現(xiàn)代化的機(jī)械手采用高分辨率識(shí)別攝像頭和微調(diào)系統(tǒng)，通過(guò)每個(gè)軸上的精密直線光柵，在進(jìn)行焊接前將電子元件準(zhǔn)確、快速地放在印刷電路板 (PCB) 上。由于電子產(chǎn)品變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)表面安裝技術(shù) (SMT) 定位過(guò)程的高質(zhì)量保證要求日益提高，這對(duì)光柵反饋性能也產(chǎn)生了積極影響。

　　本文探討了SMT定位技術(shù)的一些未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)先的Frost and Sullivan(弗若斯特沙利文咨詢公司)預(yù)測(cè)在2015到2020年間短期市場(chǎng)發(fā)展的主要推動(dòng)力，以及絕對(duì)式光柵系統(tǒng)的影響作用。

　　2013年，SMT定位設(shè)備全球市場(chǎng)出貨量達(dá)到19,000臺(tái)，實(shí)現(xiàn)收入40億美元，預(yù)計(jì)到2020年市場(chǎng)收入將達(dá)到60億美元，其中消費(fèi)電子產(chǎn)品以及計(jì)算和存儲(chǔ)行業(yè)占到42%。自全球經(jīng)濟(jì)衰退以來(lái)，消費(fèi)電子產(chǎn)品的需求顯著上升，盡管智能手機(jī)、平板和液晶電視的單位銷量增長(zhǎng)預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將會(huì)減緩。

　　SMT定位設(shè)備市場(chǎng)還同時(shí)面臨著降價(jià)、競(jìng)爭(zhēng)激烈和二手設(shè)備市場(chǎng)交易興旺等諸多不利因素?？傮w來(lái)說(shuō)，對(duì)機(jī)器出貨量的需求是呈上升趨勢(shì)的，預(yù)計(jì)在2015-2020年期間，全球SMT定位設(shè)備銷售總收入每年平均增長(zhǎng)7.2%。大部分SMT定位設(shè)備的收入來(lái)源于消費(fèi)電子產(chǎn)品、計(jì)算與存儲(chǔ)、電信和汽車行業(yè)。

　　最強(qiáng)勁的增長(zhǎng)預(yù)計(jì)來(lái)自于亞太地區(qū)，其將占據(jù)SMT定位設(shè)備市場(chǎng)收入的半壁江山，原因可部分歸結(jié)為發(fā)展中國(guó)家在消費(fèi)電子行業(yè)的發(fā)展以及其自身的增長(zhǎng)需求。

　　SMT的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著對(duì)多品種和中小批量生產(chǎn)環(huán)境的需求持續(xù)增加，SMT定位設(shè)備制造商正在通過(guò)更大的進(jìn)料處理能力和多功能定位頭提高機(jī)器的靈活性。為增大生產(chǎn)量，機(jī)器靈活性和定位速度將成為SMT設(shè)備市場(chǎng)兩個(gè)最重要的指標(biāo)。此外，隨著生產(chǎn)復(fù)雜性和產(chǎn)品換代的不斷增加，智能進(jìn)料技術(shù)有望成為標(biāo)準(zhǔn)。

　　智能進(jìn)料可以與定位系統(tǒng)控制器通信，并且通過(guò)存儲(chǔ)有關(guān)進(jìn)料類型、可調(diào)整的進(jìn)料參數(shù)和安裝組件的信息來(lái)消除設(shè)置誤差的影響。

　　短期市場(chǎng)的主要推動(dòng)力和絕對(duì)式光柵的影響作用總結(jié)如下：

　　技術(shù)創(chuàng)新

　　由于制造商可能會(huì)強(qiáng)調(diào)低擁有成本和高投資回報(bào)的必要性，技術(shù)因此將成為SMT設(shè)備的關(guān)鍵推動(dòng)力。除了價(jià)位考量之外，產(chǎn)品創(chuàng)新和差異性將成為促成客戶購(gòu)買行為的最終決定性因素。

　　對(duì)于那些可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大化、與工廠生產(chǎn)線上的其他SMT設(shè)備通信和提高效率的SMT定位設(shè)備，客戶的需求將不斷增加，以便確保他們的生產(chǎn)過(guò)程繼續(xù)保持競(jìng)爭(zhēng)力和可行性。特別是在中高速SMT定位市場(chǎng)領(lǐng)域，隨著其價(jià)格止跌回穩(wěn)，該推動(dòng)力的影響在未來(lái)五年內(nèi)預(yù)計(jì)將會(huì)持續(xù)提升。

　　SMT定位技術(shù)當(dāng)前的創(chuàng)新主要圍繞以下方面：整個(gè)垂直市場(chǎng)的生產(chǎn)改進(jìn)、進(jìn)料技術(shù)、靈活和模塊化的龍門系統(tǒng)、通過(guò)加強(qiáng)跟蹤提高合格率 (FPY)、先進(jìn)的工廠管理系統(tǒng)和機(jī)器間的通信平臺(tái)。

　　近期高精度絕對(duì)式光柵系統(tǒng)的問(wèn)世為SMT定位設(shè)備提供了新的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。絕對(duì)式光柵可通過(guò)提高可靠性、加快初始化、提高安全性、降低運(yùn)行成本并消除常見(jiàn)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)來(lái)改善性能。

　　靈活和快速響應(yīng)的制造

　　在電子行業(yè)千變?nèi)f化的需求使得精益生產(chǎn)和加快生產(chǎn)響應(yīng)速度變得更有必要，而且突出體現(xiàn)在需要靈活、響應(yīng)快速的生產(chǎn)線。對(duì)高靈活度生產(chǎn)的需求催生了雙龍門和四龍門的多頭和多軸機(jī)器以及需要對(duì)復(fù)雜的定位路徑進(jìn)行協(xié)調(diào)的靈活輸送機(jī)。增量式光柵系統(tǒng)要求所有軸在停機(jī)后重新啟動(dòng)生產(chǎn)時(shí)返回零位(返回參考點(diǎn))，也只有這樣，控制系統(tǒng)才能檢測(cè)到軸的實(shí)際位置。多頭從軸上未定義的位置回零是導(dǎo)致機(jī)器停機(jī)時(shí)間增加的重要原因。如果操作人員一開(kāi)始沒(méi)有分析碰撞路徑，也沒(méi)有相應(yīng)選擇參考零位循環(huán)，那么一旦發(fā)生定位頭或龍門碰撞，安裝設(shè)備就會(huì)嚴(yán)重受損。如果發(fā)生這類碰撞，就會(huì)造成整個(gè)機(jī)器的非生產(chǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，增加不必要的成本，而且停機(jī)嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。

　　絕對(duì)式光柵的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以根據(jù)需要計(jì)算位置，雷尼紹的RESOLUTE?是首款將此功能與內(nèi)置誤差校驗(yàn)算法結(jié)合的光柵，可立即標(biāo)記出任何柵尺的誤讀。這可通過(guò)消除柵尺的計(jì)數(shù)錯(cuò)誤、位置漂移和丟數(shù)，防止非受控運(yùn)動(dòng)和相關(guān)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)提高產(chǎn)品合格率、產(chǎn)量和安全性非常有利。因此，絕對(duì)式光柵既能提高制程可靠性、縮短非生產(chǎn)時(shí)間，又能防止發(fā)生碰撞造成高昂損失。

　　SMT組件尺寸微型化

　　另一個(gè)需要重點(diǎn)解決的方面是減小產(chǎn)品占用空間和降低每個(gè)電路板的成本。消費(fèi)類電子產(chǎn)品一方面元件密度正在變得非常高，另一方面尺寸越變?cè)叫?，這種趨勢(shì)催生了對(duì)自動(dòng)化和高精度定位設(shè)備的需求。電子行業(yè)正在通過(guò)增加對(duì)更小無(wú)源元件(比如01005，尺寸因數(shù)接近<0.5 mm，0.3 mm超細(xì)柵距/高針數(shù)QFP和僅有150 μm柵距的倒裝芯片)的使用縮小終端產(chǎn)品尺寸。提高元件密度將增加對(duì)自動(dòng)化SMT定位設(shè)備的需求，主要原因是該設(shè)備可利用先進(jìn)的軟件和進(jìn)料技術(shù)降低每個(gè)電路板的成本，同時(shí)提高定位精度和速度。此外，越來(lái)越多的客戶選擇升級(jí)原有的SMT定位設(shè)備或整個(gè)軟件平臺(tái)，這在未來(lái)幾年也會(huì)推動(dòng)市場(chǎng)的發(fā)展。

　　高性能設(shè)備預(yù)計(jì)也會(huì)促進(jìn)對(duì)先進(jìn)的SMT軟件平臺(tái)的需求。隨著產(chǎn)品復(fù)雜性不斷增加，對(duì)高速定位過(guò)程的高質(zhì)量保證要求也日益提高，由于旋轉(zhuǎn)定位頭可安裝在沿X和Y方向移動(dòng)的龍門架梁上，因此高架龍門式旋轉(zhuǎn)頭系統(tǒng)將越來(lái)越多地占據(jù)主導(dǎo)地位。

　　機(jī)器必須能夠高速定位成千上萬(wàn)個(gè)組件，比如為貼片機(jī)供料時(shí)每小時(shí)放置元件 (CPH) 的數(shù)量超過(guò)100,000個(gè)，同時(shí)提供高精度定位 (X,Y) 和旋轉(zhuǎn) (θ) 校準(zhǔn)，確保滿足日益嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)代化的機(jī)械手龍門設(shè)備要求光柵能夠具備高速(用于提高產(chǎn)量)和高分辨率(用于放置小型元件)性能。數(shù)字增量式光柵的最大速度取決于接收電子裝置的最大輸入頻率 (MHz) 和所需的分辨率。因此，由于接收電子裝置的最大頻率已固定，因此提高分辨率將導(dǎo)致最大速度相應(yīng)降低，反之亦然。絕對(duì)式光柵不會(huì)受到這種情況的影響，可確保高速和高分辨率運(yùn)行。這是因?yàn)槲恢酶鶕?jù)需求和使用串行通信確定，這使得設(shè)計(jì)師能夠設(shè)計(jì)在高速和高分辨率下工作的龍門系統(tǒng)。

　　SMT定位機(jī)器也越來(lái)越多地在X和Y軸上使用直線電機(jī)來(lái)提高精度、速度和伺服環(huán)剛性。絕對(duì)式光柵輸出可靠的高保真度信號(hào)，有效提高伺服環(huán)增益水平。高伺服環(huán)增益可提高軸加速度和減速度、縮短恢復(fù)時(shí)間并減少感應(yīng)電機(jī)發(fā)熱 — 這有助于機(jī)器延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間而且運(yùn)行更可靠，同時(shí)減少因冷卻需要的計(jì)劃停機(jī)次數(shù)。絕對(duì)式光柵可進(jìn)一步確保在沒(méi)有返回參考點(diǎn)的情況下立即正確換向;相較于增量式光柵系統(tǒng)(需要霍爾效應(yīng)傳感器這類附加傳感器為直線電機(jī)換向)，可簡(jiǎn)化伺服設(shè)計(jì)并降低組件復(fù)雜性。

　　此外，RESOLUTE光柵的誤差校驗(yàn)算法通過(guò)減少電路板的錯(cuò)誤定位提高了定位可靠性，有助于達(dá)到最高合格率 (FPY) 并降低總擁有成本。

　　SMT定位的前景

　　快速發(fā)展的商品市場(chǎng)對(duì)一系列先進(jìn)的高技術(shù)產(chǎn)品的需求正在主導(dǎo)著電子制造業(yè)的發(fā)展前景。這一趨勢(shì)也正在鞭策制造商通過(guò)開(kāi)發(fā)更加靈活的模塊化SMT定位設(shè)備，緊跟市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品持續(xù)微型化并融合各種不同技術(shù)的需求。此外，無(wú)線技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用正在快速發(fā)展 — 這對(duì)更小批量的多品種生產(chǎn)提出新的要求，因此也增加對(duì)靈活SMT定位設(shè)備的需求。

　　由于多個(gè)行業(yè)的微型化趨勢(shì)導(dǎo)致印刷電路板 (PCB) 的復(fù)雜性增加，這也進(jìn)一步提升了對(duì)SMT定位設(shè)備的需求水平。在中歐和西歐地區(qū)，SMT定位設(shè)備市場(chǎng)正在迎來(lái)消費(fèi)電子、電信和汽車電子制造業(yè)重大的新發(fā)展商機(jī)。該區(qū)域也是吸引全球頂尖供應(yīng)商的低成本制造地區(qū)，當(dāng)前正在進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)SMT生產(chǎn)設(shè)備的需求。亞太地區(qū)依然是SMT收入的最大來(lái)源，同時(shí)帶動(dòng)對(duì)高速SMT定位設(shè)備的需求。

　　高性能絕對(duì)式光柵系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了SMT定位設(shè)備制造商不斷滿足電子元件行業(yè)日益提高的技術(shù)要求。SMT定位設(shè)備采用的光柵技術(shù)直接關(guān)系到定位精度和重復(fù)性以及各軸速度的提高，由此將機(jī)器生產(chǎn)效率提升到更高的水平。

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