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DEK印刷精度CPK统计与调整分析

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DEK印刷精度CPK统计与调整分析


内容提要:DEK印刷机状态监控主要监控参数是印刷X、Y、,刮刀压力、RISING TABLE高度,本文主要对DEK印刷机印刷X、Y、CPK统计过程原理和改善过程方法进行分析,介绍DEK印刷机关键参数监控过程中用到的一些经验和学到一些的知识。

主题词: Cp、Cpk  

正文:DEK印刷机的CPK统计结果之所以能体现出其设备印刷精度源自于机器相机的CALIBRATION原理,所以在分析其CPK统计原理之前先介绍机器  CAMERA CALIBRATION 的原理,然后结合CALIBRATION 的原理,对机器CPK统计过程进行分析。

一、DEK印刷机CAMERA CALIBRATION原理

   印刷机使用一个向驱动钢网和板对中的伺服系统发出运动指令的自动视觉对中系统来保证保证钢网和PCB对中的精度和稳定性。每次印刷前都会进行一次光学自动校正,以此来保证每次印刷的精度。光学识别系统有一个配有闪光灯的电子相机,能同时照到钢网和PCB的位置识别点,而识别点是专门为钢网和PCB的对中而设计的。

   为保证视觉系统的识别对中功能的精度,需要进行一个全面的视觉系统的CALIBRATION,视觉系统的CALIBRATION包括两个阶段,需要使用一个CALIBRATION  钢网和一个CALIBRATION板。

   第一阶段,CALIBRATE  VISION,即进行X、Y、方向的校准。

   X、Y方向的校准是计算钢网矫正运动的距离,以微米为单位。相机找到校准钢网的识别点后,钢网会在X、Y方向运动一个固定的距离,一般是1mm,然后机器计算钢网识别点运动的距离,评估钢网运动和识别点实际运动之间的偏差。钢网上的25个识别点都会进行这一动作。机器会计算每个识别点的运动距离,并将结果平均。这一结果会被机器记录下来并用作校准数据的一部分。

校准角度方向的运动。相机选择三个钢网上的识别点,钢网在角度方向运动(使用两个X轴矫正马达运动,X后矫正马达运动+2mm,X前矫正马达运动-2mm,这样就得到了角度方向的运动)。机器会计算每个识别点的运动并计算平均结果。

 X、Y、三个轴向的数据都被记录下来后,CALIBRATION VISION过程就完成了。这一校准过程消除了钢网矫正运动时机器向矫正机构发出的要求矫正的距离与钢网实际运动距离之间的偏差。













第二阶段,CALIBRATE OFFSET,即为了补偿电子相机向上、下看识别点时的光学偏差。机器将锡膏通过校准钢网的识别点印刷到校准PCB上,然后测量钢网识别点的中心与印刷到校准PCB 上的识别点的偏差。所有校准钢网上的识别孔和对应的印刷识别点之间的偏差都被计算出来并平均,这一结果将被记录并用做CALIBRATION数据。这样在生产时当印刷机在找识别点的过程中会将这一偏差补偿到计算识别点的偏差中,消除由于相机向上、向下照识别点时因相机和钢网不平行引起识别点的计算偏差。








   上图是印刷机识别点处理时相机的光路图。实际安装时钢网、相机、PCB之间不可能绝对平行,所以,此时相机在钢网和PCB上找到的对应位置的点实际上是有偏差的,CALIBRATE OFFSET就是为了要消除这一偏差。由于相机的CALIBRATION  OFFSET过程是印刷过程的一个逆过程,相机处理的钢网和PCB上的识别点的中心是完全相同的,所以当印刷质量保证时,这一矫正过程计算出的修正数据是能够使在印刷时钢网和PCB的识别点正好吻合。同时TALBE 在印刷高度和VISION高度的固定位置偏差也能够通过这一CALIBRATION过程来消除,当然此时是认为RING TABLE在VISION位置和印刷高度不会产生相对位置晃动的条件下得到的。假设PCB在印刷高度、VISION,X、Y、方向会产生晃动,这种晃动会通过VISION高度计算出的识别点位置的不稳定体现出来。具体表现在:1、VISION高度的晃动会体现在每次照相机找识别点时识别点时位置的变动。2、印刷高度的的晃动是VISON高度晃动的扩大。所以当这一晃动严重时,CPK能力统计的CPK结果不可能满足要求。反之,当CPK能力统计结果大于1 .5时可以认为由于TABLE升降导轨间隙引起的偏差是可以接受的。

二、机器进行CPK统计时的工作过程

   机器进行CPK统计时需要进行的准备工作和参数设置在这里不做详细讨论,需要了解时可以参照DEK印刷机CPK能力统计与调整操作指导书(SC/0903-0500/W01)。以下主要介绍机器进行CPK统计的过程及原理。

   机器进行关键参数CPK能力统计的前部分和正常生产过程是相同的。首先PCB到达印刷位置,接着相机照钢网和PCB的识别点,计算出钢网和PCB识别点之间的相对位置偏差后,钢网位置矫正系统按照机器的驱动指令将钢网驱动到钢网识别点和PCB识别点正好吻合的位置,相机离开。PCB升起到印刷位置,,由于钢网和PCB在加工时使用相同CAD数据,可以保证钢网开孔正好能和PCB焊盘的相对位置吻合。而钢网识别点中心和PCB板识别点中心位置的吻合是通过如前所述的CALIBRATION的两个阶段来保证的。

    CPK能力统计的分析参数来自于印刷完成后的阶段。印刷完成后,PCB下降到VISION高度,此时钢网和PCB在X、Y、方向都是没有动作的。理想的情况是此时PCB板位置是印刷前照完识别点的位置,钢网位置是矫正系统矫正钢网到合适位置时的位置。这时相机会再次运动到识别点位置,计算钢网识别点与PCB识别点之间的相对位置偏差,因为在CALIBRATE OFFSET时已经消除了由于相机相对钢网位置而产生的偏差,所以这时检查到的偏差值可以认为是钢网矫正、印刷过程中带来的PCB和钢网之间的相对位置的偏差,以及相机进行MARK点识别时带来的不稳定偏差,这些偏差就是印刷时的印刷偏差。我们通常进行CPK统计时会对100块板进行统计分析,每印刷一块板机器软件会将统计到的偏差值链接到QC-CALC软件内,并计算出偏差值的CPK值。,因为无法了解相机图象处理更深的资料,从而无法进行更深一步的分析。我们只能假设机器相机本身图象处理精度足够,DEK印刷机提供的这套CPK能力分析的方法是可靠的。不过目前的实际生产经验是:当X、Y方向的规格线设置为0.025微米,方向规格线设置为0.03度时,实际的印刷效果就能够满足生产要求。

三、CPK统计过程中变异来源的分析

   我们实施DEK印刷机状态监控主要对印刷精度、刮刀压力、RINGSING TABLE运动精度进行监控。这几类参数的统计都是依靠机器在运行过程中收集数据,并将这些数据导入QC-CALC分析软件,计算出各参数的CP、CPK。

1、印刷精度

   印刷精度是通过测量印刷后钢网和PCB识别点之间的偏离量来评估的。

这一统计过程中可以评估的偏差来源有:

1、矫正机构的运动指令与实际运动量之间的偏离。

2、印刷过程中钢网的部分变形和钢网的移动。

3、印刷过程中PCB的部分变形和PCB的移动。

4、RINGSING  TABLE升降过程中的晃动。

5、相机对识别点中心进行计算的不稳定误差(随机误差)。

6、PCB与钢网不平行引起的X、Y、方面的偏差。

这一统计过程不能评估的偏差来源有:

1、相机对识别点中心进行计算时,钢网和PCB识别点之间的固定偏差。

2、印刷过程中,钢网和PCB变形后回复的一部分。

   根据印刷过程中位置偏差变异的来源,我们可以对CPK统计不合格的设备进行调整,减少各类变异,使CPK的统计结果达到标准要求。但是对于统计过程不能评估的偏差,CPK统计过程也是不能评估出来的,需要采用其他方法进行评估。由于公司内没有相应的仪器,而DEK提供的CPK统计方法已经能够评估出所有容易产生变化的误差来源,因此可以作为我们进行状态监控的方法。

四、DEK印刷机CPK统计不合格时的调整方法和基本原理

   因为DEK印刷机关键参数统计出的变异量都产生于CPK能力的统计过程,所以要对机器进行调整,消除变异量,提高设备的CPK能力水平,首先需要了解前面提到的CPK能力的统计过程。在这里主要介绍影响DEK印刷机X、Y、轴CPK能力偏低的因素及分析调整和改善过程。

DEK印刷机CPK能力统计结果不达标原因分析及调整改善措施:


调整过程解析:

1、RUN DRY PRINT TEST

   在这一过程中将刮刀取下,同时采用零印刷压力,统计在这一条件下CPK的结果。如果在此条件下CPK统计结果达标,表明刮刀的使用是产生统计结果中变异的主要来源,而刮刀产生的影响主要体现在钢网变形和PCB位置的变动上,此时可以更换钢网或者检查PCB CLAMP夹板是否能将PCB夹紧来解决这一问题。如果CPK仍然没有变化,则进行下一步。

2、RUN  DRY ALIGNMENT 同时将印刷设置到最大

   如果此时CPK结果能达标,说明是TABLE的线性轨道晃动,可以检查其润滑状态是否良好,是否发生了严重变形。如果不是需要进行下一步的问题诊断。

3、DISCONNECT CHASE CLAMP

切断电磁铁电源。这一动作只能在DRY ALIGNMENT情况下进行,这时统计的CPK不合格,就消除了CHASE CLAMP的影响。如果此时CPK能达标,表明CHASE CLAMP的间隙需要调整,或者SCREEN ACTUATOR需要更换。这时如果发现X方向CPK不合格,就更换X前面的ACUATOR;如果发现Y方向CPK不合格,就更换Y-ACTUATOR;对于角度方向CPK不合格,更换X后面的ACTUATOR,否则需要进行如下分析。

4、REMOVE SUPPORT TOOLING

   如果此时CPK统计结果能达到标准,可以判断是因为顶针作用使PCB变形而引起CPK统计结果不能达标。其主要原因是传送皮带磨损,引起PCB底面相对于TABLE面高度减小,所以使用顶针时PCB会向上变形,这是需要更换传送皮带。

5、REDUCE RAIL WIDTH每次减小0.1mm

   如果此时CPK结果合格说明轨道宽度设置不合适,PCB不能被PCB  CLAMP固定好,需要重新设置轨道宽度。

6、USE VIDEO MODE

   如果使用这一模式统计的CPK结果能达标,表明机器识别点处理结果有问题,需要重新进行CALIBRATION或者设置识别点。

7、BACK OF RAIL RAMPERS

   将轨道的缓冲汽缸调整到不起做用,统计CPK数据,如果此时CPK数据能达标,说明缓冲汽缸坏了或者调整不合适,需要重新调整。

8、 CUT BOARD AND PUT FIDUICAL  ON TOOLING

   将PCB上的识别点切下粘在支撑PIN上放在TABLE上和钢网对应的位置,采用RUN DRY 的方式统计CPK,如果CPK合格,说明RISING TALBE 轴承有问题,如果此时问题还不能判断,就需要向DEK公司求助了。


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