CN116321757B - 一种用于印刷电路板加工的精准控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及印刷电路的制造领域，具体包括一种用于印刷电路板加工的精准控制方法和系统，通过平面扫描设备对待加工印刷电路板的图纸进行平面扫描，获取待加工印刷电路板的元器件分布数据和孔洞数据；通过3D扫描设备对待加工印刷电路板进行扫描，并生成待加工印刷电路板的3D模型；基于孔洞数据、元器件分布数据和3D模型，进行加工建模，生成仿真加工后的3D建模加工板，并获取加工控制参数；其中，加工控制参数包括：钻机仿真控制参数、贴装控制参数和焊接控制参数；通过加工控制参数，构建待加工印刷电路板的仿真加工空间，基于仿真加工空间对待加工印刷电路板进行同步加工。

Description

一种用于印刷电路板加工的精准控制方法及系统

技术领域

本发明涉及印刷电路的加工技术领域，特别涉及一种用于印刷电路板加工的精准控制方法及系统。

背景技术

印刷电路板也叫电路板，是使电路迷你化、直观化，对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起重要作用，在印刷电路板生产过程中需要印刷电路板进行精准打孔操作。

因为现有技术中的印刷电路板加工过程，多是采用图像识别的方式进行数据采集，基于图像的目标识别进行精准打孔，然后实现加工，加工过程主要是采用人工加工和机械臂的全自动加工两种方式。

人工加工效率很慢，慢慢的在被淘汰，所以，出现了很多全自动化的加工过程。

但是，现有技术实现印刷电路板的自动化智能加工的过程中也存在如下的缺陷：

现有的自动化加工设备只能通过预先设置刀床的控制参数、设置传送的电路板的传送时间、刀床的打孔时间和打孔位置进行打孔加工；这导致了加工打孔的时候，预先设置的参数在出现误差的时候，无法实时快速发现，打孔就会造成精度不足。不同印刷电路板在传送过程中如果出现了错误加工过程中，不会发现出现了错误。

通过视觉识别技术或者自动设置的元器件位置，控制机械臂在固定位置夹取固定的元器件进行固定位置的贴装；机械臂在进行贴装的时候力度无法把控，而且需要预先设置很多的机械臂，每个机械臂安装一个元器件，这会造成很大的资源浪费；预先在机械臂中植入很多元器件的夹取参数，会造成很大的程序冗余，造成机械臂夹取效率降低，而且容易出现错误。

通过预先设置焊接位置，对不同贴装的元器件进行一一焊接，每个焊接台只能焊接印刷电路板的一个元器件，无法进行温度和焊接距离的细微把控，也无法实现元器件的一次性焊接很多的不同类型的元器件。

发明内容

本发明提供一种用于印刷电路板加工的精准控制方法及系统，用以解决现有技术总图像识别的技术只能达到毫米级别，更加精细级别的打孔质量很差；也导致实际打孔质量难以满足预设标准的技术问题，通过结合打孔转速、孔间距、孔深度的情况。

本发明提出了一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，包括：

通过平面扫描设备对待加工印刷电路板的图纸进行平面扫描，获取待加工印刷电路板的元器件分布数据和孔洞数据；其中，

孔洞数据包括：孔分布数据、孔间距数据和孔形状数据；

元器件分布数据包括：元器件分布位置和元器件类型；

通过3D扫描设备对待加工印刷电路板进行扫描，并生成待加工印刷电路板的3D模型；

基于孔洞数据、元器件分布数据和3D模型，进行加工建模，生成仿真加工后的3D建模加工板，并获取加工控制参数；其中，

加工控制参数包括：钻机仿真控制参数、贴装控制参数和焊接控制参数；

通过加工控制参数，构建待加工印刷电路板的仿真加工空间，基于仿真加工空间对待加工印刷电路板进行同步加工。

优选的，所述方法包括如下步骤：

预先配置高清摄像头和仿真服务器，并在仿真服务器中植入扫描链和平面坐标系；其中，

扫描链包括：尺寸测绘子链、孔洞识别子链和元器件类型识别子链；

仿真服务器用于根据平面坐标系对待加工印刷电路板的图纸进行平面等比例建模，且仿真服务器内置孔洞数据库；

通过高清摄像头对待加工印刷电路板的图纸进行高清扫描，获取扫描图像；其中，

扫描图像包括待加工印刷电路板的正面图像和背面图像以及元器件的视角图像；

通过孔洞识别子链确定扫描图像上的孔洞参数，并在孔洞数据库中进行仿真调用；

通过尺寸测绘子链确定扫描图像上的孔洞的尺寸间距，并将调用的孔洞在平面坐标系进行平面建模，并在平面建模上植入元器件数据，生成建模图像；其中，

元器件数据包括元器件的尺寸数据和位置数据。

优选的，所述方法还包括如下步骤：

获取建模图像，并在建模图像上设置空间标尺和空间标记；

其中，空间标尺由预设单位的网格构成，预设单位包括毫米、微米和纳米；

通过空间标记，获取每个孔洞和元器件的标记参数；

通过标记参数作为测量标记，并基于测量标记指引空间标尺对孔洞和元器件进行逐一测绘，获取孔洞数据和元器件分布数据。

优选的，所述方法还包括如下步骤：

基于空间标尺，在平面坐标系上获取每个孔洞的端点坐标，通过端点坐标进行孔洞的分布位置测绘，确定孔分布数据；

通过孔分布数据，确定相邻孔洞的相邻端点，并通过空间标尺进行端点距离标记，确定孔间距数据；

基于孔间距数据和孔分布数据，通过空间标尺对孔洞进行轮廓坐标测绘，通过轮廓坐标数据确定孔形状数据。

优选的，所述方法包括如下步骤：

通过双目相机采集对待加工印刷电路板的加工前深度图像；

在加工前深度图像中，确定每个孔洞和元器件在加工后深度图像在物理尺寸上的预期像素点；

根据预期像素点，确定每个孔洞的第一预期深度值和元器件的第二预期深度值；

根据第一预期深度值，确定打孔加工中孔洞的第一绝对深度图像；

根据第二预期深度值，确定元器件安装加工的元器件的第二绝对深度图像；

根据第一绝对深度图像和第二绝对深度图像，确定加工后深度图像中孔洞和元器件的物理空间信息；

通过物理空间信息，确定待加工印刷电路板的3D模型。

优选的，所述方法包括如下步骤：

通过孔洞数据和3D模型对待加工印刷电路板进行视景体分割，将孔洞数据分为多个子视景体；

基于每个子视景体，计算每一个子视景体相关的加工参数；

对加工参数进行细分，将一个每个孔洞和元器件的加工参数进行分类，并生成分类任务；

建立每一个分类任务的子视口，并建立一个相关的分类任务的包埋序列；

通过包埋序列在仿真空间中通过仿真钻机、仿真机械臂和仿真焊接设备对待加工印刷电路板进行仿真加工，生成3D建模加工板。

优选的，所述方法包括如下步骤：

获取对每个包埋序列进行仿真加工时仿真设备的输入参数，并基于时间序列进行时间测绘；其中，

仿真设备包括：仿真钻机，仿真元器件贴装机械臂和仿真焊接设备；

基于时间测绘，确定每一时刻仿真钻机的仿真控制参数。

优选的，所述方法包括如下步骤：

获取待加工印刷电路板在的加工要素，设置加工仿真硬件；

构建加工仿真硬件的实时精准感知空间；

实时精准感知空间用于存储加工仿真硬件的加工数据；

在实时精准感知空间中设置数据传输网络和数据预处理层，生成时空关联数据空间；其中，

数据预处理层用于冗余数据的清洗、异常数据识别与处理、多源异构数据的一致性处理；

通过时空关联数据空间建立物理实体映射的孪生虚拟体；其中，

孪生虚拟体用于将加工仿真硬件的加工数据的知识、推理、预测、演化等计算结果影射到物理空间的实体对象中；

通过孪生虚拟体和时空关联数据空间，生成仿真加工空间。

优选的，所述方法包括如下步骤：

根据仿真加工空间，设置实体钻机的控制数据；

根据控制数据，将实体钻机的加工数据约束线性化；其中，

加工数据约束线性化包括：刀具约束线性化、钻机关节驱动约束线性化和轨迹同步约束线性化；

通过加工数据约束线性化，控制实体钻机同步对待加工印刷电路板进行打孔。

一种用于印刷电路板加工的精准控制系统，所述系统包括：

平面扫描模块：通过平面扫描设备对待加工印刷电路板的图纸进行平面扫描，获取待加工印刷电路板的元器件分布数据和孔洞数据；其中，

孔洞数据包括：孔分布数据、孔间距数据和孔形状数据；

元器件分布数据包括：元器件分布位置和元器件类型；

3D扫描模块：通过3D扫描设备对待加工印刷电路板进行扫描，并生成待加工印刷电路板的3D模型；

仿真加工模块：元器件分布数据和3D模型，进行加工建模，生成仿真加工后的3D建模加工板，并获取加工控制参数；其中，

加工控制参数包括：钻机仿真控制参数、贴装控制参数和焊接控制参数；

同步孪生加工模块：通过加工控制参数，构建待加工印刷电路板的仿真加工空间，基于仿真加工空间对待加工印刷电路板进行同步加工。

本发明有益效果在于：

（1）在上述技术方案中，通过对代加工印刷电路板的图纸进行扫描，可以在印刷电路加工制造的过程中，确定印刷电路板中不同孔洞的加工参数和元器件在印刷电路板上的分布参数，结合智能加工设备，实现全自动的自动加工，可以实现一个钻机在电路板同步钻多种不同的孔洞，一个机械臂贴装多种不同的元器件，一个焊接设备焊接多种不同类型的元器件，因为是同步孪生控制的方式，所以不会出现误差。

（2）在上述技术方案中，3D扫描设备，可以生成印刷电路板的3D模型，3D模型包括但不限于未加工的3D原始3D模型和加工后，生成的3D预期印刷电路板模型。

（3）在上述技术方案中，通过孔洞数据、元器件分布数据和3D模型可以对印刷电路板加工的过程进行仿真，获取孪生同步加工的控制参数，对印刷电路板在钻孔、元器件嵌装和焊接三个步骤实现精确的孪生自动化控制。

（4）在上述技术方案中，仿真加工空间通过数据同步和参数同步实现同步加工，通过同步加工的过程中，同步孪生的加工打孔，可以保证孔洞参数的准确性，元器件安装位置的准确性，最后焊接的时候，可以实现焊接的稳固性，而且能够让待加工印刷电路板的加工打孔工作实现一次性成形的方式。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种用于印刷电路板加工的精准控制方法的方法流程图；

图2为本发明实施例中一种印刷电路板加工用的精准打孔控制系统的系统组成图；

图3为本发明实施例中线性化孪生约束加工的方法流程图；

图4为本发明实施例中现有技术实体加工中钻孔侧视图；

图5为本发明实施例中现有技术实体加工中钻孔俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提出一种用于印刷电路板加工的精准控制系统，包括：

步骤1：通过平面扫描设备对待加工印刷电路板的图纸进行平面扫描，获取待加工印刷电路板的元器件分布数据和孔洞数据；其中，

孔洞数据包括：孔分布数据、孔间距数据和孔形状数据；

元器件分布数据包括：元器件分布位置和元器件类型；

步骤2：通过3D扫描设备对待加工印刷电路板进行扫描，并生成待加工印刷电路板的3D模型；

步骤3：基于孔洞数据、元器件分布数据和3D模型，进行加工建模，生成仿真加工后的3D建模加工板，并获取加工控制参数；其中，

加工控制参数包括：钻机仿真控制参数、贴装控制参数和焊接控制参数；

步骤4：通过加工控制参数，构建待加工印刷电路板的仿真加工空间，基于仿真加工空间对待加工印刷电路板进行同步加工。

上述技术方案的工作原理为：

如附图1所示，本发明的技术方案是一个同步孪生控制的印刷电路板精准加工方案，在这个过程中，是一种通过仿真加工空间控制实体钻机、实体贴装和插装机械臂，以及实体焊机进行同步加工的精准控制方法。

附图4和5是现有技术中钻机进行印刷电路板打孔的侧视图和俯视图，因为预先设置的打孔参数或者视觉识别打孔位置，在出现钻孔粉末的时候，打孔可能会出现偏差，而本发明的同步孪生方式，就不会出现偏差。

在步骤1中本发明主要的作用进行加工图纸的扫描，包括待加工印刷电路板上下两面的加工图纸的精确扫描，确定加工的参数；加工的参数为元器件分布数据和孔洞数据。具体实施时，还包括待加工印刷电路板的尺寸数据。待加工印刷电路板的图纸包括但不限于待加工印刷电路板加工打孔孔洞的尺寸分布图纸；以及待加工印刷电路板在安装不同元器件之后印刷电路板的平面图纸；以及待加工印刷电路板上需要安装的不同元器件的尺寸图纸；

在步骤2中，通过3D建模的扫描设备进行印刷电路板的3D建模扫描，即对需要进行加工的实体待加工电路板进行扫描，确定待加工印刷电路板的立体参数，便于进行加工测绘，待加工印刷电路板的立体参数包括但不限于待加工印刷电路板的厚度、宽度和长度尺寸，加工完成后印刷电路板的3D模型。

在步骤3中，通过对孔洞数据元器件分布数据和代加工印刷电路板的数据，在仿真的空间中，进行仿真对印刷电路板加工的具体 流程步骤，流程步骤包括加工过程中，对印刷电路板的打孔加工过程，对印刷电路板的元器件插接和贴接的加工过程，最后包括在元器件进行插接和贴接后进行焊接，包括但不限于重熔焊接和波峰焊接的具加工过程。

在步骤4中，通过设置加工控制参数，即钻机的加工控制参数、插接和贴接的机械臂进行不同元器件插接和贴接的顺序和具体动作的控制参数，最后包括对焊接机器进行焊接过程中的焊接工作步骤，通过这些步骤，实现对印刷电路板的全流程控制，以及包括对印刷电路板进行全流程的精准控制加工。

因此，本发明通过将仿真控制的数据在加工仿真空间中和实体的钻机、机械臂和焊接设备进行连接，从而实现同步孪生的方式进行待加工印刷电路板的打孔控制、元器件安装控制和焊接控制。

上述技术方案的有益效果为：

（1）在上述技术方案中，通过对代加工印刷电路板的图纸进行扫描，可以在印刷电路加工制造的过程中，确定印刷电路板中不同孔洞的加工参数和元器件在印刷电路板上的分布参数，结合智能加工设备，实现全自动的自动加工，可以实现一个钻机在电路板同步钻多种不同的孔洞，一个机械臂贴装多种不同的元器件，一个焊接设备焊接多种不同类型的元器件，因为是同步孪生控制的方式，所以不会出现误差。

（2）在上述技术方案中，3D扫描设备，可以生成印刷电路板的3D模型，3D模型包括但不限于未加工的3D原始3D模型和加工后，生成的3D预期印刷电路板模型。

（3）在上述技术方案中，通过孔洞数据、元器件分布数据和3D模型可以对印刷电路板加工的过程进行仿真，获取孪生同步加工的控制参数，对印刷电路板在钻孔、元器件嵌装和焊接三个步骤实现精确的孪生自动化控制。

（4）在上述技术方案中，仿真加工空间通过数据同步和参数同步实现同步加工，通过同步加工的过程中，同步孪生的加工打孔，可以保证孔洞参数的准确性，元器件安装位置的准确性，最后焊接的时候，可以实现焊接的稳固性，而且能够让待加工印刷电路板的加工打孔工作实现一次性成形的方式。

优选的，所述方法包括如下步骤：

预先配置高清摄像头和仿真服务器，并在仿真服务器中植入扫描链和平面坐标系；其中，

扫描链包括：尺寸测绘子链、孔洞识别子链和元器件类型识别子链；

仿真服务器用于根据平面坐标系对待加工印刷电路板的图纸进行平面等比例建模，且仿真服务器内置孔洞数据库；

通过高清摄像头对待加工印刷电路板的图纸进行高清扫描，获取扫描图像；其中，

扫描图像包括待加工印刷电路板的正面图像和背面图像以及元器件的视角图像；

通过孔洞识别子链确定扫描图像上的孔洞参数，并在孔洞数据库中进行仿真调用；

通过尺寸测绘子链确定扫描图像上的孔洞的尺寸间距，并将调用的孔洞在平面坐标系进行平面建模，并在平面建模上植入元器件数据，生成建模图像；其中，

元器件数据包括元器件的尺寸数据和位置数据。

上述技术方案的工作原理为：

在上述实施例中，平面扫描的过程，本发明采用了高清摄像头，可以实现对待加工印刷电路板的高清扫描拍摄，从而可以确定待加工印刷电路板的高清图片，而仿真服务器中因为内置尺寸测绘子链和孔洞识别子链，可以实现对待加工印刷电路板的尺寸扫描和孔洞识别，从而保证数据的准确性。

在上述实施例中，扫描链用于进行图纸扫描控制，扫描包括待加工印刷电路板上不同视角、不同元器件的六视图；

在上述实施例中，平面坐标系用于在扫描后对扫描的数据在平面坐标系上建模。

在上述实施例中，仿真服务器内置孔洞数据库，用于实现在进行加工打孔流程中，进行打孔建模，生成等比例的孔洞图像。

在上述实施例中，孔洞识别子链在孔洞测量之后，明确孔洞是否穿透印刷电路板，从而进行打孔，确定打孔的具体尺寸；

在上述实施例中，尺寸测绘子链用于测绘孔洞尺寸，并通过植入的元器件数据，进行印刷电路板的整体加工建模，确定印刷电路板的制备全流程。

上述技术方案的有益效果为：

本发明因为设置有尺寸测绘子链和孔洞识别子链，可以实现对待加工印刷电路板的高清测绘，在进行高清测绘的过程中，因为有单独的子链进行测绘，可以保证测绘数据的准确性。

优选的，所述方法还包括如下步骤：

所述方法还包括如下步骤：

获取建模图像，并在建模图像上设置空间标尺和空间标记；

其中，空间标尺由预设单位的网格构成，预设单位包括毫米、微米和纳米；

通过空间标记，获取每个孔洞和元器件的标记参数；

通过标记参数作为测量标记，并基于测量标记指引空间标尺对孔洞和元器件进行逐一测绘，获取孔洞数据和元器件分布数据。

上述技术方案的工作原理为：

在上述实施例中，通过对待加工印刷电路板进行平面扫描的过程中，因为对建模图像设置了空间标尺和空间标记，可以对孔洞进行高精度的测量标记，从而确定孔洞的高精确参数。

空间标尺是一种基于预设单位的高精度网格测量标尺，具体的预设单位根据实施时，钻台的精度进行配置空间标尺。

上述技术方案的有益效果为：

空间标尺的作用是实现坐标系的高精度的识别，进而实现对孔洞和元器件的高精度测绘；

空间标记，可以标记不同的孔洞和元器件，实现对孔洞和元器件的高精度识别和数据采集。

优选的，所述方法还包括如下步骤：

基于空间标尺，在平面坐标系上获取每个孔洞的端点坐标，通过端点坐标进行孔洞的分布位置测绘，确定孔分布数据；

通过孔分布数据，确定相邻孔洞的相邻端点，并通过空间标尺进行端点距离标记，确定孔间距数据；

基于孔间距数据和孔分布数据，通过空间标尺对孔洞进行轮廓坐标测绘，通过轮廓坐标数据确定孔形状数据。

上述技术方案的工作原理为：

在上述实施例中，实现孔洞测绘的时候，空间标尺可以基于端点实现对孔洞的框图建模；端点确定了空洞的最远距离，实现对圆形、矩形等几何形状的孔洞进行测量；而不是只能测量圆形孔洞。

在上述实施例中，基于整个平面坐标系，可以确定孔洞的分布数据，然后通过孔洞的分布数据，进行端点之间的建立测量，就确定的孔洞之间的间距。

在上述实施例中，进行孔洞的整体轮廓的坐标建模测绘，确定孔洞在印刷电路板上的具体分布，确定的孔形状数据。

上述技术方案的有益效果为：

本发明可以实现对孔洞的不同类型数据的精确测量，确定孔洞在进行加工过程中的具体的加工注意事项和具体加工参数。

优选的，所述方法包括如下步骤：

通过双目相机采集对待加工印刷电路板的加工前深度图像；

在加工前深度图像中，确定每个孔洞和元器件在加工后深度图像在物理尺寸上的预期像素点；

根据预期像素点，确定每个孔洞的第一预期深度值和元器件的第二预期深度值；

根据第一预期深度值，确定打孔加工中孔洞的第一绝对深度图像；

根据第二预期深度值，确定元器件安装加工的元器件的第二绝对深度图像；

根据第一绝对深度图像和第二绝对深度图像，确定加工后深度图像中孔洞和元器件的物理空间信息；

通过物理空间信息，确定待加工印刷电路板的3D模型。

上述技术方案的工作原理为：

在上述实施例中，对与3D模型的搭建，采用了双目摄像机，双目摄像机采用了基于深度图像的深度测绘的原理，通过深度图像的距离检测，实现待加工印刷电路板的物理尺寸的精确测量，确定代加工的印刷电路板的物理面，包括长宽高和厚度。

在上述实施例中，加工前深度图像是待加工印刷电路板的深度图像；加工后深度图像包括打完孔洞之后的深度图像和孔洞中安装完元器件的深度图像；

在上述实施例中，预期像素点是深度图像的像素点，借助于双目视觉技术，进行孔深度的测量和元器件安装深度的测量，从而实现钻机的控制和元器件的贴装控制；

在上述实施例中，加工后深度图像中孔洞和元器件的物理空间信息，物理空间信息包括但不限于深度图像中，元器件的分布信息和元器件的贴装深度信息，孔洞的分布信息和孔洞的深度信息。上述技术方案的有益效果为：

本发明可以实现精确测量，对待加工印刷电路板的物理尺寸进行精确的建模和测量，进而实现对加工后元器件和孔洞的预期深度检测，实现待加工印刷电路板的3D模型的搭建，便于建立仿真空间。

优选的，所述方法包括如下步骤：

通过孔洞数据和3D模型对待加工印刷电路板进行视景体分割，将孔洞数据分为多个子视景体；

基于每个子视景体，计算每一个子视景体相关的加工参数；

对加工参数进行细分，将一个每个孔洞和元器件的加工参数进行分类，并生成分类任务；

建立每一个分类任务的子视口，并建立一个相关的分类任务的包埋序列；

通过包埋序列在仿真空间中通过仿真钻机、仿真机械臂和仿真焊接设备对待加工印刷电路板进行仿真加工，生成3D建模加工板。

上述技术方案的工作原理为：

在上述实施例中，为了在加工过程中更加的细节，采用了是视景体分割技术，就是将每个孔洞和每个元器件，划分为每个视景体区域，这个区域进行单独加工，作为单独任务，每一个任务都有进行钻机仿真控制的包埋序列，保证加工的精确度。

在上述实施例中，子视口是每个加工孔洞在进行元器件安装和元器件焊接的具体加工数据控制参数的显示窗口，包埋序列为加工任务的控制序列。

上述技术方案的有益效果为：

本发明通过基于视景体分割技术进行了待加工印刷电路板的整体分割，通过对待加工印刷电路板的每个孔洞中安装元器件的过程进行单独加工，保证加工建模的准确度。

优选的，所述方法包括如下步骤：

获取对每个包埋序列进行仿真加工时仿真设备的输入参数，并基于时间序列进行时间测绘；其中，

仿真设备包括：仿真钻机，仿真元器件贴装机械臂和仿真焊接设备；

基于时间测绘，确定每一时刻仿真钻机的仿真控制参数；

上述技术方案的工作原理为：

在上述实施例中，在进行仿真加工控制的时候通过包埋序列的仿真加工控制参数的基于时间序列的测绘方式，保证仿真钻机进行仿真控制的准确性，并且能够确定钻机的具体控制参数。

在上述实施例中，仿真控制参数包括但不限于钻头角度参数、钻头移动轨迹参数和钻头转速参数，机械臂的移动角度参数，机械臂的贴装精度数据，机械臂进行元器件夹取的识别数据、元器件的夹取顺序数据、仿真焊接设备的温度控制数据、焊接距离数据和焊接时间数据等等。

上述技术方案的有益效果为：

本发明可以确定钻机、贴装机械臂的元器件以及焊接设备的具体控制参数，例如：钻机的钻头，也就是钻刀的各种移动角度、移动轨迹和转速的具体控制；

通过上述控制参数的获取，便于对印刷电路板进行同步加工，保证加工的精准度。

优选的，所述方法包括如下步骤：

获取待加工印刷电路板在的加工要素，设置加工仿真硬件；

构建加工仿真硬件的实时精准感知空间；

实时精准感知空间用于存储加工仿真硬件的加工数据；

在实时精准感知空间中设置数据传输网络和数据预处理层，生成时空关联数据空间；其中，

数据预处理层用于冗余数据的清洗、异常数据识别与处理、多源异构数据的一致性处理；

通过时空关联数据空间建立物理实体映射的孪生虚拟体；其中，

孪生虚拟体用于将加工仿真硬件的加工数据的知识、推理、预测、演化等计算结果影射到物理空间的实体对象中；

通过孪生虚拟体和时空关联数据空间，生成仿真加工空间。

上述技术方案的工作原理为：

在上述实施例中，进行印刷电路板加工的仿真孪生控制过程中，会确定不同的加工要素，即，加工过程中的各种控制硬件，对这些硬件都进行仿真，例如：保证钻机仿真的时候钻机控制运行。

在上述实施例中，加工数据的知识、推理、预测、演化的时候，还要搭建工序间模型、工序感知模型和工序仿真模型，确定仿真工作的工序，即印刷电路板加工的工序。

在上述实施例中，孪生虚拟体为加工设备硬件的孪生虚拟体，包括但不限于钻机、机械臂和焊接设备。

在上述实施例中，时空关联数据就是数据之间多模态同步控制的基础，数据预处理层，也可以保证数据处理清晰识别的高效性，最后的孪生虚拟体，可以保证孪生控制的准确性。

优选的，所述方法包括如下步骤：

根据仿真加工空间，设置实体钻机的控制数据；

根据控制数据，将实体钻机的加工数据约束线性化；其中，

加工数据约束线性化包括：刀具约束线性化、钻机关节驱动约束线性化和轨迹同步约束线性化；

通过加工数据约束线性化，控制实体钻机同步对待加工印刷电路板进行打孔。

上述技术方案的工作原理为：

如附图3所示，本发明在具体的控制过程中，通过约束线性化的技术方案，通过刀具约束线性化、钻机关节驱动约束线性化和轨迹同步约束线性化；实现钻机的同步打孔控制，保证钻机的控制准确性。

在实际实施的时候，对于贴装元器件的机械臂以及焊接设备，也会设置实体机械臂的控制数据和焊接设备的控制数据，进行加工数据约束线性化，实现元器件贴装和焊接过程的同步控制。

具体包括机械臂的元器件夹取识别约束线性化，机械臂的关机驱动约束线性化、机械臂轨迹同步约束线性化、机械臂的夹取力度以及夹取方位约束线性化；焊接设备的焊接温度约束线性化，焊接距离约束线性化、焊接时间约束线性化等等。

上述技术方案的有益效果为：

本发明采用了约束线性化的方式进行钻机的打孔控制，在这个过程中，通过钻机的同步打孔，通过不同的线性化约束，保证孪生打孔不会出现偏差。

一种印刷电路板加工用的精准打孔控制系统，所述系统包括：

平面扫描模块：通过平面扫描设备对待加工印刷电路板的图纸进行平面扫描，获取待加工印刷电路板的元器件分布数据和孔洞数据；其中，

孔洞数据包括：孔分布数据、孔间距数据和孔形状数据；

元器件分布数据包括：元器件分布位置和元器件类型；

3D扫描模块：通过3D扫描设备对待加工印刷电路板进行扫描，并生成待加工印刷电路板的3D模型；

仿真加工模块：元器件分布数据和3D模型，进行加工建模，生成仿真加工后的3D建模加工板，并获取加工控制参数；其中，

加工控制参数包括：钻机仿真控制参数、贴装控制参数和焊接控制参数；

同步孪生加工模块：通过加工控制参数，构建待加工印刷电路板的仿真加工空间，基于仿真加工空间对待加工印刷电路板进行同步加工。上述技术方案的工作原理为：

如附图2所示，本发明的技术方案是一个同步孪生控制的印刷电路板精准加工方案，在这个过程中，是一种通过仿真加工空间控制实体钻机、实体贴装和插装机械臂，以及实体焊机进行同步加工的精准控制方法。

附图4和5 是现有技术中钻机进行印刷电路板打孔的侧视图和俯视图。

平面扫描模块主要的作用进行加工图纸的扫描，包括待加工印刷电路板上下两面的加工图纸的精确扫描，确定加工的参数；加工的参数为元器件分布数据和孔洞数据。具体实施时，还包括待加工印刷电路板的尺寸数据。待加工印刷电路板的图纸包括但不限于待加工印刷电路板加工打孔孔洞的尺寸分布图纸；以及待加工印刷电路板在安装不同元器件之后印刷电路板的平面图纸；以及待加工印刷电路板上需要安装的不同元器件的尺寸图纸；

3D扫描模块过3D建模的扫描设备进行印刷电路板的3D建模扫描，即对需要进行加工的实体待加工电路板进行扫描，确定待加工印刷电路板的立体参数，便于进行加工测绘，待加工印刷电路板的立体参数包括但不限于待加工印刷电路板的厚度、宽度和长度尺寸，加工完成后印刷电路板的3D模型。

仿真加工模块：通过对孔洞数据元器件分布数据和代加工印刷电路板的数据，在仿真的空间中，进行仿真对印刷电路板加工的具体 流程步骤，流程步骤包括加工过程中，对印刷电路板的打孔加工过程，对印刷电路板的元器件插接和贴接的加工过程，最后包括在元器件进行插接和贴接后进行焊接，包括但不限于重熔焊接和波峰焊接的具加工过程。

同步孪生加工模块通过设置加工控制参数，即钻机的加工控制参数、插接和贴接的机械臂进行不同元器件插接和贴接的顺序和具体动作的控制参数，最后包括对焊接机器进行焊接过程中的焊接工作步骤，通过这些步骤，实现对印刷电路板的全流程控制，以及包括对印刷电路板进行全流程的精准控制加工。

因此，本发明通过将仿真控制的数据在加工仿真空间中和实体的钻机、机械臂和焊接设备进行连接，从而实现同步孪生的方式进行待加工印刷电路板的打孔控制、元器件安装控制和焊接控制。

上述技术方案的有益效果为：

（1）在上述技术方案中，通过对代加工印刷电路板的图纸进行扫描，可以在印刷电路加工制造的过程中，确定印刷电路板中不同孔洞的加工参数和元器件在印刷电路板上的分布参数，结合智能加工设备，实现全自动的自动加工，可以实现一个钻机在电路板同步钻多种不同的孔洞，一个机械臂贴装多种不同的元器件，一个焊接设备焊接多种不同类型的元器件，因为是同步孪生控制的方式，所以不会出现误差。

（2）在上述技术方案中，3D扫描设备，可以生成印刷电路板的3D模型，3D模型包括但不限于未加工的3D原始3D模型和加工后，生成的3D预期印刷电路板模型。

（3）在上述技术方案中，通过孔洞数据、元器件分布数据和3D模型可以对印刷电路板加工的过程进行仿真，获取孪生同步加工的控制参数，对印刷电路板在钻孔、元器件嵌装和焊接三个步骤实现精确的孪生自动化控制。

（4）在上述技术方案中，仿真加工空间通过数据同步和参数同步实现同步加工，通过同步加工的过程中，同步孪生的加工打孔，可以保证孔洞参数的准确性，元器件安装位置的准确性，最后焊接的时候，可以实现焊接的稳固性，而且能够让待加工印刷电路板的加工打孔工作实现一次性成形的方式。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，包括：

通过平面扫描设备对待加工印刷电路板的图纸进行平面扫描，获取待加工印刷电路板的元器件分布数据和孔洞数据；其中，

孔洞数据包括：孔分布数据、孔间距数据和孔形状数据；

元器件分布数据包括：元器件分布位置和元器件类型；

通过3D扫描设备对待加工印刷电路板进行扫描，并生成待加工印刷电路板的3D模型；

基于孔洞数据、元器件分布数据和3D模型，进行加工建模，生成仿真加工后的3D建模加工板，并获取加工控制参数；其中，

加工控制参数包括：钻机仿真控制参数、贴装控制参数和焊接控制参数；

通过加工控制参数，构建待加工印刷电路板的仿真加工空间，基于仿真加工空间对待加工印刷电路板进行同步加工。

2.如权利要求1所述的一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

预先配置高清摄像头和仿真服务器，并在仿真服务器中植入扫描链和平面坐标系；其中，

扫描链包括：尺寸测绘子链、孔洞识别子链和元器件类型识别子链；

仿真服务器用于根据平面坐标系对待加工印刷电路板的图纸进行平面等比例建模，且仿真服务器内置孔洞数据库；

通过高清摄像头对待加工印刷电路板的图纸进行高清扫描，获取扫描图像；其中，

扫描图像包括待加工印刷电路板的正面图像和背面图像以及元器件的视角图像；

通过孔洞识别子链确定扫描图像上的孔洞参数，并在孔洞数据库中进行仿真调用；

通过尺寸测绘子链确定扫描图像上的孔洞的尺寸间距，并将调用的孔洞在平面坐标系进行平面建模，并在平面建模上植入元器件数据，生成建模图像；其中，

元器件数据包括元器件的尺寸数据和位置数据。

3.如权利要求2所述的一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

获取建模图像，并在建模图像上设置空间标尺和空间标记；

其中，空间标尺由预设单位的网格构成，预设单位包括毫米、微米和纳米；

通过空间标记，获取每个孔洞和元器件的标记参数；

通过标记参数作为测量标记，并基于测量标记指引空间标尺对孔洞和元器件进行逐一测绘，获取孔洞数据和元器件分布数据。

4.如权利要求3所述的一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

基于空间标尺，在平面坐标系上获取每个孔洞的端点坐标，通过端点坐标进行孔洞的分布位置测绘，确定孔分布数据；

通过孔分布数据，确定相邻孔洞的相邻端点，并通过空间标尺进行端点距离标记，确定孔间距数据；

基于孔间距数据和孔分布数据，通过空间标尺对孔洞进行轮廓坐标测绘，通过轮廓坐标数据确定孔形状数据。

5.如权利要求1所述的一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

通过双目相机采集对待加工印刷电路板的加工前深度图像；

在加工前深度图像中，确定每个孔洞和元器件在加工后深度图像在物理尺寸上的预期像素点；

根据预期像素点，确定每个孔洞的第一预期深度值和元器件的第二预期深度值；

根据第一预期深度值，确定打孔加工中孔洞的第一绝对深度图像；

根据第二预期深度值，确定元器件安装加工的元器件的第二绝对深度图像；

根据第一绝对深度图像和第二绝对深度图像，确定加工后深度图像中孔洞和元器件的物理空间信息；

通过物理空间信息，确定待加工印刷电路板的3D模型。

6.如权利要求1所述的一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

通过孔洞数据和3D模型对待加工印刷电路板进行视景体分割，将孔洞数据分为多个子视景体；

基于每个子视景体，计算每一个子视景体相关的加工参数；

对加工参数进行细分，将一个每个孔洞和元器件的加工参数进行分类，并生成分类任务；

建立每一个分类任务的子视口，并建立一个相关的分类任务的包埋序列；

通过包埋序列在仿真空间中通过仿真钻机、仿真机械臂和仿真焊接设备对待加工印刷电路板进行仿真加工，生成3D建模加工板。

7.如权利要求6所述的一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取对每个包埋序列进行仿真加工时仿真设备的输入参数，并基于时间序列进行时间测绘；其中，

仿真设备包括：仿真钻机，仿真元器件贴装机械臂和仿真焊接设备；

基于时间测绘，确定每一时刻仿真钻机的仿真控制参数。

8.如权利要求1所述的一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取待加工印刷电路板在的加工要素，设置加工仿真硬件；

构建加工仿真硬件的实时精准感知空间；

实时精准感知空间用于存储加工仿真硬件的加工数据；

在实时精准感知空间中设置数据传输网络和数据预处理层，生成时空关联数据空间；其中，

数据预处理层用于冗余数据的清洗、异常数据识别与处理、多源异构数据的一致性处理；

通过时空关联数据空间建立物理实体映射的孪生虚拟体；其中，

孪生虚拟体用于将加工仿真硬件的加工数据的知识、推理、预测、演化等计算结果影射到物理空间的实体对象中；

通过孪生虚拟体和时空关联数据空间，生成仿真加工空间。

9.如权利要求1所述的一种用于印刷电路板加工的精准控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

根据仿真加工空间，设置实体钻机的控制数据；

根据控制数据，将实体钻机的加工数据约束线性化；其中，

加工数据约束线性化包括：刀具约束线性化、钻机关节驱动约束线性化和轨迹同步约束线性化；

通过加工数据约束线性化，控制实体钻机同步对待加工印刷电路板进行打孔。

10.一种用于印刷电路板加工的精准控制系统，其特征在于，所述系统包括：

平面扫描模块：通过平面扫描设备对待加工印刷电路板的图纸进行平面扫描，获取待加工印刷电路板的元器件分布数据和孔洞数据；其中，

孔洞数据包括：孔分布数据、孔间距数据和孔形状数据；

元器件分布数据包括：元器件分布位置和元器件类型；

3D扫描模块：通过3D扫描设备对待加工印刷电路板进行扫描，并生成待加工印刷电路板的3D模型；

仿真加工模块：元器件分布数据和3D模型，进行加工建模，生成仿真加工后的3D建模加工板，并获取加工控制参数；其中，

加工控制参数包括：钻机仿真控制参数、贴装控制参数和焊接控制参数；

同步孪生加工模块：通过加工控制参数，构建待加工印刷电路板的仿真加工空间，基于仿真加工空间对待加工印刷电路板进行同步加工。