基于LabVIEW平台的SMT贴片机路径优化的说研究.pdf - 第26页
湖北工业大学硕士学位论文 第３章贴片机路径优化的数学模型 对于印制板组装厂商来讲，要想在激烈的竞争中取胜，最重要的是使生产线 发挥最大的效率，提高合格产品的产量。然而，要达到这一目标，必然会受到诸 多因素的影响。所以必须对ＳＭＴ生产线进行优化，才可以实现高效生产。 一条ＳＭＴ生产线由多台设备组成，但实际上生产线的速度是由贴片机来决定 的，所以贴片机路径优化是ＳＭＴ系统优化的最主要方面。 由于贴片机贴装路径优化问题具有高维数、离散和非线性…
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由于ＳＭＴ贴装的产品愈来愈复杂，每种电子产品需贴装的元件也愈来愈多，
因此要求贴片机能装载更多的供料器，通常以能装载８姗送料器的数量作为贴片
供料器的装载数。大部分贴片机是将供料器直接安装在机架上，为了能提高贴片
能力，减少换料时间，特别是产品更新时往往需要重新组织供料器，因此大型高
速的贴片机采取双组合送料器，真正做到不停机换料，最多可放置１２０×２个供料
器。
在一些中速机中，则采取推车一体式料架，换料时可以方便地将整个供料器
与主机脱离，实现供料器整体更换，大大缩短装卸料架的时间。
２．６本章小结
本章主要介绍了表面贴装技术原理以及贴片机的结构组成，重点说明了贴片
头的分类和定位系统的原理及特性，为下一步进行表面贴装优化设计做了必要的
技术说明。
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第３章贴片机路径优化的数学模型
对于印制板组装厂商来讲，要想在激烈的竞争中取胜，最重要的是使生产线
发挥最大的效率，提高合格产品的产量。然而，要达到这一目标，必然会受到诸
多因素的影响。所以必须对ＳＭＴ生产线进行优化，才可以实现高效生产。
一条ＳＭＴ生产线由多台设备组成，但实际上生产线的速度是由贴片机来决定
的，所以贴片机路径优化是ＳＭＴ系统优化的最主要方面。
由于贴片机贴装路径优化问题具有高维数、离散和非线性的特点ｎ引，用传统
的优化方法往往是计算量按指数方式急剧增大，例如使用穷举法在理论上可以求
出贴片机最优路径，但实际上随贴装元件数量的增加计算量呈几何级数增大ｎ¨，
或是容易陷入局部最优点，很难求得全局最优解。本章将在仔细分析贴片机贴装
工艺的基础上，归纳影响贴装效率的主要因素，对贴片机贴装路径优化问题建立
集成的数学模型，并指出合适的求解方法。
３．１贴片机贴装工艺流程
贴片机在进行元件装配时，最重要的性能参数是ＰＣＢ上元件的装配效率和装
配精度。元件的装配精度主要取决于贴片机控制系统、传动系统、视觉系统的精
度，而装配效率主要取决于贴片工艺流程的优化。即对特定的贴片机，其硬件机
构，如驱动电机、机械结构等保持不变，贴片机的工艺优化问题的目的就是在保
证ＰＣＢ上元件装配精度的条件下，尽量缩短装配时间，以提高装配效率。
贴片机从结构上主要分为拱架型、复合型、转塔型和大规模并行型。这几种
类型的贴片机在结构上差别很大，但路径的优化所采用的思想、算法等都是通用
的，本文针对拱架型贴片机路径优化的研究成果对其它类型的贴片机的贴装路径
优化也有一定的借鉴意义。如图３．１所示，拱架型贴片机的主要组成部分为：工
作台（用来固定和携带贴片头运动的拱架）、供料槽，以及用来固定装载元件的供
料器。装载元件的供料器固定在两边的供料槽上，每个供料器占据一个或多个供
料槽，每个供料器上只能装载同一种元件，小的元件装在带式供料器上，大的元
件由盘式供料器供应。贴片头固定安装在拱架上，贴片头的移动是通过拱架的移
动来实现的。元件的吸取、贴装等动作都是由装在贴片头上的吸嘴来完成。由于
本贴片机项目处于起步阶段，我们只考虑一个贴片头的情况，所以一次只可以吸
取一个元件。随着项目的深入，我们将会考虑多个贴片头的情况。
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首先，简要介绍一个基本的贴装工作循环，如图３．１：
Ｙ
Ｏ
图３．１贴装工作循环
Ｘ
一个基本的取贴循环包括取料、校正和贴放３个动作。第一，贴片头运动到
取料区点Ａ，吸嘴从Ａ点吸取元件。第二，运动到ＣＣＤ相机的位置Ｂ迸行视觉
校正以保证贴装度。第三，贴片头把元件运送到ＰＣＢ的某点Ｃ，吸嘴将相应元件
贴在电路板上，完成一次循环。之后贴片头再次运动到取料区处，进入下一轮循
环，不断往复就可最终完成整块板的贴装。
通过以上分析，可以归纳影响ＰＣＢ装配效率的主要因素有：
（１）贴片头的移动速度。贴片头的移动速度Ｖ是由编程者预先设定的，它
决定了贴片头在拾取此元件之后能以多快的速度运动。Ｖ取决于元件的大小，元
件越大，Ｖ就越低，这是为了避免真空吸嘴吸附不足导致元件飞出，或导致元件
在吸嘴上移位而造成放置位置的不精确，所以Ｖ的设定是有一定限制的。在吸嘴
拾取一个Ｖ较小的元件之后，则吸附的所有元件都会以此速度运动，即贴片头的
移动速度总是由所拾取元件中最小的Ｖ决定的。很显然对于包含多种元件的贴装
过程而言最好不要把不同Ｖ值的元件放在一起，一方面可以避免因为元件的Ｖ不
同而影响贴片头移动速度的充分利用；另一方面，对于贴片头而言，不断的加速
或减速也会造成生产周期的延长和运动的不稳定。
（２）供料器的排放位置与数量。供料器的数量越多、排放的越分散，贴片头
在吸取元件时移动的距离也就越长，相应地贴装效率越低。因此，所有送料器要
尽可能地连续排列以减少贴片头的移动距离。供料器的排放位置与数量受ＰＣＢ上