簡單明了，易于掌握o3DSStudio的算法很先進，所帶來的質(zhì)感和圖形工作站制作的圖形幾乎沒有差別，可存儲32位真彩圖像，其強大的功能使它成為PC三維動畫設計的首選軟件。（2）Solidworks：Solidworks有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提咼產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。（3）Pro

4、/Engineer：采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設計。它不但可以應用于工作站，而且也可以應用到單機上。2.SMT設備可視化建模和仿真建摸三維模型的軟件有很多，SolidWorks、Pro/Enginner、UG、AuToCAD、3DSMax等等。但是考慮到容易獲得3DS檔采用了3Dsmax進行貼片機建模。由于動臂式貼片機的曲線機構(gòu)較多，特別是供料器與貼片頭的弧度設計，利用3Dsmax有利于各個元件參數(shù)的修改與模擬，將會具有較高的仿真程度。同時旋轉(zhuǎn)式貼片機具有高速貼裝頭，軌道沿X、Y方

5、向運行的特點，并且每個貼片頭安裝的吸嘴數(shù)量較多。另外3Dsmax具有強大的裝配功能，能夠?qū)崿F(xiàn)管理并發(fā)進程，實現(xiàn)并行工程。在動畫制作上，旋轉(zhuǎn)式貼片機通過兩個方向的絲桿傳動，以及貼片頭的轉(zhuǎn)動，共同實現(xiàn)了芯片的高速吸取貼裝工作。根據(jù)組裝生產(chǎn)產(chǎn)品的不同，在表面貼裝工藝中基本有單面板生產(chǎn)和雙面板生產(chǎn)這兩種，生產(chǎn)工藝流程為：印刷錫膏貼元器件回流焊接清洗測試包裝；生產(chǎn)流水線則包括送料機，印刷機，高速機，貼片機，回流焊，收料機，包裝機等。通過建模與仿真可以更直觀了解各種設備運行方式，并為生產(chǎn)培訓節(jié)約成本。本論文主要以貼片機為核心，其他設備建模方法和貼片機建模相同。2.1 貼片機外部建模2.1.1 貼片機的外殼

6、貼片機的外殼的主要組成：本體部分、顯示器控制部分和操作控制部分外殼本體。（1）本體部分：可以分為上架外殼、下架外殼和基礎連接架三部分組成。將基礎連接架與裸機相連；F架外殼與基礎連接架相連；上外殼架與下架外殼相連。這樣就是外殼本體成為一個剛性好、穩(wěn)定性高的整體結(jié)構(gòu)。（2）顯示器：顯示器安放在外殼本體上，警示燈通過螺栓直接安裝在外殼本體上。（3）操作控制部分在這里主要指的是鍵盤、電器開關等。鼠標和鍵盤的安裝可以相對隨意一點，可以和PC顯示器放在一起。對于電器開關，需要直接安裝在外殼本體上。2.1.2建模實現(xiàn)（1）殼體建模：通過拉伸、擠出、修剪、布爾運算等命令來獲得模型結(jié)構(gòu)。（2）顯示器建模：創(chuàng)建簡

7、單的長方體再通過布爾運算功能截取顯示器的主體結(jié)構(gòu)。警報器的建模，合并幾個圓柱體。（3）操作控制部分：主要是電器開關，建模相對較簡單。（4）裝配模型2.2貼片機內(nèi)部建模由于實體貼片機的內(nèi)部組成較復雜.因此，在實際建模過程中，做出相應的簡化，旨在強調(diào)工作過程原理的實現(xiàn)。內(nèi)部系統(tǒng)包含：機架、PCB傳送系統(tǒng)、X定位系統(tǒng)、Y定位系統(tǒng)、Z定位系統(tǒng)、貼片頭部件、吸嘴庫、喂料器、其他部件等。2.2.1建模實現(xiàn)（1）貼裝頭：由于貼片的形式有三種：旋轉(zhuǎn)式、轉(zhuǎn)塔式、動臂式。這里主要創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)式貼片頭。通過圓柱體的布爾運算和陣列操作創(chuàng)建。2）送料器：通過拉伸創(chuàng)建圓盤型送科器，以及輔助原件。(3)X.Y定位臺：通常有兩種結(jié)構(gòu)：支撐貼裝頭沿X.Y方向運行(動臂式)；支撐PCB沿X.Y方向運動(轉(zhuǎn)塔式)(4)吸嘴級底座：通過圓柱體的布爾運算創(chuàng)建。(5)視覺對中系統(tǒng)：上照相機固定安置在機座上，貼裝頭從送料器位置每抓取一個元件后，都要首先移動到其上進行視覺檢查，檢查其元件缺陷和位置偏差，而后才移動到貼裝位置進行貼裝；下照相機通常和處于中間位的貼片頭固聯(lián)在一起，可以隨貼片頭沿XY方向在貼片工作臺面內(nèi)移動.完成PCB定位標識的視覺檢查。(6)PCB傳送機構(gòu)：建模主要以長方體和圓柱體及相應的布爾運算實現(xiàn)。建立完成模型如圖1所示。圖1貼片機模型結(jié)論以上簡介了貼片機得建