CN111586992B

CN111586992B - 一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法

Info

Publication number: CN111586992B
Application number: CN202010387811.7A
Authority: CN
Inventors: 高会军; 李政锴; 卢光宇; 邱剑彬; 于兴虎
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2020-05-09
Filing date: 2020-05-09
Publication date: 2021-09-24
Anticipated expiration: 2040-05-09
Also published as: CN111586992A

Abstract

一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法，它属于电器技术及电气工程领域。本发明解决了现有的商业软件规划得到的贴装路径较长的问题。本发明具体通过以下步骤实现：步骤一、根据拾贴周期内各吸杆要贴装的元件类型，通过坐标转换确定各吸杆拾贴对应类型元件的贴装点时贴片头的坐标；步骤二、按照最近插入方法，确定在拾贴周期内访问贴装点的先后顺序及对应的吸杆编号；步骤三、根据步骤二确定出的贴装点访问的先后顺序形成的闭环回路，通过拆解闭环回路的最长边，调整贴装点访问顺序，得到优化后的贴装路径。本发明可以应用于贴片机贴装路径规划领域。

Description

一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法

技术领域

本发明属于电器技术及电气工程领域，具体涉及一种单动臂并列式贴片头贴片机的贴装路径规划方法。

背景技术

随着当今社会步入信息化时代，电子信息技术也正在无形之中影响和改变着人们的生产与生活方式。特别是在近几年，消费类电子产品需求量迅速增加，追求高集成度、小体积的电子产品对电子产业的生产和制造技术提出了更高的要求。电子产业发展的先进性是衡量一个国家综合国力的重要指标之一，同时电子产业也是航天、航空、军工、船舶等多个领域的支柱性产业，直接关系到国民经济发展命脉。提升电子产业技术水平，能有效地带动经济的进一步发展。作为电子产业的核心技术之一，表面贴装技术是指在印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的基础上进行加工的系列工艺流程。

贴片机又被称为表面贴装系统(Surface Mount System，SMT)，在生产线中，它通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上，是一种具有高速、高精度的全自动表面贴装设备。贴片机可分为拱架型、转塔型和复合型，表面贴装技术主要解决贴片机的供料器元件布置和贴装路径规划两个相互耦合问题，通常贴装路径规划是基于贴片机对供料器和元件的布置结果进行的。

贴片机贴装路径规划是组合优化中的一个NP难问题，其通过合理选择印制电路板上元件的贴装顺序，确定贴装路径的最短回路。最近插入法是解决贴装路径最小化的一种高效算法，其核心思路是通过选择结点访问的先后顺序、尽可能降低新增对闭合路径的路程增加量。

1、拱架型贴片机概述

拱架型贴片机的元件供料器和待贴装印制电路板位置是固定的，贴片头在供料器和印制电路板之间往复运动，将元件从供料器中取出并贴装在印制电路板上。由于贴片头安装在拱架型的动臂上，故称其为拱架型贴片机，以下简称为贴片机。贴片机的贴片头往复移动距离较长，单次贴装的元件数量有限，为了提升生产速度，贴片头上通常安装有多个吸杆同时从供料器中拾取元件。

相较于转塔型贴片机，这类机型系统结构简单，可实现高精度，适于各类封装的元件，也被称为多功能贴片机，供料器有带式、管式、托盘式。适于中小批量生产，也可多台机组合用于大批量生产。其在结构上具有如下特征：

(1)传动与驱动机构

贴片机本质上是一个高精密的运动控制系统。首先，印制电路板经由传送带到达指定加工位置。而贴片机的主体由三个直线导轨控制贴片头在水平面内沿X轴和Y轴方向运动，包括两条相互平行的定臂和一条动臂。直线导轨由电机驱动，两个定臂对应的电机为Y轴方向电机，带动动臂沿Y轴方向运动，动臂对应的电机为X轴方向电机，带动贴片头实现X轴方向运动。

贴片头同时安装有多个并列排放的吸杆，各个吸杆均可以在电机的驱动下实现Z轴方向运动，完成对元件的拾取和贴装。此外，另有R轴电机带动吸杆绕其轴转动对拾取元件的角度偏移进行补偿。

(2)元件拾取与供应机构

元件的拾取由吸杆完成，供应由供料器提供。吸杆内部中空，并与真空泵连通，真空泵抽气在吸杆内部建立真空环境，吸杆底部安装有吸嘴。对于不同尺寸的元器件，其采用的吸嘴型号不尽相同。对于多功能贴片机，贴片头需移动至吸嘴库进行吸嘴的安装与更换。

元件由供料器供应，不同类型的元件所使用的供料器、占用的槽位数也不完全相同。供料器通过机械化接口固定在供料器架上，接口被称为供料器槽。供料器槽可分为前供料器槽和后供料器槽，经传送带传入的PCB距前供料器槽更近。在印制电路板上元件类型较少时，前飞达槽即可满足生产要求。供料器的安装位置与安装顺序也会影响到贴片机的生产效率。

(3)视觉系统

贴片机同时配备有高精度的视觉系统实现高精度贴装，其由多个飞行相机和一个固定相机构成。

飞行相机直接安装在吸杆上方，吸杆拾取元件时，元件不可避免地相对于吸杆中心有位置偏移，相对于Y轴方向有角度偏移。飞行相机的识别范围和识别精度较低，但其可在贴片头移动过程中同步完成检测，可以节约识别时间，提高效率。

固定相机的安装位置固定，其视野大、识别精度高，适用于细间距和大型尺寸的元器件。在贴装过程中，贴片头拾取此类元器件后，需移动至固定相机位置进行检测。由于印制电路板中此类元件数量较少，该相机的使用频率较低。

飞行相机和固定相机配合使用，可用于对各种尺寸的元件进行图像检测，能在兼顾贴装精度的同时，提高贴装速度。

2、拱架型贴片机生产流程

贴片机的工作流程图如图1所示，主要有以下几个步骤：

步骤一：传送带将待贴装的PCB板送入工作区，止档捎检测到PCB到达预定位置后将其固定，元件安装于供料器中，将供料器安装到指定的供料器槽位；

步骤二：读取元件库，判断当前各吸杆安装的吸嘴是否与程序指定的即将拾取的元件尺寸相匹配，若是，直接执行下一步，否则，贴片头需先移动至吸嘴库进行吸嘴的安装与更换；

步骤三：贴片头移动到拾取元件的位置，打开真空泵，吸杆下降拾取元件并通过传感器来检测元件是否被成功拾取；

步骤四：进行元件识别，读取元件库的元件特征与通过飞行相机检测的被拾取元件信息进行比较评测。若评测结果不合格，则将元件抛弃至废料盒中。若评测结果合格，则对元件的中心位置及角度偏差进行检测；

步骤五：贴片头的上各吸杆的Z轴电机来调整元件的旋转角度，移动到程序设定好的位置，使得元件中心与PCB板贴装位置点重合；

步骤六：吸杆下降到指定高度，关闭真空泵，吸杆内部对元件产生向下的压力，完成对此元件贴装操作；

步骤七：所有的吸杆上的元件全部贴装完成后，吸杆复位，跳转至步骤二，直至所有贴装点全部完成贴装，将PCB板传送到设定的位置，当前PCB的贴装工作完成。

拱架型贴片机通过贴片头在PCB和供料器之间的往复运动完成拾贴。定义贴装过程为贴片头上各(装有元件的)吸杆依次完成PCB表面贴装元件的过程，拾取过程则包括贴片头在供料架上拾取元件，移动至固定相机检测元件以及其在固定相机、PCB、供料器架之间往复运动的过程。贴装过程和拾取过程共同构成拾贴过程，完成一次拾贴过程的用时被称为一个拾贴周期。

贴片机在拾贴过程中，吸杆需要根据元件尺寸安装对应吸嘴，为了提升贴装效率，需要尽可能减少贴片头移动至吸嘴库更换吸嘴次数。将各吸杆安装吸嘴类型完全相同的若干个连续拾贴周期定义为一个子周期。

3、贴片机生产过程优化方法

贴片机的拾贴过程优化的目的是使PCB拾贴生产效率最大化，贴装路径优化是其中的一个子问题。

最近插入法是用于解决旅行商问题(Travelling salesman problem,TSP)的算法，它比最近邻点法复杂，比遗传算法等启发式规划方法运算速度快，可以得到相对满意的解。其主要思路如下：

步骤一：从需要访问的结点中选取任一结点i作为起始结点；

步骤二：选择距离结点i最近的结点j形成闭环T＝i-j-i；

步骤三：选择不在闭环T中且距离闭环T中任意结点最近的结点k；

步骤四：从闭环T中确定其中的一条边i-j插入结点k形成新的闭环T，使新形成的闭环增加的路程最小化；

步骤五：执行步骤三形成Hamilton环，直至所有结点均被访问一次。

Hamilton环是指由起点前往终点，途中经过所有其它结点且只经过一次。如图2所示，假定已有回路T＝1-3-2-1，其中，结点4距离回路T最近的结点为2，结点5距离回路T最近的结点为3，结点4到结点2的距离相较于结点5到结点3的距离更近，故选取结点4作为下一个插入结点。对于回路T的三条边1-3、2-3和1-2，在1-2中插入结点4闭环回路增加的总路程最短并形成新的回路1-3-2-4-1。

4、目前的研究缺陷

现有的商业软件规划得到的贴装路径基于一定的搜索策略，其得到的贴装路径较长，优化效果仍需进一步提高。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的商业软件规划得到的贴装路径较长的问题，而提出了一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法。该方法包括以下步骤：

步骤一：根据拾贴周期内各吸杆要贴装的元件类型，通过坐标转换确定各吸杆拾贴对应类型元件的贴装点时贴片头的坐标；

步骤二：按照最近插入方法，确定在拾贴周期内访问贴装点的先后顺序及对应的吸杆编号；

步骤三：根据步骤二确定出的贴装点访问的先后顺序形成的闭环回路，通过拆解闭环回路的最长边，调整贴装点访问顺序，得到优化后的贴装路径。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法，本发明采用一种最近插入法优化了贴装路径。本发明优化搜索空间小、优化过程用时短，并且能够得到稳定唯一的优化结果。实验表明，本发明提供的方法可以大幅提升单动臂并列式贴片头贴片机的生产效率，对贴装路径的缩减达23.59％。

具体来说，本发明具备以下优点：

(1)将“贴装移动路径”与“拾取移动路径”独立进行讨论，降低求解难度，使得在合理的时间范围内完成贴装路经的规划。

(2)将最近插入法应用到贴装路径优化中，得到逼近最优解的贴装路径规划结果。实验结果表明，该方法能大幅缩短贴装路径长度。

附图说明

图1所示为单动臂并列式贴片头贴片机工作流程图；

图2所示为最近插入法路径规划示意图；

图3所示为本发明拾贴周期1的贴装路径；

图4所示为本发明拾贴周期2的贴装路径；

图5所示为本发明拾贴周期3的贴装路径；

图6所示为本发明拾贴周期4的贴装路径；

图7所示为本发明拾贴周期5的贴装路径；

图8所示为本发明拾贴周期6的贴装路径。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式所述的一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法，该方法包括以下步骤：

本发明基于专利CN108925126A中的吸杆任务分配进行贴装路径规划，所述“吸杆任务分配”是指吸杆在各子周期贴装的元件类型；本发明提出了贴片机生产过程优化中的一种贴装路径的规划方法，并对其它环节的结果进行必要的说明。

本发明主要研究的单动臂拱架型贴片机，且本发明主要是进行贴装路径规划，即贴片头在印制电路板上的移动距离，而不考虑贴片头移动至固定相机的距离。

本发明将最近插入法加以改造，并成功运用到贴片机贴装路径规划实际之中，能有效提升生产效率。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中，根据拾贴周期内各吸杆要贴装的元件类型，通过坐标转换确定各吸杆拾贴对应类型元件的贴装点时贴片头的坐标，其具体的过程为：

为统一描述，规定操作人员面向机器时正前方为Y轴正方向，正右方位为X轴正方向，待加工PCB的左下端为坐标原点。对吸杆沿着X轴方向递增进行编号，用S表示吸杆总数，用s∈{1，2，...，S}表示吸杆的索引号。规定贴片头移动过程中，其最左侧吸杆的坐标为贴片头坐标。

步骤一一：统计各元件类型对应的贴装点信息；

向量numCp中存储各类元件对应的贴装点个数，其中，在整个贴装过程中第c类元件对应的贴装点总数为numCp(c)，将第c类元件对应的全部贴装点的X坐标存入大小为numCp(c)的向量CpTX_c，将第c类元件对应的全部贴装点的Y坐标存入大小为numCp(c)的向量CpTY_c，将第c类元件对应的全部贴装点的序号存入大小为numCp(c)的向量CpNo_c；

对于表1中的PCB数据，元件类型号c＝1(即TR2_TO252)对应的贴装点信息为：

numCp(c)＝8

CpTX_c＝[86.5 68.8 79.9 91.2 95.8 75.3 71.2 97.6]

CpTY_c＝[25.8 37 54.6 52.7 32.3 27.7 47.9 43.5]

CpNo_c＝[1 2 3 4 5 6 7 8]

类似地，可以得到其他元件类型对应的贴装点信息；

步骤一二：初始化拾贴周期索引k＝1；

步骤一三：确定拾贴周期k对应的子周期l，记向量Subcycle表示各子周期内拾贴周期数；对应表2有Subcycle＝[4 4 2 2]，对于子周期l，有：

若k≤subcycle(1)，则l＝1，否则l＞1，且l满足

i表示第i个子周期；

subcycle(1)表示第1个子周期内拾贴周期数，对应表2，subcycle(1)的值为4；

步骤一四：根据当前拾贴周期k对应的子周期l，l＝1，2，…，L，L为整个贴装过程包含的子周期的个数，CpType是L行S列矩阵，CpType(l，：)为矩阵CpType第l行的全部元素，CpType(l，：)对应拾贴周期k内各吸杆的拾贴元件类型；CpType(l，s)为矩阵CpType第l行s列的元素，CpType(l，s)表示对应拾贴周期k内吸杆s拾取的元件类型；吸杆索引s∈{1，2，…，S}，S表示吸杆总数；

步骤一五：由当前拾贴周期k对应的子周期l的拾取元件类型，折算各吸杆的贴片头坐标；

对于吸杆s，拾贴周期k内吸杆s的贴片头坐标的折算方式为：

c＝CpType(l，s)

CpHX(k，s)＝CpTX_c-(s-1)·rod_interval

CpHY(k，s)＝CpTY_c

式中：rod_interval表示吸杆间间隔，rod_interval＝30；{CpHX(k，s)，CpHY(k，s)}为拾贴周期k内吸杆s的一组贴片头坐标；上式中对向量的运算要求向量维度相同，对应位置元素分别进行运算。

步骤一六：k自增1，重复步骤一三～一五，折算出整个贴装过程各个拾贴周期内各吸杆的贴片头坐标，直至k＞K，

K表示拾贴周期总数；

将CpHX(k，s)组成的矩阵记为CpHX，k＝1，2，…，K，s＝1，2，…，S，CpHX为K行S列的矩阵，将CpHY(k，s)组成的矩阵记为CpHY，CpHY为K行S列的矩阵。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二不同的是：所述步骤二的具体过程为：

步骤二一：CpUsed是大小为N的向量，

N为整个贴装过程中需要贴装的各类型元件的总个数，C为整个贴装过程中需要贴装元件的类型总数，c＝1，2，…，C，n为元件索引，规定CpUsed(n)值为0表示元件n的贴装路径未确定；

步骤二二：初始化拾贴周期索引k＝1；

步骤二三：对于当前拾贴周期k，定义一个大小为S的向量RodUsed，s为吸杆索引，若CpType(l，s)值为0，则令RodUsed(s)＝1，否则，令RodUsed(s)＝0，集合V_k表示拾贴周期k已经确定的贴装点，需要确定的贴装点数numP为：numP＝S-sum(RodUsed)；

步骤二四：确定拾贴周期k的首个贴装点；

步骤二四一：计算拾贴周期k内贴片头最左侧点min{CpHX(k，s)}，s∈{1，2，…，S}且RodUsed(s)≠1，元件索引n₁满足min{CpHX(k，s)}＝＝CpHX_s(n₁)；

其中，“＝＝”表示相等，“min(·)”表示求向量的最小值，CpHX_s(n₁)表示吸杆s拾取的元件n₁满足CpHX(k，s)最小；

步骤二四二：更新标记量，吸杆s拾取的元件n₁已确定，令RodUsed(s)＝1、CpUsed(n₁)＝1；

步骤二四三：记录拾贴周期k的首个贴装信息，即

SuckRod(k，s)＝n₁，MountSeq(k，1)＝n₁，V_k＝V_k∪{n₁}；

其中，SuckRod(k，s)＝n₁代表拾贴周期k内吸杆s拾贴的元件为n₁，MountSeq(k，1)＝n₁代表拾贴周期k内拾贴的第1个元件为n₁，“∪”表示集合取并操作，“{}”表示集合；

步骤二五：若numP＞1，则继续确定拾贴周期k的第二个贴装点，否则直接执行步骤二七；第二个贴装点为距离首个贴装点距离最近的点，第二个贴装点满足：

D_cheb(n₁，n₂)＝MIN1，n₂∈{n|n＝CpNo_s(c′)，c′＝CpType(l，s)，1≤s≤S，RodUsed(s)≠1}

式中：D_cheb(n₁，n₂)表示贴装元件n₁和元件n₂时贴片头之间的切比雪夫距离，MIN1表示贴装元件n₁和元件n₂时贴片头之间的最小切比雪夫距离；n＝CpNo_s(c′)表示贴装点n从元件类型c′中选取；

更新标记量和拾贴周期k的贴装信息；

步骤二六：若numP＞2，则继续确定余下numP-2个吸杆的贴装点信息，否则直接执行步骤二七；记贴装点索引为j，有

D_cheb(n_i，n_j)＝MIN2，n_i∈V_k，3≤j≤numP

n_i∈{n|n＝CpNo_s(c″)，c″＝CpType(l，s)，1≤s≤S，RodUsed(s)≠1}

D_cheb(n_i，n_j)表示贴装元件n_i和元件n_j时贴片头之间的切比雪夫距离，MIN2表示贴装元件n_i和元件n_i时贴片头之间的最小切比雪夫距离，元件n_i对应的贴装点的插入位置使闭合回路的总路程增加最少，更新标记量和拾贴周期k的贴装信息；

直至RodUsed(s)＝1，1≤s≤S时，确定出拾贴周期k内，访问贴装点的先后顺序及对应的吸杆编号，即确定出子周期l内访问贴装点的先后顺序及对应的吸杆编号；

步骤二七：k自增1，重复步骤二三～二六，同理确定出其它拾贴周期的贴装点访问先后顺序及对应的吸杆编号，直至k＞K。

其它步骤及参数与具体实施方式一至二之一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述步骤三中，根据步骤二确定出的贴装点访问的先后顺序形成的闭环回路，通过拆解闭环回路的最长边，调整贴装点访问顺序，得到优化后的贴装路径；其具体过程为：

步骤三一：初始化拾贴周期索引k＝1；

步骤三二：确定当前拾贴周期k对应的闭环回路的最长边n_i-n_i，满足D_cheb(n_i，n_j)＝MAX，n_i∈V_k，n_j∈V_k；

其中，MAX表示在当前拾贴周期k对应的闭环回路中，贴装元件n_i和元件n_j时贴片头之间的最大切比雪夫距离；

步骤三三：若n_i和n_j不均为首个或末个贴装点，则调整MountSeq(k，：)中的先后顺序，使n_i和n_j分别成为末个和首个贴装点，获得拾贴周期k内调整后的贴装点访问顺序；MountSeq(k，：)为步骤二确定的拾贴周期k内贴装点的访问顺序；

若n_i和n_j均为首个或末个贴装点，则将步骤二确定的访问顺序作为拾贴周期k内调整后的贴装点访问顺序；

如MountSeq(k，：)＝[13 23 39 21 29 53]中的最长边为39-21，则以贴装点21作为首个贴装点，39作为最后一个贴装点，在不改变闭环的先后顺序的情况下，拆解其中的最长边，有调整后的贴装点访问顺序MountSeq(k，：)＝[21 29 53 13 23 39]；

步骤三四：步骤三三调整后的贴装点访问顺序中首个贴装点对应的元件为c₁，末个贴装点对应的元件为c₂；

若CpTX{k，SuckRod(k，1)}(c₁)＞CpTX{k，SuckRod(k，S)}(c₂)，CpTX{k，SuckRod(k，1)}(c₁)代表首个贴装点的X坐标，CpTX{k，SuckRod(k，S)}(c₂)代表末个贴装点的X坐标；

则对调整后的贴装点访问顺序进行逆序调整，将逆序调整后的贴装点访问顺序作为优化后的贴装路径；否则，将步骤三三获得的调整后贴装点访问顺序作为优化后的贴装路径。

进一步调整贴装顺序，使整个贴装过程按逆时针方向进行；

对于c₁＝MountSeq(k，1)，c₂＝MountSeq(k，numP)，若CpTX{k，SuckRod(k，1}(c₁)大于CpTX{k，SuckRod(k，S}(c₂)，则进行逆序调整；如MountSeq(k，：)＝[13 23 39 21 2953]，numP＝6，元件13的X坐标大于元件53的X坐标，则令MountSeq(k，：)＝[39 23 13 53 2921]；

步骤三五：k自增1，重复步骤三二～三四，同理调整其它拾贴周期的贴装点访问先后顺序，直至k＞K。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

实施例一

本实施例一种单动臂并列式贴片头贴片机的拾贴路径规划方法具体是按照以下步骤制备的：

拾贴过程优化的输入信息

拾贴过程优化的输入信息包括：PCB数据文件，元件信息文件，供料器信息文件。本发明研究的是贴装路径优化，主要用到PCB数据文件。PCB数据文件中包含有元件序号、类型及坐标信息，如表1所示。

表1 PCB数据文件

元件类型数和各类型元件数会对吸杆分配结果和飞达分配结果产生影响。根据表1中不同元件类型出现的顺序，对元件类型进行编号，“Cpc”表示第c类元件，c∈{1，2，...，C}，其中C＝7，如Cp3对应元件类型名为1117-3.3V。

吸杆任务分配

吸杆任务分配结果应满足拾贴周期数最小化、吸嘴更换次数最小化、贴片头同时拾取元件数最大化等目标，其结果应包含各拾贴周期中各吸杆上安装的吸嘴类型和拾贴的元件类型。各拾贴周期各吸杆安装的吸嘴类型决定对应能够吸取的元件类型，程序根据各吸杆安装吸嘴类型进行优化计算，得到各拾贴周期拾贴的元件类型，若干个拾取元件类型相同的拾贴周期组成了一个子周期。

按照专利CN108925126A的具体实施方式，取并列式贴片头吸杆数S＝6，有表2中元件的吸杆任务分配结果，如表2所示。

表2子周期内元件类型号矩阵及对应的拾贴周期数

吸杆1

吸杆2

吸杆3

吸杆4

吸杆5

吸杆6

拾贴周期数

子周期1

Cp5

Cp3

Cp2

Cp7

Cp4

Cp3

4

子周期2

Cp6

Cp5

Cp2

Cp7

Cp4

Cp1

4

子周期3

Cp6

0

Cp1

2

子周期4

0

Cp1

2

“子周期内元件类型号矩阵”可以表示为一个L行S列的二维矩阵，用符号CpType表示，L为子周期数。，对应表2

其中，CpType中的第l行CpType(l，：)代表了第l个子周期对应的元件类型号行，其中的l行s列元素CpType(l，s)为第l个子周期中第s个吸杆拾贴的元件类型号。

“子周期内拾贴周期数”是一个大小为L的向量，存储了各子周期对应的拾贴周期数，用符号numSubcycle表示，对应表2，numSubcycle＝[4 4 2 2]。

本发明中，贴装路径是指完成所有贴装点贴装的过程中，贴片头的移动路径。贴装路径规划的目标是使移动路径最小化。由于贴片机X轴和Y轴电机各自独立工作，故在计算移动路径长度时选用两个方向中移动距离较大值，该距离又被称为切比雪夫距离。

对于贴装优化问题，其各拾贴周期访问的贴装点(结点)个数是一定的，且非所有结点在当前拾贴周期均可被访问，需要对最近插入法加以改造。其具体思路是：根据当前拾贴周期各吸杆可访问的元件类型，确定所有可访问的贴装点，并将其转换为贴片头的位置坐标；先确定其中最左侧的点，即吸杆s₁拾取对应类型元件时，贴片头到达最左侧，记为首个访问点；再确定同首个贴装点最近的点为第二个贴装点，其对应的吸杆s₂≠s₁；再按照最近插入的方法逐个确定贴装点及其对应吸杆s_i，i＝3，4，…，S，同样i≠j时，s_i≠s_j；最后形成含有S个贴装点的闭合回路，拆解其中最长边，调整贴装顺序，最终得到当前拾贴周期的贴装路径。

贴装路径规划输出应包含拾贴周期内吸杆吸取的元件序号和贴装的先后顺序，具体表示如下：

“拾贴周期内元件吸取矩阵”可以表示为一个K行S列的二维矩阵，用符号SuckRod表示，K为拾贴周期数，如

其中，SuckRod中的第k行SuckRod(k，：)代表了第k个拾贴周期中拾贴的元件，k行s列元素SuckRod(k，s)为拾贴周期k中吸杆s拾贴的元件序号，如拾贴周期2中的吸杆3上拾贴的是元件序号为2的元件。

同理，“拾贴周期内元件拾贴顺序矩阵”可以表示为一个K行S列的二维矩阵，用符号MountSeq表示，如

其中，MountSeq中的第k行SeqCp(k，：)代表了第k个拾贴周期中元件拾贴的先后顺序，如拾贴周期1中首先拾贴Cp4、再依次拾贴Cp5、Cp3、Cp8、Cp11，最后拾贴Cp7。

根据表1中的PCB数据文件。按照具体实施方式，可以得到贴装路径规划结果为：

图3～图8展现了前6个拾贴周期贴装路径规划结果。图中灰色圆点代表贴装点，黑色圆点代表在当前拾贴周期内被贴装的贴装点，一旁标注了贴装顺序与贴装所用吸杆号，比如，(2-5)表示第2个被贴装的贴装点且所用吸杆为吸杆5。表3比较了本发明提供的例子中，本发明与商业软件的拾贴路径规划结果，由表3可见，相比商业软件，本发明可实现贴装路径的改进，提高达23.59％。

表3拾贴路径规划效果的比较

	贴装路径长度
		本发明	2055.5mm
商业软件	2690.1mm
		改进比例	23.59％

本发明的上述算例仅为详细地说明本发明的计算模型和计算流程，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤三：根据步骤二确定出的贴装点访问的先后顺序形成的闭环回路，通过拆解闭环回路的最长边，调整贴装点访问顺序，得到优化后的贴装路径；其具体过程为：

步骤三一：初始化拾贴周期索引k＝1；

步骤三二：确定当前拾贴周期k对应的闭环回路的最长边n_i-n_j，满足D_cheb(n_i,n_j)＝MAX,n_i∈V_k,n_j∈V_k；

其中，D_cheb(n_i,n_j)表示贴装元件n_i和元件n_j时贴片头之间的切比雪夫距离，MAX表示在当前拾贴周期k对应的闭环回路中，贴装元件n_i和元件n_j时贴片头之间的最大切比雪夫距离，集合V_k表示拾贴周期k已经确定的贴装点；

步骤三三：若n_i和n_j不均为首个或末个贴装点，则调整MountSeq(k,:)中的先后顺序，使n_i和n_j分别成为末个和首个贴装点，获得拾贴周期k内调整后的贴装点访问顺序；MountSeq(k,:)为步骤二确定的拾贴周期k内贴装点的访问顺序；

若CpTX{k,SuckRod(k,1)}(c₁)＞CpTX{k,SuckRod(k,S)}(c₂)，CpTX{k,SuckRod(k,1)}(c₁)代表首个贴装点的X坐标，CpTX{k,SuckRod(k,S)}(c₂)代表末个贴装点的X坐标；

则对调整后的贴装点访问顺序进行逆序调整，将逆序调整后的贴装点访问顺序作为优化后的贴装路径；否则，将步骤三三获得的调整后贴装点访问顺序作为优化后的贴装路径；

步骤三五：k自增1，重复步骤三二～三四，同理调整其它拾贴周期的贴装点访问先后顺序，直至k＞K，K表示拾贴周期总数。

2.根据权利要求1所述的一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法，其特征在于，所述步骤一中，根据拾贴周期内各吸杆要贴装的元件类型，通过坐标转换确定各吸杆拾贴对应类型元件的贴装点时贴片头的坐标，其具体的过程为：

步骤一一：统计各元件类型对应的贴装点信息；

步骤一二：初始化拾贴周期索引k＝1；

步骤一三：确定拾贴周期k对应的子周期l，记向量Subcycle表示各子周期内拾贴周期数；

若k≤subcycle(1)，则l＝1，否则l＞1，且l满足

i表示第i个子周期；

步骤一四：根据当前拾贴周期k对应的子周期l，l＝1,2，…，L，L为整个贴装过程包含的子周期的个数，CpType是L行S列矩阵，CpType(l,:)为矩阵CpType第l行的全部元素，CpType(l,:)对应拾贴周期k内各吸杆的拾贴元件类型；CpType(l,s)为矩阵CpType第l行s列的元素，CpType(l,s)表示对应拾贴周期k内吸杆s拾取的元件类型；吸杆索引s∈{1,2,…,S}，S表示吸杆总数；

对于吸杆s，拾贴周期k内吸杆s的贴片头坐标的折算方式为：

c＝CpType(l,s)

CpHX(k,s)＝CpTX_c-(s-1)·rod_interval

CpHY(k,s)＝CpTY_c

式中：rod_interval表示吸杆间间隔，rod_interval＝30；{CpHX(k,s)，CpHY(k,s)}为拾贴周期k内吸杆s的一组贴片头坐标；

K表示拾贴周期总数；

将CpHX(k,s)组成的矩阵记为CpHX，k＝1,2，…,K,s＝1,2，…,S，CpHX为K行S列的矩阵，将CpHY(k,s)组成的矩阵记为CpHY，CpHY为K行S列的矩阵。

3.根据权利要求1所述的一种基于最近插入法的贴片机贴装路径规划方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程为：

步骤二一：CpUsed是大小为N的向量，

N为整个贴装过程中需要贴装的各类型元件的总个数，C为整个贴装过程中需要贴装元件的类型总数，c＝1,2,…,C，n为元件索引，规定CpUsed(n)值为0表示元件n的贴装路径未确定；

步骤二二：初始化拾贴周期索引k＝1；

步骤二三：对于当前拾贴周期k，定义一个大小为S的向量RodUsed，s为吸杆索引，若CpType(l,s)值为0，则令RodUsed(s)＝1，否则，令RodUsed(s)＝0，集合V_k表示拾贴周期k已经确定的贴装点，需要确定的贴装点数numP为：numP＝S-sum(RodUsed)；

步骤二四：确定拾贴周期k的首个贴装点；

步骤二四一：计算拾贴周期k内贴片头最左侧点min{CpHX(k,s)}，s∈{1,2,…,S}且RodUsed(s)≠1，元件索引n₁满足min{CpHX(k,s)}＝＝CpHX_s(n₁)；

其中，“＝＝”表示相等，“min(·)”表示求向量的最小值，CpHX_s(n₁)表示吸杆s拾取的元件n₁满足CpHX(k,s)最小；

步骤二四三：记录拾贴周期k的首个贴装信息，即

SuckRod(k,s)＝n₁，MountSeq(k,1)＝n₁，V_k＝V_k∪{n₁}；

其中，SuckRod(k,s)＝n₁代表拾贴周期k内吸杆s拾贴的元件为n₁，MountSeq(k,1)＝n₁代表拾贴周期k内拾贴的第1个元件为n₁，“∪”表示集合取并操作，“{}”表示集合；

D_cheb(n₁,n₂)＝MIN1,n₂∈{n|n＝CpNo_s(c′),c′＝CpType(l,s),1≤s≤S,RodUsed(s)≠1}

式中：D_cheb(n₁,n₂)表示贴装元件n₁和元件n₂时贴片头之间的切比雪夫距离，MIN1表示贴装元件n₁和元件n₂时贴片头之间的最小切比雪夫距离；n＝CpNo_s(c′)表示贴装点n从元件类型c′中选取；

更新标记量和拾贴周期k的贴装信息；

D_cheb(n_i,n_j)＝MIN2,n_i∈V_k,3≤j≤numP

n_j∈{n|n＝CpNo_s(c″),c″＝CpType(l,s),1≤s≤S,RodUsed(s)≠1}

D_cheb(n_i,n_j)表示贴装元件n_i和元件n_j时贴片头之间的切比雪夫距离，MIN2表示贴装元件n_i和元件n_j时贴片头之间的最小切比雪夫距离，元件n_j对应的贴装点的插入位置使闭合回路的总路程增加最少，更新标记量和拾贴周期k的贴装信息；