CN102990179B - 一种使用cad文件提高焊锡机器人编程速度和精度的方法 - Google Patents

一种使用cad文件提高焊锡机器人编程速度和精度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种使用CAD文件提高焊锡机器人编程速度和精度的方法，包括以下操作步骤：1)将包含PCB板的CAD文件导入到编程文件中；2)解析CAD文件，转换成编程文件所能支持的文件格式；3)在编程文件中生成相应的CAD图形，图形中包含所有焊盘的精确位置信息；4)对生成的CAD图形进行处理，建立图形坐标和实物坐标的关系；5)在处理好的CAD图形上选定待焊接的焊点，根据步骤4)得到的坐标转换关系，得到实际物理坐标，焊嘴移动到实际物理坐标的位置进行参数设置和焊接；6)利用步骤5)的方法找到其它焊点，进行焊接。本发明不需要用相机拍缩略图，减少了编程时间；能够准确的计算出PCB板的旋转角度，进行补偿，提高了焊接精度。

Description

一种使用CAD文件提高焊锡机器人编程速度和精度的方法
技术领域
本发明涉及自动焊锡机器人的自动焊接技术，用于PCB板的焊接，特别是关于一种使用CAD文件提高焊锡机器人编程速度和精度的方法。
背景技术
自动焊锡机器人是当前国内各大工厂企业广泛应用的一款自动化系统，它具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了焊接作业的生产效率，它的出现将大大降低生产成本，将人工工作转化为机器自动操作。用户还可以根据焊接工艺的不同，调节机器人的各项参数，使焊接效果更好。
对于自动焊锡机器人，通过编程控制自动焊锡，是其进行可靠、高效工作的一个十分重要的环节。目前通常使用的编程方法是使用示教盒人工示教编程：首先将待焊锡的PCB板装夹到自动焊锡机器人台面上，其次人工控制焊枪移动到需要进行焊锡的焊点位置处，通过传动装置获取此位置焊点坐标，设置该焊点的焊锡参数，按照编程文件参数进行焊接动作，如图1所示。
但是，随着电子行业的发展，各种微小型插接件的应用越来越广泛，这也对自动焊锡机器人的焊点位置精度提出了更高的要求。在此情况下，通过示教盒人工示教编程的方法，需要频繁移动焊枪来定位焊点位置，存在著编程过程繁琐，编程效率低，位置精度较低且受限于编程人员的熟练程度等一系列问题。因而如何提高编程的速度和精度，成为了摆在各大厂商面前的一个难题。
发明内容
因此，针对上述问题，本发明提供一种在系统中使用CAD文件提高焊锡机器人编程速度和精度的方法，使得在进行焊接操作时，既保证了编程操作的高精度需求，又能够有效的提高编程效率。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种使用CAD文件提高焊锡机器人编程速度和精度的方法，其特征在于，操作步骤如下：
1)将包含PCB板的CAD文件导入到编程文件中；
2)解析CAD文件：将CAD文件转换成编程文件所能支持的文件格式；
3)解析CAD文件之后，在编程文件中生成相应的CAD图形，图形中包含所有焊盘的精确位置信息；
4)对生成的CAD图形进行处理，使图形上的焊点和实物PCB板上的焊点对应起来，建立图形坐标和实物坐标的关系；
5)在处理好的CAD图形上选定待焊接的焊点，根据步骤4)得到的坐标转换关系，计算图形坐标对应的实际物理坐标，焊嘴自动移动到实际物理坐标的位置进行参数设置和焊接；
6)利用步骤5)的方法找到其它需要焊接的焊点的实际物理坐标，焊嘴移动到该点进行焊接。
在所述步骤2)中，解析CAD文件的方法是：通过编写软件代码，逐行读取CAD文件中的内容，并且按照固定格式逐个字符进行解析，即可得到编程文件所能支持的格式。
在所述步骤4)中，对CAD图形进行处理的方法是：
①首先选取图像上的两个点A(XA，YA)、B(XB，YB)为基准点；进一步讲，A、B两点在PCB板的对角线上。
②目测找到实物PCB板上与图像上A点对应的点C，找到之后用相机的正中心对准C点，1∶1取像，呈现在显示屏上，获取C点坐标C(XC，YC)；再目测找到实物PCB板上与图像上B点对应的点D，找到之后用相机的正中心对准D点，1∶1取像，呈现在显示屏上，获取D点坐标D(XD，YD)；
③根据A、B两点的图像坐标，依据直角三角形定律求出AB连线与图像X轴方向的夹角：
∠AB＝arctan(ΔYAB/ΔXAB)；
④根据C、D两点的物理坐标，依据直角三角形定律求出CD连线与物理X轴方向的夹角：
∠CD＝arctan(ΔYCD/ΔXCD)；
⑤计算两个夹角之差ΔT＝∠CD-∠AB，ΔT就是图像与实物之间的偏移角度。
在所述步骤4)中，对CAD图形进行处理的方法还可以是：
利用CAD图形和CAD坐标文件(来自贴片机)，来计算图像坐标和物理坐标之间的转换关系。由CAD坐标文件，生成一张与电路板实物完全一致的模拟图，然后，按照用相机拍摄的方法，使用这张模拟图和CAD图形来进行坐标对应。
在所述步骤5)中，是在处理好的CAD图形上选定待焊接的焊点，根据得到的ΔT计算该焊点对应的实际物理坐标，方法如下：
XT /＝(XT-XA)*cos(ΔT)-(YT-YA)*sin(ΔT)，
YT＝(Y1-YA)*cos(ΔT)+(XI-XA)*sin(ΔT)，
其中，XI为物理目标点X轴坐标，YI为物理目标点Y轴坐标，XI为图像目标点X轴坐标，YI为图像目标点Y轴坐标，XA为图像基准点X轴坐标，YA为图像基准点Y轴坐标。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、不需要用相机拍缩略图，减少了编程时间。2、能够准确的计算出PCB板的旋转角度。3、能够准确的对PCB板的旋转角度进行补偿，提高焊接精度。4、焊接时，不会因为PCB板的位置发生偏移而焊接不准。
附图说明
图1是焊锡机器人焊接流程；
图2是本发明方法的焊接流程；
图3是在编程程序文件中生成的CAD图形(此图表示的仅是焊接图层)。
具体实施方式
本发明的技术思想是：在编程过程中，将PCB板的CAD文件导入到编程文件中去。CAD文件是指：包含有CAD图形信息的文件，CAD图形是由CAD文件通过软件代码处理后转换生成的；编程文件能够将CAD文件中包含的CAD图形信息，通过软件中的代码处理后，转换成程序文件能够支持的文件格式，然后导入。导入的方法是：启动焊锡机器人编程软件，并选择相应的CAD文件，然后焊锡机器人内部的CAD文件解析功能模块，会按照标准的CAD文件格式，对该CAD文件进行逐行解析，并将其转换为标准的图像文件(比如bmp、jpg等)。
通过导入CAD文件，包含的CAD图形信息就可以生成对应的CAD图形，在程序文件中显示。对图形进一步处理，使图形上的焊点和PCB板上的焊点对应起来，这样在进行编程时就可以直接在CAD图形上选定待焊锡的焊点了。选定好了焊点之后，双击选中的焊点，焊嘴就会准确的移到焊点的位置，就能够获取焊点的真实坐标(即：由实物定位转变为图形定位)，并进行焊锡参数设置了。
因此在编程时，就无需人工定位待焊接的焊盘位置，而可以直接在CAD图形中对应的焊盘处进行焊锡点的参数设置就可以了，同时可以获取焊点的真实坐标，从而取消复杂的焊点位置定位操作，进而提高编程的精度和速度并降低对编程作业人员的要求。
这里把图形上的焊点和实际PCB板上的焊点对应起来的方法有两种：第一种方法是利用CAD图层和电路板实物，来计算图像坐标和物理坐标之间的转换关系。首先在CAD图形上选定两个固定不变的目标(这两个目标尽量在一对角线上)，然后用相机在PCB板上也选定两个固定不变的目标(这两个目标也尽量在同一对角线上)，显示在界面上。在CAD图形上选定的两个目标和在PCB板上选定的两个目标分别一一对应(即：PCB板上的两个目标必须和CAD图形上的两个目标大小和位置都目测相同)，然后分别获取这四个点的坐标。获取坐标之后，按一定的算法进行处理，计算出图形坐标和实际坐标的差异，这样就能够把图形和实物的位置关系对应起来。
第二种方法是利用CAD图层和CAD坐标文件(来自贴片机)，来计算图像坐标和物理坐标之间的转换关系。CAD坐标文件由贴片机产生，是一个格式非常简单的文本文件，其中每一行，都表示一个焊点的相关物理信息(包括坐标、尺寸、形状、角度等)。焊锡机器人软件可以根据CAD坐标文件，生成另一张与电路板实物完全一致的模拟图，然后，按照方法一，使用这张模拟图和CAD图层来对图像坐标进行转换，算法和上述相同。
建立了图像坐标和实际的物理坐标的对应关系之后，就可以在图形上选择任何焊点，而软件模块内部会根据这个转换关系自动计算该焊点对应的实际物理坐标，焊嘴就会准确的移到实际焊点的位置，进行焊锡参数设置并焊接。
下面以一实施例来体现本发明方法的操作流程，如图2所示：
1、将包含PCB板坐标信息的CAD文件导入到编程文件中。
2、解析CAD文件：将CAD文件转换成编程文件所能支持的文件格式。解析CAD文件的方法是：通过编写软件代码，逐行读取CAD文件中的内容，并且按照固定格式逐个字符进行解析，即可得到编程文件所能支持的格式。
3、解析CAD文件之后，在编程文件中生成相应的CAD图形(CAD图形是通过软件转换功能将CAD文件中包含的CAD图形信息生成CAD-图形的)，图形中包含所有焊盘的精确位置信息。
4、对生成的CAD图形进行处理，使图形上的焊点和实物PCB板上的焊点对应起来，建立图形坐标和实物坐标的关系。按第一种方法是：
在CAD图形中选择一个Mark点，然后用眼睛目测在PCB板实物中找到与在该图层中选中的Mark点位置相同且大小相同的Mark点；找到之后，移动相机，使PCB板实物上的该Mark点出现在相机视野的正中心，1∶1取像，呈现在显示屏上，然后获取坐标。再在Gerber焊接图层中选择另一个Mark点，这个Mark点尽量和Gerber图层中选择的第一个Mark点在板的对角线上，这样的好处是能够更好地确定“X轴”、“Y轴”的偏移量和旋转角度；选择好了之后，在PCB板实物中找到与在Gerber图层中选中的第二个Mark点位置相同且大小相同的Mark点，找到之后，移动相机，PCB板实物上的该Mark点出现在相机视野的正中心，1∶1取像，呈现在显示屏上，然后获取坐标。
获取坐标之后，按如下的算法进行处理，这样就能够把图形上的点和实物上的焊点对应起来：
①首先选取图像上的两个点A(XA，YA)、B(XB，YB)为基准点；进一步讲，A、B两点在PCB板的对角线上。
②目测找到实物PCB板上与图像上A点对应的点C，找到之后用相机的正中心对准C点，1∶1取像，呈现在显示屏上，获取C点坐标C(XC，YC)；再目测找到实物PCB板上与图像上B点对应的点D，找到之后用相机的正中心对准D点，1∶1取像，呈现在显示屏上，获取D点坐标D(XD，YD)；
③根据A、B两点的图像坐标，依据直角三角形定律求出AB连线与图像X轴方向的夹角：
∠AB＝arctan(ΔYAB/ΔXAB)；
④根据C、D两点的物理坐标，依据直角三角形定律求出CD连线与物理X轴方向的夹角：
∠CD＝arctan(ΔYCD/ΔXCD)；
⑤计算两个夹角之差ΔT＝∠CD-∠AB，ΔT就是图像与实物之间的偏移角度。
5、在处理好的CAD图形上选定待焊接的焊点，根据步骤4)得到的坐标转换关系，计算图形坐标对应的实际物理坐标，焊嘴自动移动到实际物理坐标的位置进行参数设置和焊接。计算原理描述如下：
1)在CAD图形上的焊接层中，用眼睛找出要焊接的焊点，获取图像上的目标焊点T与上面提到的A点之间的相对偏移，这个偏移实际上就是T点相对于A点的旋转半径。
2)利用旋转极坐标公式，求出T点相对于A点旋转ΔT之后的新的点T/点，T/点坐标就是我们所要找的真正的物理焊点。
具体计算方法如下：
XT /＝(XT-XA)×cos(ΔT)-(YT-YA)×sin(ΔT)，
YT /＝(YT-YA)×cos(ΔT)+(XT-XA)×sin(ΔT)。
其中，XT /为物理目标点X轴坐标，YT /为物理目标点Y轴坐标，XT为图像目标点X轴坐标，YT /为图像目标点Y轴坐标，XA为图像基准点X轴坐标，YA为图像基准点Y轴坐标。
因此，当我们选中图像目标焊点T(坐标为(XT，YT))后，系统就会自动计算出物理目标点T/的坐标(XT /，YT /)，焊嘴自动移到该位置，进行参数设置并焊接。6、利用步骤5的方法找到其它需要焊接的焊点的实际物理坐标，焊嘴移动到该点进行焊接。
6、利用步骤5的方法找到其它需要焊接的焊点的实际物理坐标，焊嘴自动移动到该点进行焊接。
步骤4中，如果按第二种方法处理，就是用CAD坐标文件(来自贴片机)代替相机拍摄的实物坐标，来进行计算，计算方法同实物坐标。

Claims (1)

1.一种使用CAD文件提高焊锡机器人编程速度和精度的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
1）将包含PCB板的CAD文件导入到编程文件中；
2）解析CAD文件：将CAD文件转换成编程文件所能支持的文件格式；
3）解析CAD文件之后，在编程文件中生成相应的CAD图形，图形中包含所有焊盘的精确位置信息；
4）对生成的CAD图形进行处理，使图形上的焊点和实物PCB板上的焊点对应起来，建立图形坐标和实物坐标的关系；
5）在处理好的CAD图形上选定待焊接的焊点，根据步骤4）得到的坐标转换关系，计算图形坐标对应的实际物理坐标，焊嘴自动移动到实际物理坐标的位置进行参数设置和焊接；
6）利用步骤5）的方法找到其它需要焊接的焊点的实际物理坐标，焊嘴移动到该点进行焊接；
其中，在所述步骤4）中，对CAD图形进行处理，建立图形坐标和实物坐标关系的方法取如下两种之一：
方法一：
①首先选取图像上的两个点A（XA，YA）、B（XB，YB）为基准点；
②目测找到实物PCB板上与图像上A点对应的点C，找到之后用相机的正中心对准C点，1:1取像，呈现在显示屏上，获取C点坐标C（XC，YC）；再目测找到实物PCB板上与图像上B点对应的点D，找到之后用相机的正中心对准D点，1:1取像，呈现在显示屏上，获取D点坐标D（XD，YD）；
③根据A、B两点的图像坐标，依据直角三角形定律求出AB连线与图像X轴方向的夹角：
∠AB = arctan(ΔYAB/ΔXAB)；
④根据C、D两点的物理坐标，依据直角三角形定律求出CD连线与物理X轴方向的夹角：
∠CD = arctan(ΔYCD/ΔXCD)；
⑤计算两个夹角之差ΔT=∠CD-∠AB，ΔT就是图像与实物坐标之间的偏移角度；
方法二：
①首先选取图像上的两个点A（XA，YA）、B（XB，YB）为基准点；
②利用CAD坐标文件，生成另一张与电路板实物完全一致的模拟图，在模拟图上找到与图像上A点对应的点C（XC，YC），与图像上B点对应的点D（XD，YD）；
③根据A、B两点的图像坐标，依据直角三角形定律求出AB连线与图像X轴方向的夹角：
∠AB = arctan(ΔYAB/ΔXAB)；
④根据C、D两点的图像坐标，依据直角三角形定律求出CD连线与物理X轴方向的夹角：
∠CD = arctan(ΔYCD/ΔXCD)；
⑤计算两个夹角之差ΔT=∠CD-∠AB，ΔT就是图像与实物之间的偏移角度；
在所述步骤5）中，根据步骤4）计算图形坐标对应的物理坐标的方法是：
XT /=（XT–XA） * cos（ΔT）–（YT-YA） * sin（ΔT），
YT /=（YT–YA） * cos（ΔT）+（XT-XA） * sin（ΔT），
其中，XT /为物理目标点X轴坐标，YT /为物理目标点Y轴坐标，XT为图像目标点X轴坐标，YT /为图像目标点Y轴坐标，XA为图像基准点X轴坐标，YA为图像基准点Y轴坐标；
在所述步骤2）中，解析CAD文件的方法是：通过编写软件代码，逐行读取CAD文件中的内容，并且按照固定格式逐个字符进行解析，即可得到编程文件所能支持的格式；
所述A、B两点在PCB板的对角线上。
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