(完整版)机械制造与自动化G3型全自动印刷机电气系统故障分析毕业

南京铁道职业技术学

院

毕 业 论 文

题 目 G3型全自动印刷机电气系统故障分

：

析

系 部： 自动控制系

专 业： 机械制造与自动化

班 级： 08机械制造301

指导者: 杨建平 工程师

评阅者： 杨成美 副教授

2011年 6 月

毕业设计（论文）中文摘要

G3型全自动印刷机电气系统故障分析

摘要 随着电子产品向微型化、便携式、网络化和多媒体等几个方向迅

速地发展,SMT(Surface Mount Technology表面贴装技术)在电子工业中

正得到越来越广泛的应用, 并且在许多领域部分或全部取代了传统电子

装配技术,SMT技术的出现使传统电子装配技术发生了根本的、革命性的

变革。而我们锡膏印刷行业的机器设备与其他行业的机器设备一样，也

面临着随时“趴窝”造成停产的可能。由于设备自身特点的不同，以及

电子制造业对生产的时效性要求，锡膏印刷设备的维护和维修与其他行

业的设备相比，又有着其自身的特点。印刷机常见故障中，属电气系统

故障最为繁多，至今没有完善的故障诊断系统，各家公司都在致力于印

刷机故障诊断系统的改进和完善，因此针对这一现象，通过对售后服务

过程中发现的电气系统新故障的分析和研究，找出有效地解决方法，为

完善印刷机的故障诊断系统，并将发现的故障现象和解决办法反馈给工

程和生产部门，为工程和生产部门设计和改进提供依据。本论文就是围

绕G3型全自动印刷机电气系统故障现象而展开的。就解决电气系统故障

问题提出了一些自已观点，并且进一步应用于实际过程中。

关键词 SMT 全自动印刷机 电气故障 分析

目 次

1 引

言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2

2 G3全自动印刷机特点以及核心技

术„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3

3 G3全自动印刷机电气系统及故障分

析„„„„„„„„„„„„„„„„ 6

3.1 G3型全自动锡膏印刷机电气系

统„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6

3.1.1 电气气

源„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.1.2 工控机实物

图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

3.2 电气故障分析方

法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

3.3 故障部位的确

定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

3.4 G3型全自动印刷机常见电气故障分

析„„„„„„„„„„„„„„„10

3.5 软件故

障„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

4 实际故障分

析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13

结

论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

19

致

谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„

20

参考文

献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21

附件

1„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22

1 引言

由于表面贴装技术在国外发展的比较早,技术成熟,所以早些年这方

面的自动化设备几乎都是国外生产的。锡膏印刷机国外代表品牌包括英国

的D E K、美国的M PM、德国的Ekra以及日本的Minami、S0nY等，国内

的厂家有凯格、德森、日东等全自动锡膏印刷机。同国内印刷机相比较而

言，国外印刷机主要有印刷精度高、机器故障率低、印刷工艺简单等优点。

而国内锡膏印刷机行业主要是互相模仿而发展起来，并没有自主研发的比

较成熟的技术。通常国产锡膏印刷机会有印刷精度低，电气系统故障频发，

印刷工艺流程复杂等缺点。电气系统故障频发则成为制约国内印刷机行业

发展的绊脚石。但由于我国印刷机行业又有着售后服务及时、产品价格低

廉 、技术较为全面等特点，近些年也受到国内外采购商的亲睐。为了提高

我们国产锡膏印刷机在国际市场中的地位，做好售后服务尤为重要。

通过对电气系统故障的分析，总结出一些行之有效的方法，从而可以

提高维修印刷机电气系统故障的效率，让公司的售后服务人员可以参照故

障排除方法，对故障的排除有着系统的认知。进一步把这些方法和数据提

供给工程和生产部门，可以使电气系统控制技术得到更好的改进。

2 G3全自动印刷机特点以及核心技术

G3是高精度和高稳定性的全自动视觉印刷机，紧随SMT行业的发展趋

势生产的新一代全自动视觉印刷机与国际领先技术同步，高分辨率的视觉

处理，高精度的传动系统，悬浮式自适应刮刀，精确的板定位处理和灵巧

的网框夹紧结构，结构紧凑，兼具准确性和高度的灵活性，具有高效、精

确定位等特点。

其使用特点包括：

（1）精确的NI图像处理平台；

（2）两个独立的步进马达驱动印刷头(针对于前后刮刀压力所需不同

及稳定性而设计)；

（3）专用全自动电脑控制PCB厚度调整平台(已申请专利)；

（4）柔性侧压系统(针对于PCB受压变形而设计,已申请专利)；

（5）PCB上压系统(针对薄PCB、大PCB而设计,已申请专利)；

（6）干湿真空三种清洗模式；

（7）双向运输导轨系统；

（8）中英文操作界面；

（9）印刷精度：±0.025mm；

（10）重复精度：±0.01mm；

（11）印刷周期：（10s）。

如图2-1所示为印刷机实物图。

图2-1 G3型全自动锡膏印刷机

其核心技术首先通过图像的灰度信息来制作模板，然后待定位的图像

通过自相关的算法与模板相匹配来实现自动定位的，这就是所谓的灰度定

位。在同一年，随着PCB板的生产效率越来越高，板上的电子元器件越来

越小，对定位的精度和速度也提出了更高的要求。目前，市场上大多数全

自动锡膏印刷机的定位算法都是基于图像灰度，通过自相关匹配来实现的。

对于表面均匀度很好的覆铜板来说，灰度算法可以很好地完成自动定位的

功能。但是，越来越多的镀锡板，镀金板，柔性PCB板的出现，给灰度定

位带来巨大的挑战。由于镀锡，镀金板的表面均匀度不是很好，反光率较

高，使得PCB板上的Mark点的成像亮度差别极大，增加灰度定位的误检

率和漏检率。柔性板由于表面的平整度不好，PCB上的Mark点的成像同样

会有亮度差别大的问题，而且还会使Mark点的大小，形状发生变化，这

些问题都是基于灰度定位算法难于克服的而基于几何的定位算法可以很好

地适应上诉的这些问题。

定位算法在SMT设备中占据主导。机器视觉定位是各行各业生产机械

自动化、智能化、信息化的一项关键技术。它通过安装在机械上的CCD或

CMOS传感器成像，经CPU或DSP对图像数据分析处理，并根据处理的结果

决定机械的动作。这项技术是上世纪80年代首先在美国发展起来的，但

是由于受到CPU处理能力和处理速度的限制，直到90年代才得到蓬勃的

发展。世界上第一个定位算法是由MIT的Robert教授带领的研究小组在

1986年开发出来的。Robert教授成立了康奈视(Cognex)公司—世界上第

一个专业机器视觉软件公司。在此后的十年左右的时间，由于美国的SMT

制造业的蓬勃发展，康奈视公司定位算法被美国90%以上的SMT设备所应

用。由于基于灰度的定位算法存在如下缺陷：对灰度变化大的定位不准；

对有缩放的定位不准；对有角度变化的定位不准；对有部分被遮挡的定位

不准等。康奈视公司于1997年第一个发明了基于几何的定位算法，该算

法可以最大限度地克服灰度算法的限制。随着几何算法的进一步完善，在

2000年以后很多专业机器视觉公司虽然还保留有灰度定位工具，但几何定

位已经占据了主导地位。而康奈视公司已经基本淘汰了灰度定位工具。由

于市场上的商业几何定位工具比较贵通常都在万元左右，考虑到成本上的

因素，大多数全自动锡膏印刷机上用的都是相对便宜的传统的基于灰度的

定位工具。而国外的品牌机如MPM、DEK则多数采用的是康奈视的几何定

位工具。凯格的第一代机型也是采用NI基于灰度的定位工具，但目前凯

格通过自主研发，已经在所有的机型上都采用了基于几何的定位工具。通

过这项技术改造，对镀锡板、镀金板、柔性PCB板的定位能力得到极大改

善，定位性能完全可以与国外品牌机相媲美。

随着电子行业的发展，SMT技术近年来发生了巨大的变化，电子产品

朝着小型化，轻型化和高可靠性方向发展，使得表面贴装电子元器件不断

朝着轻薄微小的高集成化发展。全自动视觉印刷机发展的趋势将会对以下

几方面提出更高的要求：

首先，CycleTime的要求。随着SMT行业的发展，对SMT电子产品的

要求越来越高，随着模组化高速帖片机的出现，对印刷机CycleTime来说

提出了更高的要求，怎样实现缩短CycleTime将是各品牌全自动印刷机要

解决的问题。

第二，精度的要求。0201、01005的Chip件的大量使用，以前的印刷

机印刷已不能充分满足精度需求，高精度的机型将重新争夺市场。

第三，清洗效果的要求。随SMT的发展，清洗功能的完善可实现速度

即生产的高效率。仿人工清洗是大的印刷机厂商正在考虑和研究的方向。

第四，性价比的要求。面对OEM的单价总体下降，各企业会根据产品

的要求来选择印刷设备，在印刷机能完全满足生产需要的前提下，考虑价

格的因素会更多，即会选择一款高性价比的产品。

3 G3全自动印刷机电气系统及故障分析

3.1 G3型全自动锡膏印刷机电气系统

3.1.1 电气气源

（1) 使用AC 220V、5060HZ具有额定电流的稳定电源，用户在使用

本机器过程中如电压不稳定，应自备稳压电源。

（2) 使用稳定的压力为4.5～6kgfcm2的工业气源，如图3-1所示。

图3-1 气源

3.1.2 工控机实物图

图3-2 工控机操作面

图3-3 工控机输入输出数据线

图3-4 后机箱板接线

3.2 电气故障分析方法

在生产学习以及实践中，可以归纳出以下行之有效的方法：

（1）状态分析法：电气设备的运行过程可以分解成若干个连续的阶

段,这些阶段也可称为状态。如电动机工作过程可以分解成启动运转、反

转、高速、低速、制动、停止等工作状态。电气故障总是发生于某一状态,

发生在这一状态时,各种元件的状态如何,是分析故障的重要依据。

（2）图形分析法：电气设备图是用以描述电气设备的构成、原理、

功能,提供装接和使用维修的依据。电气设备图种类很多,如原理图、构造

图、系统图、接线图、位置图等,分析电气故障时,常常要对各种图进行分

析,并且要掌握各种图之间的关系,如由接线图变换成电路图,由位置图变

换成原理图等。

（3）单元分析法：从一定意义上讲,电气设备故障意味着某功能的丧

失,由此可判定故发生的单元。分析电气故障就应将设备划分为单元(通常

是按功能划分),便于确定故障的范围。

（4）回路分析法：回路是构成电气设备电路的基本单元,分析电气设

备故障,尤其是分析电路断路、短路故障时,常常需要找出回路中元件、导

线及其联接,以此确定故障的原因和部位。

（5）推理分析法：电气设备中各组成和功能都有其内在的联系,如,

联接顺序、动作顺序、电流流向、电压分配等都有其特定的规律,因而某

一部件、组件、元件的故障必然影响其他部分,在分析电气故障时,常常需

要从这一故障联系到对其他部分的影响,或由某一故障现象找出故障的根

源。

（6）简化分析法：分析电气故障要根据具体情况,注意分析主要的、

核心的、本质的部件、元件。这种方法称简化分析法。

（7）树形分析法：电气装置的各种故障存在着许多内在联系,例如,

某装置故障“1”可能是由故障“2”引起,故障“2”可能是由故障“3”、

“4”引起„,如果将这种故障按一定顺序排列起来,则形成一棵树,称为故

障树。根据故障树分析电气故障,在某些情况下更显得条理分明,脉络清

晰。

（8）计算机辅助分析法:将电气设备、网络中各种部件、元件的工作

状态用“1”和“0”表示,如接通、有电流、高电位为“1”状态,而断开、

无电流、低电位为“0”状态。当A触头故障断开,A电路无电流,A设备电

位为0,则上述状态均变为“0”,计算机便可从这些状态变化中找出发生故

障的部件、元件。

（9）参数比较分析法:将电气设备、网络中各部件、元件的各种运行

正常参数预先储存于计算机中,将测试出的参数输入计算机,由计算机进

行分析比较,判断出其中的故障。

3.3 故障部位的确定

确定故障部位可理解成确定设备的故障点,如短路点、损坏元件等,也

可理解成确定某些运行参数的变异。如电压波动、三相不平衡等。确定故

障部位是在对故障现象进行周密的考察和细致分析基础上进行的,在这一

过程中, 往往要采用如下几种手段和方法：

（1）直接感知:有些电气故障可以通过人感官,直接感知故障设备的

异常。包括通过对声音和振动的观测发现故障,从温度的变化发现故障,从

气味变化发现故障,检查外观和变色发现故障。

（2）仪器检测:借助各种仪器、仪表对故障设备的电压、电流、频率、

阻抗、绝缘值、温度、振幅、转速等进行测量,以确定故障部位。

（3）类比法:可采用与同类完好设备进行比较来确定故障部位。

（4）试探法:在确保设备安全情况下,可以通过一些试探的方法确定

故障部位,如,通电试探或强行使某继电器动作等以发现和确定故障部位。

3.4 G3型全自动印刷机常见电气故障分析

（1）生产时，当运输速度达到100mms时，PCB到止挡器会反弹回来，

如果非印刷面已贴片，PCB板不到位，很可能会把反面料顶坏，印刷完成

后，PCB会很快冲出来。如图3-5所示为运输导轨。

图3-5 运输导轨

分析

：

① 调速器增益值过大（GAIN）调的太大，当运输马达停止转动时，

马达便会有一点反转，造成停板位置改变。

② PCB冲出来是因为速度过快，而只有一个进出板电眼，PCB板因此

惯性冲出。

解决方法：把调速器GAIN值调小一点即可，07年10月份大凌实业2

台新机有一台是此问题，停板不到位，调小GAIN值解决问题左右各加一

个进出板电眼缓冲出板速度。

（2）说明书上写的是最小PCB板尺寸为50*50，而要生产50.5*60，

PCB板到平台定位后出现伺服报警，生产不了。

分析：调宽轴板限位置电眼感应片要求过宽，因此在调宽时，动导轨

调宽到60MM时，极限电眼已感应到，当调宽轴继续调小时超出极限，就

会出现报警。

解决方法：把调宽轴感应片位置后挪移到最后位置是否调到50MM，若

不行则只能更换感应片，若赶生产没有时间调节，则把轴限位输入信号板

的信号线拔下即可，此问题在浩琛电子发生过。

（3）挡板气缸不能正常工作

分析：

①气缸漏气导致气压不足；

②气缸活塞杆不直弯曲；

③磁性开关位置有松动,感应不到信号；

④磁性开关与PCB插头有松动,接触不良；

⑤磁性开关已坏，信号输入板信号线松动或脱落。

如图3-6 所示为CCD挡板。

图9 CCD及导轨上感应器

解决方法：1、检查气缸接头或气排阀是否有漏气

2、检查气缸活塞杆活动是否顺畅

3、磁性开关是否松动,位置是否固定

4、磁性开关插头是否插紧

5、磁性开关是否坏了

6、检查信号输入板信号输入线是否松动

图3-6 CCD挡板

解决方法：

①检查气缸是否漏气；

②检查气缸活塞杆是否弯曲；

③重新拔插磁性开关与PCB板的接头处；

④更换磁性开关。

（4）电源绿灯不亮分析：

①若机器能开机正常生产,则绿灯已坏；

②输出继电器板线松动,无信号输出；

③输出继电器板小继电器已烧坏；

④电源绿灯针脚松动,接触不良。

解决方法：

①更换绿灯；

②检查线是否松动；

③更换小继电器；

④重新插拔。

（5）蜂鸣器不叫分析：

①蜂鸣器已坏；

②输出继电器板无信号输出,信号线松动或小继电器已烧坏。

解决方法：

①更换三色灯；

②重新插紧信号输出线,更换小继电器。

3.5 软件故障

电气系统故障发生时，常伴随着软件故障的发生。所以通常分析电气

故障时，一定不能忘记分析软件故障。下面列举出一些常见软件的故障进

行分析。

（1）机器程序打不开，显示链接库找不到。

分析：GLX5文件出错，

解决方法：更换GLX5文件

（2）正常生产中停止生产且GKG软件画面闪动，报7432出错。

分析：

①7432板卡及转接卡，联机线发生故障损坏，松动接触不良造成；

②7432板卡，驱动程序出错，或GLX5操作软件文件丢失。

解决方法：

①检查7432转接卡联机线，及7432卡重新固定锁紧；

②更新7432驱动程序及更换GLX5操作软件。

4 实际故障分析

2011年3月珠海格力空调公司G3全自动锡膏印刷机气压一直报警。

结合在公司学习的技术经验来看，遇到此类电气故障可以在上述总结的电

气系统故障排除方法里寻找解决方案，当然并不是盲目的寻找，一定要有

系统的分析方法才能快速便捷的解决故障问题。

4.1 生产中气压一直报警可能存在的原因：

4.1.1

气压报警可能是电路中某些用电器内部损坏或者导线接触不良而

导致。

控制气源电路接触不良会导致气压的供给不良，这样气压则会长时间

报警。例如，下图为控制挡板气缸的部分电路图，如图所示，当电路中发

生接触不良的现象时，工控机发出指令后，气压供给不足，气缸内没有足

够的气压将活塞杆推出，此时PCB板则直接通过挡板气缸动作的区域，而

无法感应到活塞杆的动作，信号不能回馈到工控机，紧接着则气压报警。

工控机控制气缸原理示意图（部分）见图4-1。

图4-1 挡板气缸部分气路

主电路如下图所示

在排除故障过程中可根据电路的排布逐一检查线路和用电器。检查总开关

的状态、转接板处的数据线的连接、转接板与气缸接头处的连接等。转接

板示意图见附件1。

图4-2 主电路图

4.1.1

软件部分可能由于系统文件损坏或者板卡的损坏，让信号无法传

输，导致气压报警，一般只需要重装系统或直接更换板卡。如图4-3 板卡

在电气控制系统中，用来控制硬件的运营，起着极其大的作用。

图4-3 电气控制示意图

4.1.3

当主气表气压未达到额定值时，气路中气压较小，工控机输出的

信号无法执行，此时气压报警。例如网框固定气缸动作时，气压值较小，

六根活塞杆不能同时稳定地压住钢网，钢网处于松动的状态，刮刀运作时

很容易触碰到钢网致使钢网滑动，钢网滑动则机器报警。如图4-4 所示为

网框气缸气路图（部分）。

图4-4 网框固定气缸

对以上电气故障原因的分析，我认为使用图形分析法、单元分析法、

推理分析法和回路分析法为宜。

4.2

实际故障排除：

4.2.1

先检查总开关是否打开。检查后发现开关处于闭合状态。所以此

时排除因操作工疏忽而导致机器不运转的原因。

4.2.2

观察主气压表的数值，印刷机气压额定值为0.5兆帕，通常气压

值在0.4兆帕到0.6兆帕为正常范围。

图4-5 气压表

观察后发现气压表数值处于正常水平并未有异常，故可排除此类故障

发生的可能。

4.2.3

信号问题的检查

信号问题的检查从检查气路开始，通过观察气路接口处，听有没有“嘶

嘶”的声音。如果有“嘶嘶”的声音传感器则由于接受感应不到所在机械

部位的动作而停止输入信号。观察每一条气管后发现并未有异常。故可排

除此类故障的可能。

4.2.4

观察气缸接口处是否松动

气缸接头处比较容易出现松动的情况，因为气缸需要经常发生机械动

作，所以检查气缸时一定要仔细，如图是钢网定位上的气缸，用于夹紧钢

网。

图4-6 气缸

对所有气缸检查后发现，接头处一切正常。故可排除此类故障的可能。

4.2.5

打开7432板卡软件，在操作界面选择自动检测气压。如果发现

表示信号输入的信号灯亮则表示7432板卡驱动软件正常，有输入信号。

检查后发现7432板卡正常。如图4-7 7432板卡 （控制62个信号输入输

出）故排除此类故障。

图4-7 板卡

4.2.6

检查线路

第一步，检查接头处是否松动或接触不良。由于本人生产部组装过机

器，在接线过程中上生产部的员工偶尔会压针不认真，导致接线端子断裂，

机器刚出场不久就出现线路接触不良的问题。此时可以万用电表测出电路

中是否有电流。下面逐步检测气缸与板卡的连接线。执行上一部操作时时

间较长，需着重仔细检查。检查后并未发生任何接触不良的情况。故可排

除此类故障发生的可能。

第二步，测白色J2数据线 对于J2数据线的检测，我觉得可以取较

为简单的方法，不需要检测每个触点，这样会浪费大多时间而且不易操作，

而是应该直接将原先数据线取下换一条新的数据线检测，检测后发现蜂鸣

器依旧在报警。故可排除此类故障发生的可能。

第三步，测第二块转接板数据线J0方法同上。检测后发现无此类故

障。

第四步，板卡检测，板卡的检测凭借我们的技术还无法检测。所以可

以换取板卡来达到检测的目的。检测后发现7432转接板卡由于挤压内部

线路接触不均而导致工控机接受信号不稳定。出现此类问题应及时更换板

卡。

更换板卡后，机器运作正常，故障排除。

结 论

这次通过对G3全自动锡膏印刷机电气系统故障分析的研究，我认为

检查电气故障一定要基本遵循着推理方法的原则，按照电路和气路的排布，

逐步检查，避免糊涂排查导致不必要的时间浪费。在对一些较为复杂的电

气元件检测时，可以通过更换的方式进行检查，比如说7342板卡的更换。

当然电气系统故障的分析也不是非要按照规定来，可以变通的。比如说在

检查线路时需要花很多时间，那么我个人以为检查线路是件比较繁琐的事

情，大可不必检查每条线路，完全可以通过对用电器的检测来检测线路，

这样就可以不用差些机器而达到。这样就可以在售后服务的效率上做到大

大的提升。总之，对电气系统故障的分析是一个系统的过程，比如说一开

始要了解机器机械结构是否损坏，所以一定会运用机械设计与制造的专业

知识，此时专业知识能力强的话，在这就会有极大地发挥，为下面进一步

解决电气故障做好铺垫。老师常说机电不分家，如今真的深有体会。再者，

电气故障的分析在遵循原则的同时，一定不要忘了一些解决问题的捷径，

这样才能使自己在解决问题中做到游刃有余。

在整个毕业设计中，我觉得此课题很有难度，很有挑战性，同时

也是一次难得的锻炼的机会，通过这次毕业设计的锻炼，使我们对以前学

过的知识有了进一步的了解和认识，对以后出去工作之后要做些什么样的

事情，有了初步的大体上的感性的认识，总的说来，我们觉得在这次设计

的任务完成得过程中，学到了不少专业上的知识，更重要的是学会了如何

与人相处、与人合作，共同完成任务。这是我们最大的收获。

由于本人学识浅薄，水平有限，经验不足，加上技术资料不全等诸多

原因，在论文选题和编写中可能存在这样那样的问题！希望老师和同学提

出宝贵意见和建议，以利于我在以后不断改进，谢谢！

致 谢

紧张而又充实的毕业设计结束了，回忆起来我在其中获取了许多知

识，尤其是对自己的专业性质有了更深一层的认识：学好本专业，想成为

一名合格的技术人员确实不易。毕业设计虽然给了我很大的收获，但是对

于我初学者来说，电气故障分析的水平是有限的，是欠缺的，在本次毕业

设计过程中，杨建平老师给予了我极大的帮助，在设计的整个过程中，他

一直进行指导和检查，其严谨负责的工作精神和忘我的工作热情令我钦佩。

他在工作任务繁忙、业余时间少的情况下，对我进行了耐心、细致的指导

参 考 文 献

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附件1