CN105246266A - 一种贴装路径优化算法及基于此算法的高速贴片机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴装路径优化算法及基于此算法的高速贴片机，包括支撑框架、大理石平台、控制器以及与控制器信号连接的X轴传动控制系统、Y轴传动控制系统、贴装工作台、贴片头、自动喂料器和贴装芯片校准系统。自动喂料器为双料喂料器，贴片头为高速贴片头，高速贴片头上的吸嘴为一排以上。控制器除控制各系统协调工作外，还依据待贴装电路板位置和待贴装芯片的种类、数量和分布信息进行相应自动喂料器位置的选择计算和确定，从而在待贴装元器件拾取过程中形成最短行程下的快速拾取，降低了贴片头运行时间，减少了传动系统的磨损，保证了贴装过程高效、准确完成。

Description

一种贴装路径优化算法及基于此算法的高速贴片机

技术领域

本发明涉及一种贴片机，尤其涉及一种为提高贴装速度而设计的基于贴装路径优化算法的高速贴片机，属于电子贴装设备领域。

背景技术

在电子贴装技术领域中，贴片机是一种常见设备，其利用贴片头上的吸嘴从自动喂料器上拾取芯片，通过贴片机上X、Y向导轨或丝杠进行贴片头往复运动，再经过芯片位置校对后，最终完成在电路板上的芯片自动贴装过程。这种贴装方式，电路板始终处于静止状态，靠往复、快速移动的贴片头进行连续贴装，对贴片头移动位置的准确性和一致性要求较高。其中，X、Y向导轨和丝杠的传动精度以及吸嘴在R轴向的旋转角度，会直接影响芯片拾取和贴装过程，所以，芯片位置校对，就成为贴装位置补偿的关键，同时，受贴片头高速运动过程的影响，贴片头重心分布、自动喂料器与吸嘴的衔接配合，都会对芯片拾取和贴装精度产生较大的间接影响。

近年来，随着终端电子设备的小型化、复杂化，对贴片机贴装精度和贴装效率要求越来越高，单个产品的贴装芯片种类越来越多。

针对贴装精度的改进，各厂家解决方案主要集中在提高传动精度上，即，通过增加传动丝杠、导轨的精度和数量，控制贴片头往复运动的准确性，实现贴装精度的提高。但这种方式会增加贴片机的尺寸和影响贴片机的生产成本，造成生产成本大幅增加，带来质量与成本矛盾的困惑。

针对贴装效率和芯片种类繁多的问题，各厂家解决方案主要采用了提高贴片头吸嘴的拾取效率，缩小自动喂料器尺寸，增加自动喂料器摆放数量，最大限度地实现一次性多拾取芯片个数的方式来解决贴装效率的问题。此种方式虽能缩减行程，实现贴装效率成倍增加的目的，但发展空间有限，同时，其改进过程只集中在硬件方面，对于软件方面的改进却没有进一步开展。

于是，对贴片机结构进行改进，在满足小型化、复杂化终端电子设备电路板贴装需要的前提下，利用多手段、多方式来提高贴片机的贴装效率，满足社会发展对贴片机性能的要求，就成为本发明想要解决的主要问题。

发明内容

鉴于上述现有情况和不足，本发明旨在提供一种以软件控制和硬件改进相结合，以优化算法为核心，以提高贴片机贴装效率为目的基于贴装路径优化算法的高速贴片机。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种贴装路径优化算法，具体步骤包括：

步骤1、贴片机控制器采集待贴装电路板尺寸信息以及待贴装元器件的种类、数量和分布情况信息。；

步骤2、控制器根据待贴装电路板的尺寸信息以及待贴装元器件的种类分布信息，依据贴片机的X向或Y向进行待贴装电路板的摆放设计；或，当待贴装电路板为异形板时，以非边框方式，通过旋转角度，对待贴装电路板进行旋转角度后的X向或Y向摆放。

步骤3、根据待贴装电路板的摆放设计，确定相应自动喂料器的前、后摆放位置。

步骤4、控制器将待贴装电路板的贴装区模拟平分为前、后、左、右四块区域，根据每块区域内各待贴装元器件按种类划分后，其数量所占整个待贴装电路板的比重，将已确定前、后摆放位置的相应自动喂料器移动到该相应种类元器件所占比重最大区域的附近。

步骤5、控制器根据自动喂料器对应区域中的相应种类待贴装元器件的分布情况，确定出该自动喂料器在该分区中的左、右摆放位置，从而完成相应自动喂料器的摆放位置设计。

一种贴装路径优化算法，还包括：

步骤6、以路径最短算法，对相应种类待贴装元器件的自动喂料器摆放位置进行位置校验，并根据校验结果对相应自动喂料器进行位置微调。

一种基于贴装路径优化算法的高速贴片机，包括支撑框架、控制器以及与控制器信号连接的X轴传动控制系统、Y轴传动控制系统、贴装工作台、贴片头、自动喂料器和贴装芯片校准系统；贴片头连接在X轴传动控制系统上；X轴传动控制系统连接在Y轴传动控制系统上；贴装芯片校准系统固定在贴装工作台上；还包括一个大理石平台，大理石平台固定在支撑框架上，贴装工作台和Y轴传动控制系统分别连接并支撑在大理石平台上；自动喂料器为双料喂料器；贴片头为高速贴片头，高速贴片头上的吸嘴为一排以上；控制器控制各系统协调工作，并且，控制器依据待贴装电路板位置和待贴装芯片的种类、数量和分布信息进行相应自动喂料器位置的选择计算和确定；自动喂料器以不均匀方式分布在贴装工作台的前、后两侧。

所述贴装芯片校准系统至少包括两套底镜相机，底镜相机分别与贴片头上的吸嘴相对应。

本发明所述的一种贴装路径优化算法及基于此算法的高速贴片机的有益效果包括：

1、以优化算法为核心，对待贴装电路板贴装信息进行分析、汇总，确定出相应自动喂料器的安装位置，使贴装行程最短化，提高了贴装效率；

2、以路径最短算法对相应自动喂料器进行位置调整，进一步降低了拾取行程；

3、采用大理石平台作为支撑，稳定性好，加工精度高，安装方便；

4、高速贴片头与双料喂料器的配合，提高了待贴装元器件的拾取效率，降低了拾取行程，大幅提高了贴装效率；

5、在拾取待贴装元器件后的回程过程中，利用两套底镜相机对高速贴片头吸嘴进行拍照，不会影响贴片头的回程时间，校准过程在回程中完成，保证了贴装效率和贴装准确性；

6、在降低贴装行程的前提下，高速贴片机的传动系统更稳定，磨损更小，贴装更准确，贴装质量稳定、可靠；

7、通过合理的自动喂料器分布位置设计，可减少自动喂料器占用的空间，降低对高速贴片机贴装工作台的尺寸要求，进而避免传动系统质量、稳定性和成本与尺寸之间的矛盾，改善高速贴片机的使用性能；

8、改进后的高速贴片机性能稳定、贴装效率高、适用范围广，生产成本明显降低。

附图说明

图1为本发明所述一种高速贴片机的局部结构示意图。

具体实施方式

本发明的中心是：以优化算法为核心，结合路径最短算法，计算并确定出自动喂料器的安装位置，从而在待贴装元器件拾取过程中，形成最短行程下的快速拾取、贴装，以降低贴片头运行时间，减少传动系统的磨损，结合相应地硬件结构改进后，保证贴装过程高效、准确完成。

本发明所述的一种贴装路径优化算法，具体步骤包括：

步骤1、贴片机控制器采集待贴装电路板尺寸信息以及待贴装元器件的种类、数量和分布情况信息。

在实际生产中，每个待贴装电路板的贴装信息都需要预先存入到贴片机控制器中，控制器通过采集到的此类信息进行相应地统筹分析，以确定出相应自动喂料器应该安装的位置，以缩短贴装行程。统筹分析的内容主要包括：待贴装电路板的尺寸，是否为标准电路板还是非标准电路板；待贴装电路板上元器件的种类多少、数量多少、分布情况，从而为后期根据待贴装元器件信息确定相应自动喂料器位置提供数据基础。

步骤2、控制器根据待贴装电路板的尺寸信息以及待贴装元器件的种类分布信息，依据贴片机的X向或Y向进行待贴装电路板的摆放设计；或者，当待贴装电路板为异形板时，以非边框方式，通过旋转角度，对待贴装电路板进行旋转角度后的X向或Y向摆放。

通常情况下，待贴装电路板都为标准的长方形或正方形，根据待贴装电路板的尺寸信息和其上待贴装元器件的分布情况，可以方便地确定出待贴装元器件主要集中的电路板的前方还是后方，由于自动喂料器更易安装和在贴装工作台前方使用，所以，通常将元器件集中的位置朝向贴装工作台前方。或者，当待贴装电路板为异形板时，控制器并不以电路板边框为摆放标准，而是通过分析待贴装电路板上元器件位置信息后，通过一定角度的旋转待贴装电路板，使元器件最集中的位置朝向贴装工作台前方即可。这样，可方便后期优化算法，也为路径最短算法提供了保障。

步骤3、根据待贴装电路板的摆放设计位置，确定相应自动喂料器的前、后摆放位置。

步骤4、控制器将待贴装电路板的贴装区模拟平分为前、后、左、右四块区域，根据每块区域内各待贴装元器件按种类划分后，其数量所占整个待贴装电路板的比重，将已确定前、后摆放位置的相应自动喂料器移动到该相应种类元器件所占比重最大区域的附近。

为进一步确定自动喂料器的摆放位置，控制器采用模拟分区的方式，将位置已固定的待贴装电路板表面划分为前、后、左、右四个分区，然后，根据各个分区内的待贴装元器件的种类和数量，确定每种待贴装元器件占整个待贴装电路板的比重，其中比重最大者，对应的自动喂料器则确定为在该区域摆放。

步骤5、控制器根据自动喂料器对应区域中的相应种类待贴装元器件的分布情况，确定出该自动喂料器在该分区中的左、右摆放位置，从而完成相应自动喂料器的摆放位置设计。

由于贴装信息已存储在控制器中，控制器根据相应模拟分区中相应待贴装元器件的数量和分布信息，即可确定出对应的自动喂料器摆放在模拟分区的左侧还是右侧位置，从而进一步明确了相应自动喂料器的摆放位置。

步骤6、以路径最短算法，对相应种类待贴装元器件的自动喂料器摆放位置进行位置校验，并根据校验结果对相应自动喂料器进行位置微调。

由于相应模拟分区中的待贴装元器件的数量和分布信息固定，以贴片头拾取各个待贴装元器件时的路径最短算法为依据，对已确定相应自动喂料器的安装位置进行局部调整，从而最大限度地缩短贴装行程，提高贴装效率。对于多种类、多数量元器件地贴装尤为适合。

下面结合附图1对基于贴装路径优化算法的一种高速贴片机作进一步的详细描述：

本发明所述的一种高速贴片机，包括支撑框架、控制器7以及与控制器7信号连接的X轴传动控制系统2、Y轴传动控制系统1、贴装工作台8、贴片头3、自动喂料器5和贴装芯片校准系统4。其中，贴片头3连接在X轴传动控制系统2上，X轴传动控制系统2连接在Y轴传动控制系统1上。贴装芯片校准系统4固定在贴装工作台8上，控制器7控制并协调各系统工作。

为进一步提高传动系统的稳定性和安装精度，在高速贴片机中还包括一个大理石平台6，大理石平台6固定在支撑框架上，贴装工作台8和Y轴传动控制系统1分别连接并支撑在大理石平台6上。为配合高速贴装过程，自动喂料器5选用的是双料喂料器，贴片头3为吸嘴成排状摆放的高速贴片头，本例中，高速贴片头上的吸嘴为两排，共八个，两排吸嘴对应双料喂料器进行待贴装元器件的拾取，可以大大提高拾取的效率，缩短拾取行程。

为保证待贴装元器件拾取后的位置校准过程，在贴装芯片校准系统4中还包括两套底镜相机，每个底镜相机分别与贴片头3上的四个吸嘴相对应，通过两个底镜相机对八个吸嘴的同时拍照，大大缩短了校准时间，再通过图片比对和识别后，分别对吸嘴上的待贴装元器件进行位置旋转校准，保证了贴装过程的高效、顺利完成。

为进一步完成科学化、合理化的拾取过程，实现最优化拾取，在自动喂料器5的安装位置设计中，本发明所述的高速贴片机中的控制器，依据待贴装电路板位置和待贴装芯片种类、数量和分布信息进行相应自动喂料器5位置的选择计算和确定，通过软件控制并计算出相应自动喂料器5的安装位置，使自动喂料器5安装位置更合理，保证了贴装行程的最短化。

通常情况下，确定后的自动喂料器5以不均匀方式分布在贴装工作台8的前、后两侧，高速贴片头不断地从双料喂料器上拾取待贴装元器件，在回程过程中，经贴装芯片校准系统4拍照校准后，完成拾取元器件在待贴装电路板上的贴装。

Claims (4)

1.一种贴装路径优化算法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1、贴片机控制器采集待贴装电路板尺寸信息以及待贴装元器件的种类、数量和分布情况信息；

步骤2、控制器根据待贴装电路板的尺寸信息以及待贴装元器件的种类分布信息，依据贴片机的X向或Y向进行待贴装电路板的摆放设计；或，当待贴装电路板为异形板时，以非边框方式，通过旋转角度，对待贴装电路板进行旋转角度后的X向或Y向摆放；

步骤3、根据待贴装电路板的摆放设计，确定相应自动喂料器的前、后摆放位置；

步骤4、控制器将待贴装电路板的贴装区模拟平分为前、后、左、右四块区域，根据每块区域内各待贴装元器件按种类划分后，其数量所占整个待贴装电路板的比重，将已确定前、后摆放位置的相应自动喂料器移动到该相应种类元器件所占比重最大区域的附近；

步骤5、控制器根据自动喂料器对应区域中的相应种类待贴装元器件的分布情况，确定出该自动喂料器在该分区中的左、右摆放位置，从而完成相应自动喂料器的摆放位置设计。

2.根据权利要求1所述的一种贴装路径优化算法，其特征在于，还包括：

步骤6、以路径最短算法，对相应种类待贴装元器件的自动喂料器摆放位置进行位置校验，并根据校验结果对相应自动喂料器进行位置微调。

3.一种基于上述权利要求1或2所述贴装路径优化算法的高速贴片机，包括支撑框架、控制器以及与控制器信号连接的X轴传动控制系统、Y轴传动控制系统、贴装工作台、贴片头、自动喂料器和贴装芯片校准系统；所述贴片头连接在X轴传动控制系统上；所述X轴传动控制系统连接在Y轴传动控制系统上；所述贴装芯片校准系统固定在贴装工作台上；其特征在于，还包括一个大理石平台，所述大理石平台固定在支撑框架上，贴装工作台和Y轴传动控制系统分别连接并支撑在大理石平台上；所述自动喂料器为双料喂料器；所述贴片头为高速贴片头，高速贴片头上的吸嘴为一排以上；所述控制器控制各系统协调工作，并且，控制器依据待贴装电路板位置和待贴装芯片的种类、数量和分布信息进行相应自动喂料器位置的选择计算和确定；所述自动喂料器以不均匀方式分布在贴装工作台的前、后两侧。

4.根据权利要求3所述的一种高速贴片机，其特征在于，所述贴装芯片校准系统至少包括两套底镜相机，底镜相机分别与贴片头上的吸嘴相对应。