覆銅板裁切線新技術(shù)的應(yīng)用研究

范明錦

（蘇州生益科技有限公司，江蘇 蘇州 215024）

1 引言

目前覆銅板（簡稱CCL）行業(yè)中，絕大多數(shù)公司的覆銅板裁切線設(shè)備基本上是由日本、臺灣的的設(shè)備制造商設(shè)計和制造，兩者的設(shè)計理念相當(dāng)，制造水平差距不大。所以，各公司的覆銅板裁切水平大體相近，裁切尺寸的精度控制在≤±1.0 mm/m。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因?yàn)橐恍┮蛩囟鵁o法很好地保證裁切精度和品質(zhì)。隨著PCB企業(yè)制作水平的不斷提升，對成本的控制越來越嚴(yán)，它們對上游CCL供應(yīng)商所提供的板尺寸的要求也越來越高。而要最大化地滿足PCB客戶的需求，提升自身的剪切在質(zhì)量，降低產(chǎn)品的損耗率，在CCL同行的競爭中取得領(lǐng)先優(yōu)勢，必須對覆銅板裁切線設(shè)備進(jìn)行更精細(xì)化的設(shè)計與制作。下面將從提升裁切尺寸精度和品質(zhì)方面進(jìn)行闡述。

2 研究目標(biāo)

通過在原有覆銅板裁切線設(shè)備上進(jìn)行改良和增配機(jī)臺，可有效地保證裁切精度與品質(zhì)達(dá)到如下目標(biāo)。

（1）使裁切尺寸的精度控制在：

∣A-B∣≤±0.5 mm/m；∣B1-B2∣≤±0.5 mm/m，見圖1。

圖1 基板

（2）基板無“水口”缺陷。

3 研究過程

為了設(shè)計及制造出滿足項(xiàng)目目標(biāo)的覆銅板裁切線，我們需分析之前日本或臺灣設(shè)備制造商配置的裁切線設(shè)備存在哪些制約裁切精度的瓶頸，并制定相應(yīng)的設(shè)計變更方案（本文以某日本設(shè)備制作商設(shè)計并制作的裁切線來進(jìn)行論述）。

3.1 原因分析

圖2是某日本設(shè)備制作商設(shè)計并制作的原有配置的覆銅板裁切線局部圖，覆銅板裁切的輸送流程是從C1→C8。單張覆銅板在C3先進(jìn)行緯向定位，完成后由C4搬送到C5，由C5伺服馬達(dá)搬送到C6進(jìn)行緯向裁切，然后由C6-2輸送到C7，C7徑向兩邊的裁刀已先通過伺服馬達(dá)進(jìn)行了徑向定位，然后由C7定位板進(jìn)行緯向定位后，最后徑向裁切。其中，C3定位臺緯向定位、C5搬送和C7徑向裁切都是采用伺服控制，可實(shí)現(xiàn)尺寸的精確控制。但是，在整個流程中，還是不可避免地存在以下兩點(diǎn)影響裁切精度的因素。

圖2 原有的覆銅板裁切線局部圖

（1）C3定位臺（圖3）通過左右兩邊由伺服馬達(dá)驅(qū)動的夾子，夾取覆銅板進(jìn)行緯向定位。該套伺服控制系統(tǒng)采用的是“位置控制”模式，它通過帶有編碼器的伺服馬達(dá)來快速、精確地響應(yīng)上位機(jī)給定的位置命令。但該套控制系統(tǒng)只是半閉環(huán)控制，它沒有檢測元件來監(jiān)控夾子是否如實(shí)地移動了與伺服馬達(dá)接收到的位置數(shù)據(jù)，如伺服馬達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但傳動機(jī)構(gòu)（如絲桿、滑塊等元件）出現(xiàn)磨損或故障，造成夾子沒有移動到命令位置，使緯向定位出現(xiàn)偏差；最終在C6進(jìn)行緯向裁切時，造成覆銅板對角線相差較大。

圖3 C3定位臺

（2）在進(jìn)入到C7進(jìn)行徑向裁切前，覆銅板在輸送過程中，會出現(xiàn)因輸送帶變形或其它因素而走斜，使覆銅板中心線與C7左右裁刀的中心線不吻合，造成緯向定位偏差，使裁切后的基板存在“水口”缺陷。而目前采取的措施是在C6-2安排一名員工，每次對覆銅板在緯向進(jìn)行人手定位。

3.2 解決方案

通過以上瓶頸分析，了解到影響裁切尺寸精度與品質(zhì)的關(guān)鍵因素是在C3定位臺和C6-2沒有緯向定位裝置，因此，可通過相應(yīng)的解決方案來杜絕它們存在的瓶頸。

3.2.1 C3：X-Y向定位臺

3.2.1.1 機(jī)械設(shè)計改良

（1）見圖4增加徑向夾子定位裝置，增加了保障系數(shù)，如緯向定位不精確，可通過徑向定位來保證。

圖4 C3 X-Y向定位臺

（2）由夾子夾住覆銅板移動的方式改為覆銅板放置在C3平臺上，通過平臺在經(jīng)緯向進(jìn)行定位來確保覆銅板的裁切精度，同時，避免了覆銅板與平臺相互摩擦而造成板面劃花。

3.2.1.2 電氣設(shè)計改良

（1）根據(jù)覆銅板的規(guī)格尺寸，在C3定位臺經(jīng)緯向增加光電傳感器（圖4），用于檢測夾子實(shí)際移動的位移是否等于伺服馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的距離，確保每張覆銅板的X-Y中心線一致。

（2）將原來的半閉環(huán)位置控制模式（圖5）變更為速度控制模式，通過定位臺經(jīng)緯向光電傳感器的ON/OFF信號來控制速度控制的脈沖輸出，使速度控制同樣具備定位功能，從功能上來將，可以理解為一種簡單的全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可完全確保覆銅板在經(jīng)緯向的定位，從而保證覆銅板在C6裁刀進(jìn)行緯向裁切時不會出現(xiàn)對角線相差過大。

圖5 半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)（上圖）與全閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)（下圖）原理圖

3.2.2 C6-2糾偏機(jī)

在C6-2輸送帶上增加一臺糾偏機(jī)，使覆銅板在進(jìn)入C7進(jìn)行徑向裁切前，先在糾偏機(jī)上進(jìn)行徑向位置調(diào)節(jié)，確保覆銅板中心線與C7徑向兩側(cè)刀間距的中心線吻合，已達(dá)到徑向裁切覆銅板兩邊的尺寸相當(dāng)，杜絕產(chǎn)生“水口”的缺陷。

3.2.2.1 機(jī)械設(shè)計（圖6）

（1）主要組成部分：馬達(dá)、氣缸、絲桿、真空吸盤等。

（2）工作原理：當(dāng)覆銅板停止在C6-2輸送帶時，糾偏機(jī)配置的光電檢測出覆銅板中心線是否與C7中心線吻合；如否，通過糾偏機(jī)真空吸盤將覆銅板吸起，由馬達(dá)、絲桿傳動，定位光電檢測位置，最終使覆銅板中心線與C7中心線吻合。

圖6 C6-2糾偏機(jī)

3.2.2.2 電氣設(shè)計

（1）該套電控系統(tǒng)主要采用變頻驅(qū)動馬達(dá)，使其能快速、穩(wěn)定地停止在中心線位置；

（2）位置檢測主要是采用OMRON光電傳感器，主要功能是有效地控制馬達(dá)的啟/停，并使之停止位置在中心線上。

4 研究成果

4.1 技術(shù)成果

（1）采用C3 X-Y向定位臺后，有效地調(diào)節(jié)的覆銅板在經(jīng)緯向的位置，覆銅板裁切尺寸的精度為：∣A-B∣≤±0.5 mm/m；∣B1-B2∣≤±0.5 mm/m，達(dá)到控制目標(biāo)。

（2）在C6-2安裝了糾偏機(jī)，杜絕覆銅板在裁切后出現(xiàn)“水口”的隱患，完全機(jī)械化作業(yè)，勿需人員干預(yù)。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）節(jié)約人力成本；（2）提升覆銅板合格率，增加效益。

[1]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.Type QD75M Positioning Module User, s Manual.IB(NA)0300062-A, 2002.