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PCB全自动曝光机控制系统设计与分析

冉林  
【摘要】:当今信息化快速推进,各种新兴技术随之产生,电子信息产品拥有的功能愈加丰富,从而其主要载体印制电路板(PCB)的标准就越来越高,PCB制造的关键——成像技术要求大面积且高精度,PCB成像则是依靠曝光设备转移底片电路信息至导电铜基板。因此,曝光设备是保障PCB质量的关键,目前我国PCB生产总量排全球第一,曝光设备市场有着巨大的潜力。因此,自主研发高端PCB曝光设备有着重要意义。曝光机作为PCB曝光生产的主要设备,依据自动化程度分为手动曝光机、半自动曝光机、全自动曝光机等类型。我国大多数中小型PCB生产企业仍使用着低端的手动曝光机,受限于较高档次设备的购买成本,从而导致高端的PCB产品市场竞争力不强,对国产化高性能全自动型曝光机的需求非常迫切。基于全自动曝光机生产工艺流程,结合机械结构特征,针对实际工况应用,利用外围辅助设施取代人工以提升生产效率,与曝光机主体部分衔接,实现物料搬运至曝光加工整个过程无人化的目标。将自动导航小车(AGV)运用于全自动曝光机,与桁架机械手配合搬运转移物料,搭载独立式高精密对位系统提升工艺精度的同时解决与其它组件的损耗,使用高精准线性电机转移分离式晒架部件进入整体式曝光室进行曝光加工。因此,可将控制系统划分主控管理系统、搬运装卸子系统、对位子系统、曝光子系统。搬运子系统负责调度AGV牵引物料转运周转车,控制桁架机械手转移物料至对位平台以及从晒架内转移至周转车。结合AGV的功能特性,应用无线通讯技术连接工控设备进行调度,分解桁架机械手动作,并逐一采集有效空间轨迹节点,运用数值计算方法规划运动轨迹,得到运动控制输入参考,再转换为控制程序,驱动机械手运动,完成搬运转移任务。对位子系统用于对准底片线路与基板的通孔,解决人工对位导致的精度不足,由机器视觉捕获基准对位孔位置,经图像检测设备处理后输出平台位姿变换数据给控制器驱动机械平台工作。并建立平台机械结构数学模型,分析动、静平台之间的运动关系得到驱动部件的进给量,再进一步研究平台运动的控制精度,对比实际测试数据与理论值,验证平台的可行性。曝光子系统的功能是曝光机的最基本特性,内部与主控系统紧密联系,控制双晒架切换在曝光室中进行曝光,以及对位基板的高精准转移是由线性电机驱动机械手完成,分析多轴集中驱动卡与线性驱动系统的应用。考虑多方面工况因素,布局主控交互管理界面,构成完整的控制系统设计。论文提出一种新型全自动曝光机,侧重对其控制系统进行设计与分析,优化物料搬运与转移过程,提升设备生产效率,将高精准自动对位技术运用于PCB曝光生产,为高品质PCB提供了保障,集中型管控软件系统确保设备正常运行,为后续全自动型曝光机控制系统的研制提供依据以及有效参考。


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