JUKI KE2010L 四头贴装机构与工作区域
JUKI KE2010L 四头贴装机构

贴装头的动作节奏取决于吸嘴怎样排列、哪些轴可以并行、整头怎样移动,以及识别和角度修正放在循环的哪个位置。 以下对比ASMPT CP20、Panasonic轻量化16吸嘴头和FUJI H24S。

先把吸嘴、贴装轴和贴装头分开

吸嘴是直接接触并吸持元件的末端工具。

吸嘴安装在贴装轴或贴装段上,由相应机构完成Z向升降、真空控制、角度修正和状态检测。多个贴装轴或贴装段组合在一起,才构成一套贴装头。

贴装头再安装到贴片机的X/Y运动机构上,在供料区、识别位置和PCB上方之间移动。

因此,看见一圈吸嘴在转,只能说明头内采用了旋转组织;看见一排吸嘴,也不能理解成所有吸嘴每次都一起下降。比较贴装头,至少要分清三件事:

看贴装头,先分清四个层级
吸嘴负责接触元件,贴装轴或贴装段提供动作,贴装头组织流程,X/Y平台负责区域间搬运。
  • 吸嘴怎样排列:并列、阵列还是环形布置;
  • 谁在运动:整头、头内机构还是单个贴装轴;
  • 哪些动作能重叠:取料、识别、搬运、角度修正和贴装是否只能串行完成。

一颗元件要经历哪些动作

把元件从料带搬到PCB,大体要经历供料到位、吸嘴下降、建立真空、确认取料、元件识别、位置与角度修正、X/Y搬运、Z向贴放和贴后检查。

如果这些动作全部排队执行,前一个结束后才能开始下一个,循环就会很长。高速贴装头的重要工作,正是让一部分动作并行,或者把原本逐颗发生的往返移动分摊给一批元件。

循环时间=必须串行的动作+等待和重试-能够重叠的时间。

识别、角度修正等动作与搬运重叠时,可以减少额外等待。

ASMPT CP20:20个贴装段组成旋转式collect-and-place头

ASMPT官方把CP20定义为collect-and-place贴装头,公开资料同时说明它采用20个独立贴装段组成的旋转头。

它的基本思路可以用一句话概括:先收集一批元件,再把这批元件带到PCB区域完成贴装。

从官方动作视频可以看到,CP20整个头体会随X/Y机构在供料区和PCB之间移动;与此同时,头内的环形贴装段不断旋转或分度,把不同贴装段送到相应的取料、识别准备或贴装位置。

CP20:整头移动,头内分度
CP20整头位移与环形贴装段分度

这种结构的核心,不是20支吸嘴同时扎下去,而是让一次较长的X/Y往返能够携带多颗元件,同时把头内分度、元件识别和角度准备尽量安排进正常循环。

从设备应用角度看,CP20更适合被理解为一套按批收集、按程序贴装的高速标准件头,而不是单纯的“20吸嘴头”。

Panasonic 16吸嘴头:并列多吸嘴与多轴并行动作

Panasonic官方资料列出了轻量化16吸嘴头V3。它的直观外形更接近多支吸嘴并列布置在同一头体下方,与环形旋转头的视觉特征明显不同。

Panasonic在贴装头技术页面强调的是轴的并行运动、多个动作同时执行、缩短移动距离和最短路径控制。NPM-D3A资料还明确提到,轻量化16吸嘴头V3可以在元件识别过程中同时驱动X、Y轴,并通过选择最优路径缩短贴装节拍。

Panasonic:多吸嘴轴在同一头体内协同
画面显示多支吸嘴位于同一头体下方动作;实际轴利用率取决于元件和程序条件。

这种结构的观察重点是:多个贴装轴如何协调,识别与X/Y移动能否重叠,以及程序能否让取料和贴装路径足够短。

所以,“一排头”可以帮助新人快速辨认外形,却不能直接换算成产能。料站分布很散、吸嘴不兼容或贴装点跨距很大时,即使头上有16支吸嘴,也未必每个循环都能高效利用。

FUJI H24S:24吸嘴高速旋转头

FUJI官方贴装头页面将H24S列为高速头,并明确标注24支吸嘴。FUJI America在介绍H24S/H24A方案时,使用了high-speed rotary head这一名称。

FUJI H24S:24吸嘴高速旋转头
FUJI H24S的24吸嘴旋转头结构

从结构层级看,H24S的重点是把多支吸嘴组织在高速旋转头上,再由NXT等平台的X/Y机构带动整个头体在供料区和PCB之间移动。

这一路线的直接特点,是在一个紧凑头体上布置较多吸嘴,通过头内旋转把相应吸嘴送入工作位置,并与整头X/Y搬运、元件识别和贴装动作配合。

评价H24S时,同样不能只看“24”这个数字。需要继续看一次取料能装载多少颗、供料器怎样排布、PCB贴装点是否集中,以及程序如何安排旋转头和X/Y路径。

三种结构,差别主要在哪里

三种贴装头,结构与动作重点
CP20、Panasonic 16吸嘴头与H24S的结构及动作对比
观察维度ASMPT CP20Panasonic 16吸嘴头FUJI H24S
官方定义重点20个独立贴装段的旋转式collect-and-place头轻量化16吸嘴头V324吸嘴高速rotary head
吸嘴组织环形贴装段多吸嘴并列式头体环形多吸嘴旋转头
整头运动由X/Y机构在供料区与PCB间移动由X/Y机构带动头体移动由NXT等平台X/Y机构带动头体移动
主要动作思路按批收集,分摊长距离往返多轴并行,识别与路径动作重叠多吸嘴旋转组织,与X/Y和视觉配合
现场首先观察每次收集数量与供料分布轴利用率与最短路径头部装载率与旋转、X/Y路径

三种结构没有脱离应用条件的“绝对最好”。它们都在解决同一道工程题:怎样减少空走、等待和重复识别,怎样让更多动作在同一段时间里完成。

到现场,应该怎样比较

如果你正在做设备选型,不建议把三家的最高CPH直接排成一张表。更有意义的做法,是让不同方案使用同一份BOM、同一块PCB和同样的供料约束做程序或仿真,再看下面四项:

  1. 主力贴装头能覆盖多少点位。超出头部元件范围的点位,需要怎样分配给其他贴装头?
  2. 一次取料的装载率有多高。飞达位置、料带方向和吸嘴兼容性,会不会让大量吸嘴空着往返?
  3. PCB上的贴装点是否集中。点位越分散,X/Y路径和旋转准备越可能成为时间成本。
  4. 识别、角度修正和贴装能重叠多少。同样的吸嘴数量,动作组织不同,实际节拍也会不同。

参考来源

  1. 《贴片机及其应用》相关章节
  2. ASMPT:SIPLACE Placement Head CP20
  3. ASMPT:HPC PCB贴装方案中的CP20说明
  4. Panasonic:Placement Heads Technology
  5. Panasonic:NPM-D3A
  6. FUJI:Placement Heads
  7. FUJI America:Placement Solutions
  8. FUJI America:Maintaining High Quality Placement
  9. 封面改编自:Peripitus · CC BY-SA 3.0

文中品牌资料

ASMPT SMT SolutionsFUJI CorporationPanasonic Connect

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