国产贴片机现状及发展趋势
（广东木几智能装备有限公司）
摘 要：本文简要介绍了三代国产贴片机的发展沿革，通过对贴片机视觉识别、高速运动控制、系统精度补偿、路径优化算法、工业嵌入式智能系统、精密机械构造等六大核心技术的介绍，提出了未来国产贴片机的发展趋势。
关键词：贴片机 视觉识别 控制系统 系统精度补偿 路径优化算法贴片机是机—电—光以及计算机控制技术的高度智能化的综合体，通过吸取—位移—定位—放置等功能，实现将元器件快速而准确地贴装到 PCB板所指定的焊盘位置。其技术内容主要由表面贴装元器件、贴装工艺、贴装设备三部分组成。
一、国产贴片机的发展历程
上世纪 90 年代初期贴片机开始进行国产化研制，但真正商品化销售的国产贴片机多年来累计占有率并不高。2002 年广州市羊城科技实业有限公司推出了 SMT2505 全视觉多功能贴片机样机，这是国内首台全视觉贴片机。
它采用全视觉识别系统对不同元件进行视觉识别，能高速高精度贴装微小片状元件、精细 IC 元件或异形元件[4] 。
1.第一代国产贴片机——LED 贴片机
2008 年 LED 贴片导入照明及光源产品后，简单单一的 LED 贴片产品不需要太高的生产精度，简单的双头 LED 贴片机进入市场，但不具备视觉识别器件和精密的伺服系统，也不具有自动送板及自动换嘴功能，只有精度不高的步进多轴系统。
2.第二代国产贴片机——LED 及电源贴片机
随着 LED 产品发展成熟，2010 年第二代贴片机具备视觉识别功能，贴装头也由 2 个扩展到更多，自动传送及自动换吸嘴功能及进口伺服技术 XY轴系统也可以导入，简单的 IC 识别功能可满足对 LED 电源及 LED 照明产品的同时，逐渐向小家电及简易控制板延伸。
3.第三代国产贴片机——多功能贴片机
2013 年第三代贴片机具备更高级别的提升，尤其在速度与精度的提升更为明显，如器件识别与贴装优化功能，Z 轴高度首次采用精密的伺服技术，满足对不同器件与 IC 的厚度检测与补给，实际高精度的贴装等，适用于实现高速、高精度地贴放元器件的设备。其实际上是一种精密的工业机器人，通过吸取-位移-定位-放置等功能，在不损伤元件和印制电路板的情况下，实现了将元件快速而准确地贴装到 PCB 板所指定的焊盘位置上。
二、贴片机核心技术
国产贴片机目前所有底层核心技术与上层应用技术基本成熟，其核心技术主要包括视觉识别、高速运动控制、系统精度补偿、路径优化算法、工业嵌入式智能系统、精密机械构造等六大方面已成功实现技术向产品的转化。
1.视觉识别
SMT 贴片机视觉识别系统能够对贴片元件识别、检测、对中，从而实现元件的正确贴装，其主要通过图像识别系统保证贴装精度及对元件在吸取后贴装前的位置状态进行时时检测与反馈，系统通过反馈数据根据精度测算算法对元件位置进行修正，将修正结果发送到主处理器控制运动系统修正最终贴装位置，同时飞行相机和 IC 相机都是固定安装机架上，进一步保证相机拍照的稳定性，保证精度。目前工业级 6 目千兆以太网相机解决技术目前广东木几智能装备有限公司已经成功实现并应用，其具体参数为：以 2 米/秒的速度同步抓拍识别各种高速移动元件，使用千兆网实现 120W 像素以及六张图像传输帧率达到 120 帧每秒。
2.高速运动控制
在工业生产过程中，运动控制技术占据着越来越重要的地位。贴片机在高速运行过程中要求具有优异的精确定位、系统的快速响应和稳定运行。目前伺服控制器已实现了集成化，可以使用特定软件进行该部件结构的有限元分析，通过模态分析计算得出不同形状尺寸横截面的横梁的固有频率及固有振型，给出表格和结果图，并在此基础进行优化设计，分析横梁的形状几何参数对其第一阶模态频率的影响，较好地兼顾了提高固有频率和尽量不影响质量的指标要求。
3.系统精度补偿
贴片机在机床空载情况下在数控轴上对多目标点进行多回合测量通过数学统计计算出系统补偿。采用图像处理技术，找出 X、Y、Z、R 轴的机械安装时产生的位置、角度偏差，通过器件贴装运动中精度补偿校正，实现PCB 板角度偏差补偿、电子元器件吸取时产生的位置及角度补偿。
4.路径优化算法
贴片机具有智能多目标运动路径优化控制系统，在通用的遗传算法基础上，结合贴片机实际生产中的特性运动方式，设定“吸嘴->料站->贴装头->坐标”的顺序优化条件模式，每个环节中都可人为设置条件也可不做任何设置，系统自动根据目前数据优化进行数据多重分支模拟，对比计算出最佳运动路径方案，最大限度提高生产效率。
5.工业嵌入式智能系统
工业 4.0 连接嵌入式系统生产技术与智能生产过程开启了崭新的技术时代，以物联网为基础，使嵌入式计算机系统智能化，不仅提高制造业水平且通过生产制造过程中各项装置的网络技术连接，实现实时管理，相互识别，有效交流，从而建造高度自动化、个性化、灵活性的智能工厂与生产制造模式。
6.精密机械构造
贴片机的主要部件都是采用超精密机床加工完成，尺寸精度及表面粗糙度等都具有超高精密性，精密制造精度：最高平行度、垂直度均达 0.005mm，可保证长时间精密稳定工作。
三、国产贴片机技术发展趋势
贴片机是目前电子生产厂用的电子生产自动化设备，随着人们对贴片产品要求越来越智能精细化，贴片机的发展也是越来越智能精细，其未来发展趋势主要表现在以下几个方面：
1.贴装产品将从电子元器件的贴装拓展到非电路板贴装随着 SMT 贴装技术的不断发展和日益成熟，电子产品的贴装范围将从电路板的贴装不断拓展到小钢片、小塑料片等非电路板贴装领域，涉及信息产业、计算机及网络产品、办公自动化产品、家用电器工业等各行各业。
2.从传统的单路印制 PCB 输送向多路印制 PCB 的输送结构发展新型贴片机为了更快地提高生产效率，减少工作时间，正朝高效率双路输送结构方向发展。双路输送贴片机在保留传统单路贴片机性能的基础上，将 PCB 的输送、定位、检测、贴片等设计成双路结构。这种双路结构贴片机的工作方式可分为同步方式和异步方式。同步方式是将两块大小样的 PCB由双路轨道同步送入贴装区域进行贴装，异步方式则是将不同大小的 PCB分别送于贴装区域。这两种工作方式均能缩短的效工作时间，提高机器的生产效率。
3.控制系统逐渐摆脱国外技术的垄断
第一，向目前主流的 EtherCAT 总线、PCIE 总线方向发展，形成一整套通用的自动化设备控制系统，实现模块化结构发展。采用国产 ARM、DSP芯片进行研发设计，摆脱国外的关键技术封锁。
模块化结构具有不同的功能，针对不同元器件的贴装要求，能够按不同的精度和效率进行贴装，以达到较高的使用效率；当用户有新的要求时，能够根据需要增加新的功能模块机。通过设备控制系统统筹规划控制器、相机等 API 设计方式，采用模块化设计，硬件定义层与业务逻辑层分开，实现各硬件配置信息链接，从而实现各个模块之间的解耦和，使得同一套系统可以在不同硬件平台快速切换，敏捷开发，大大缩短开发时间。这样可以减少设备购买的成本和投入使用的时间，大大提高经济效率。
第二，多目多核高速相机、智能相机开发，将图像处理算法集成至前端进行，提升识别系统吞吐量，进而提高处理效率。。
第三，采用国内主流的 Linux 开源系统进行移植定制开发，避免在Windows 系统中存在实时性问题、封闭问题、版权问题等。同时在系统开发阶段充分考虑操作的便捷性，实现系统的向导式、傻瓜式操作。针对非常特殊的元件，新型视觉软件工具应当具有自动“学习”的才能，用户不必把参数人工输入到系统中，从头创建器件描述，他们只需把器件拿到视觉摄像机前照张相就能够了，系统将自动地产生类似 CAD 的综合描述。
4.为工业物联网的实现推波助澜
智能 SMT 工厂管理系统、完成订单接单、原材料运送、产品生产、品质检测、成品运送、故障处理等智能化控制，做到最少的人工干预使设备能够在短时间内完成补偿数据的校准，实现路径优化与取料优化，从而提升设备产量发挥设备最大效能，实现智能监控，无人值守。
通过大数据平台管理、无线传感器与工业通信无线化等技术，生产管理人员可实时监控生产全过程，及时掌握并处理生产过程中出现的各种问题，并利用大数据分析与处理，执行更优化的生产方案。
而设备供应商，也可通过大数据管理，实时了解世界各地每台设备的运行情况，为改进技术提供现实依据，也可及时为用户提供更优质的售后服务。
这样通过通讯网络、信息标准、先进控制、人机界面等技术发展途径，将原本仅针对特定项目的控制系统技术体系，转移到能够针对所有应用的信息技术平台上来。依托 CPS（信息物理系统），实现人、设备、产品的实时连通、相互识别和有效交流，进入智能制造的时代。
参考文献：
[1]韩鹏飞等.LED 贴片机技术应用与新进展[J].江西科学，2014 年 8 月.
[2]赵国忠.国产贴片机发展之路浅析[G].第九届中国高端 SMT 学术会议论文集，2015-11-03[3]SMT贴片机未来发展五大趋势，http：//www.topsmt.cn/gongsixinwen/283. html[4]周德俭.国产贴片机研发现状与分析[J].电子机械工程，2016 年 2 月.
