CN108256170B - 一种基于pcb板贴插工艺的建模优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PCB板贴插工艺的建模优化方法，其包括以下步骤：系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图；系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图；系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表；系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新。一种基于PCB板贴插工艺的建模优化系统，其包括：元件封装图建立模块、工程图建立模块、标准参考步表建立模块、校验模块。本发明能够大幅度减少标准参考步表建模、验证和更新步骤对设备和人等资源的占用和依赖，方便快捷，提升生产效率，减少了生产成本，广泛应用于元器件贴插控制领域。

Description

一种基于PCB板贴插工艺的建模优化方法及系统

技术领域

本发明涉及元器件贴插控制领域，具体为基于PCB板贴插工艺的建模优化方法及系统。

背景技术

在自动化插件/贴合过程中，需要制作标准参考步表。传统的方法，大多利用专用收费软件将PCB设计图转化为标准参考步表，或者采用手动示教的方式，利用设备上的移动相机，手动移动到焊盘位置取像，计算得到焊盘机械坐标值，再人为的将关联焊盘集转换为元件的机械坐标和角度，如此循环反复，最终得到标准参考步表。

对于专用收费软件，需要考虑费用和版权的问题；而且当标准参考步表与实时生产存在偏差的时候，还是需要依赖设备本身进行补偿或者纠偏。而对于手动示教建立标准参考步表的方式而言，每次更换新规格PCB板时，均需要人为手动的将移动相机调整到焊盘位置，进行取像计算，其工作量与焊盘或元件数量息息相关；而且由于需要使用到硬件资源，必须在设备上才能建立标准参考步表，无法离线操作，从而影响设备实际使用情况。总体上而言，手动示教建表的方法需要耗费较长时间来学习训练，效率低下，而且对操作员也有一定的经验要求。

综上，该技术有必要进行改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种快速生成PCB插件/贴合数据的基于PCB板贴插工艺的建模优化方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于PCB板贴插工艺的建模优化方法，其包括以下步骤：

系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图；

系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图；

系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表；

系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新。

作为该技术方案的改进，所述步骤系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图，其包括：

系统接收用户输入的指令，根据焊接元件的尺寸信息，添加焊盘，并设定元件参数；

绘制所述元件的轮廓外形；

设定若干参考点；

保存/更新上述设置至系统封装库。

作为该技术方案的改进，所述步骤系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图，其包括：

系统初始化坐标系和原点，使得与设备的机械坐标系相同；

系统接收指令，从所述封装库中选择相应的元件封装，并放置至特定位置；

系统保存所述工程图。

作为该技术方案的改进，所述步骤系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表，其包括：

所述设备导入所述工程图，并执行工程图转化，得到步表；

系统接收指令，配置所述步表的附属信息，得到标准参考步表。

进一步地，所述步骤系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新，其包括：

系统根据所设PCB板参考标记点与实时标记点的偏差，得到实时校正步表；

系统根据实时校正步表中元件信息及封装参考点信息，计算实时PCB板上的焊盘取像位置；

系统得到新的焊盘位置信息；

系统计算得到PCB板上所述元件的实时位置信息，并得到实时验证步表；

系统计算所述实时校正步表与实时验证步表的偏差，并更新所述实时校正步表；

系统将更新后的实时校正步表保存为新的标准参考步表。

进一步地，所述步表的附属信息包括孔位识别算法和/或元件调整顺序。

进一步地，所述位置信息包括机械坐标值和/或空间角度值。

另一方面，本发明还提供一种基于PCB板贴插工艺的建模优化系统，其包括：

元件封装图建立模块，用于执行步骤系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图；

工程图建立模块，用于执行步骤系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图；

标准参考步表建立模块，用于执行步骤系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表；

校验模块，用于执行步骤系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新。

本发明的有益效果是：本发明提供的基于PCB板贴插工艺的建模优化方法及系统，将耗时长的手动示教建模方式转换为快速自动的建模方式，同时也减少了验证和更新标准参考步表所需的时间和工作量。本方案既可以离线设计元件封装和PCB工程图，不占用设备生产时间，又可以快速自动实施标准参考步表的建模，验证和更新，缩短操作人员的操作时间。其克服了传统方法的专用收费软件的付费问题，降低了对操作人员操作经验的要求。对比传统方法，在PCB板插件/贴合过程中，本发明能够大幅度减少标准参考步表建模、验证和更新步骤对设备和人等资源的占用和依赖，方便快捷，提升生产效率，减少了生产成本。

另一方面，对于异型插件/贴合设备而言，由于异型插件/贴合元件尺寸繁多，外形也多种多样，有一部分甚至是定制型外形，不一定有国际通用的封装格式，这就给标准参考步表建模、验证和更新等步骤的快速自动化实现带来了极大的困扰。本发明通过自建封装库，同时引入参考点概念，成功实现了这些功能。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明元件封装一实施例的设计流程图；

图2是本发明工程图一实施例的设计流程图；

图3是本发明工程图转化步表的一实施例的流程图；

图4是本发明一实施例的标准参考步表的验证与更新的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供一种基于PCB板贴插工艺的建模优化方法，其包括以下步骤：

系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图；

系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图；

系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表；

系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新。

作为该技术方案的改进，所述步骤系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图，其包括：

系统接收用户输入的指令，根据焊接元件的尺寸信息，添加焊盘，并设定元件参数；

绘制所述元件的轮廓外形；

设定若干参考点；

保存/更新上述设置至系统封装库。

参照图1，以元件尺寸信息建立元件的封装图，其包括：

初始化坐标系和坐标原点；

根据尺寸信息，添加焊盘，并设定其参数；

绘制元件的轮廓外形，并添加标注；

选定2至3个焊盘，将其定义为参考点，并添加标注；

保存/更新到封装库中，便于重复使用。

具体地，以创建一个5针连接头封装为例：

1)先设置画板的坐标系原点位置与方向。

2)添加第1个圆形焊盘，直径＝0.76mm，通孔直径＝0.5mm，圆心坐标x＝-5mm，y＝0；

3)添加第2个圆形焊盘，直径＝0.76mm，通孔直径＝0.5mm，圆心坐标x＝-2.5mm，y＝0；

4)添加第3个圆形焊盘，直径＝0.76mm，通孔直径＝0.5mm，圆心坐标x＝0，y＝0；

5)添加第4个圆形焊盘，直径＝0.76mm，通孔直径＝0.5mm，圆心坐标x＝2.5mm，y＝0；

6)添加第5个圆形焊盘，直径＝0.76mm，通孔直径＝0.5mm，圆心坐标x＝5mm，y＝0；

7)绘制一个矩形，将5个焊盘包围，形成一个外形轮廓；

8)选择第1个焊盘，将其设置为参考点1，并添加参考点标记文字#1；

9)选择第5个焊盘，将其设置为参考点2，并添加参考点标记文字#5；

10)保存/更新该封装为SIP5。

所述步骤系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图，其包括：

系统初始化坐标系和原点，使得与设备的机械坐标系相同；

系统接收指令，从所述封装库中选择相应的元件封装，并放置至特定位置；

系统保存所述工程图。

具体地，参照图2，以PCB板的CAD图或者布线图为参考，建立相应的工程图，其包括：

初始化坐标系和原点，坐标系原点和方向与设备的机械坐标系相同；

添加元件，从封装库中选择相应的元件封装，命名并放置到指定位置；

添加外框和文字等辅助信息，使得工程图完整美观；

保存工程图，以供设备使用。

参照图3，所述步骤系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表，其包括：

所述设备导入所述工程图，并执行工程图转化，得到步表；

系统接收指令，配置所述步表的附属信息，得到标准参考步表。

其中，在设备上导入工程图，将工程图转化为标准参考步表，其包括：

设备导入离线设计的工程图；

执行工程图转化，得到步表；

配置步表的其他附属信息，如关联的取料头，孔位识别算法，调整顺序等；

保存为标准参考步表。

参照图4，所述步骤系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新，其包括：

系统根据所设PCB板参考标记点与实时标记点的偏差，得到实时校正步表；

系统根据实时校正步表中元件信息及封装参考点信息，计算实时PCB板上的焊盘取像位置；

系统得到新的焊盘位置信息；

系统计算得到PCB板上所述元件的实时位置信息，并得到实时验证步表；

系统计算所述实时校正步表与实时验证步表的偏差，并更新所述实时校正步表；

系统将更新后的实时校正步表保存为新的标准参考步表。

标准参考步表的验证与更新。

在实时生产过程中可能会遭遇插件/对位贴合精度偏差的问题，造成这个问题的原因是多方面的。除了排查设备机械结构精度问题和相机视觉算法精度问题之外，一个重要的因素就是标准参考数据与实时生产数据之间存在偏差。由于PCB板在印刷过程中，基于工艺水平，不管是印刷工艺上还是钻孔工艺，都会与理论设计图存在一定偏差，如偏移、缩放、旋转等。本方案可自动计算相关的偏差参数，以辅助判定是否需要对标准参考步表进行快速自动的验证和更新。具体步骤如下：

计算PCB板参考标记点与实时标记点的偏差参数，包括偏移，缩放，旋转，并得到实时校正步表；

若无法接受偏差，则可进入验证阶段；根据实时校正步表中元件机械坐标、角度以及封装参考点规则，计算实时PCB上的焊盘取像位置；

焊盘取像计算，得到新的焊盘机械坐标值；根据元件封装参考点规则，重新计算PCB板上元件实时的机械坐标值和角度。循环反复，直至遍历完所有元件，将其作为实时验证步表；

计算实时校正步表与实时验证步表的偏差；

局部/整体替换更新实时校正步表中的数据；

将实时校正步表保存为标准参考步表。

以一个元件数量为3的标准参考步表为例，这3个元件名称分别为SIP5_1,SIP5_2,SIP5_3；两个全局标记点，名称为GMark1和GMark2。

1)利用移动相机分别实时拍摄获取GMark1，GMark2的图像，并各自计算其相应机械坐标；分别计算这两组参考GMark点和实时GMark点的中心点和其所在直线的角度，分别命名为RefCen，RefAng,RealCen，RealAng。计算它们之间的坐标偏移和角度旋转,dOffset＝RealCen-RefCen，dAng＝RealAng-RefAng。根据坐标偏移和角度旋转，将标准参考步表进行旋转平移得到实时校正步表。

2)由实时校正步表，可得校正后的元件机械坐标和角度；通过关联封装信息，又可得到相应元件上每个焊盘中心的机械坐标。由于设备机械轴中心和移动相机是固定关系(在设备标定过程中可计算获得)，即可得到焊盘的移动相机取像位置。

3)根据封装中定义的参考点信息，移动相机取像并计算参考点焊盘的实时机械坐标，非参考点不用执行该步骤。根据封装中标准参考点坐标和实时参考点坐标，采用类似于1)的计算方法，通过坐标偏移和旋转，得到元件的实时机械坐标和角度，并将其作为实时验证步表的数据。以此类推，直到遍历完所有元件，得到实时验证步表。

4)计算实时校正步表和实时验证步表中每个元件的坐标差值和角度差值；

5)设置偏差许可，超出许可范围，提示该偏差是否可接受；若不可接受，将该元件的实时验证数据替换为实时校正数据，以此类推。

6)将调整后的实时校正步表设置为标准参考步表。

在自动化插件/贴合过程中，本方案在初始阶段根据PCB裸板上的焊盘/焊盘集合的坐标，生成相关元件的机械坐标和角度，并将所有参考标记点、元件的机械坐标和角度等存储到表格(步表)中，并将其作为标准参考数据保存。在实时生产过程中，利用实时标记点的机械坐标值来校正标准参考步表，生成新的实时步表，并用于自动化插件/贴合。

另一方面，本发明还提供一种基于PCB板贴插工艺的建模优化系统，其包括：

元件封装图建立模块，用于执行步骤系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图；

工程图建立模块，用于执行步骤系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图；

标准参考步表建立模块，用于执行步骤系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表；

校验模块，用于执行步骤系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新。

本发明提供的基于PCB板贴插工艺的建模优化方法及系统，将耗时长的手动示教建模方式转换为快速自动的建模方式，同时也减少了验证和更新标准参考步表所需的时间和工作量。本方案既可以离线设计元件封装和PCB工程图，不占用设备生产时间，又可以快速自动实施标准参考步表的建模，验证和更新，缩短操作人员的操作时间。其克服了传统方法的专用收费软件的付费问题，降低了对操作人员操作经验的要求。对比传统方法，在PCB板插件/贴合过程中，本发明能够大幅度减少标准参考步表建模、验证和更新步骤对设备和人等资源的占用和依赖，方便快捷，提升生产效率，减少了生产成本。

另一方面，对于异型插件/贴合设备而言，由于异型插件/贴合元件尺寸繁多，外形也多种多样，有一部分甚至是定制型外形，不一定有国际通用的封装格式，这就给标准参考步表建模、验证和更新等步骤的快速自动化实现带来了极大的困扰。本发明通过自建封装库，同时引入参考点概念，成功实现了这些功能。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种基于PCB板贴插工艺的建模优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：

系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图；

系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图；

系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表，所述标准参考步表包括参考标记点、元件的机械坐标和角度，所述设备为基于PCB板贴插工艺的设备；

系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新；

所述步骤系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图，其包括：

系统接收用户输入的指令，根据焊接元件的尺寸信息，添加焊盘，并设定元件参数；

绘制所述元件的轮廓外形；

设定若干参考点；

保存/更新上述设置至系统封装库；

所述步骤系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新，其包括：

系统根据所设PCB板参考标记点与实时标记点的偏差，将标准参考步表进行坐标偏移和角度旋转得到实时校正步表；

系统根据实时校正步表中元件信息及封装参考点信息，计算实时PCB板上的焊盘取像位置；

系统得到新的焊盘位置信息；

系统根据封装中标准参考点坐标和实时参考点坐标，通过坐标偏移和旋转，得到元件的实时机械坐标和角度，并将其作为实时验证步表的数据，以此类推，直到遍历完所有元件，得到实时验证步表；

系统计算实时校正步表与实时验证步表中每个元件的坐标差值和角度差值，设置偏差许可，超出许可范围，提示该偏差是否可接受；若不可接受，将该元件的实时验证数据替换为实时校正数据，以此类推，更新所述实时校正步表；

系统将更新后的实时校正步表保存为新的标准参考步表。

2.根据权利要求1所述的基于PCB板贴插工艺的建模优化方法，其特征在于：所述步骤系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图，其包括：

系统初始化坐标系和原点，使得与设备的机械坐标系相同；

系统接收指令，从所述封装库中选择相应的元件封装，并放置至特定位置；

系统保存所述工程图。

3.根据权利要求2所述的基于PCB板贴插工艺的建模优化方法，其特征在于：所述步骤系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表，其包括：

所述设备导入所述工程图，并执行工程图转化，得到步表；

系统接收指令，配置所述步表的附属信息，得到标准参考步表。

4.根据权利要求3所述的基于PCB板贴插工艺的建模优化方法，其特征在于：所述步表的附属信息包括孔位识别算法和/或元件调整顺序。

5.根据权利要求1所述的基于PCB板贴插工艺的建模优化方法，其特征在于：所述位置信息包括机械坐标值和/或空间角度值。

6.一种基于PCB板贴插工艺的建模优化系统，其特征在于，其包括：

元件封装图建立模块，用于执行步骤系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图；

工程图建立模块，用于执行步骤系统根据PCB板的CAD图或布线图，建立相应的工程图；

标准参考步表建立模块，用于执行步骤系统将所述工程图导入设备，并将所述工程图转化为标准参考步表，所述标准参考步表包括参考标记点、元件的机械坐标和角度，所述设备为基于PCB板贴插工艺的设备；

校验模块，用于执行步骤系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新；

所述步骤系统根据焊接元件的尺寸信息，建立元件封装图，其包括：

系统接收用户输入的指令，根据焊接元件的尺寸信息，添加焊盘，并设定元件参数；

绘制所述元件的轮廓外形；

设定若干参考点；

保存/更新上述设置至系统封装库；

所述步骤系统根据实时生产偏差，对所述标准参考步表进行自动验证与更新，其包括：

系统根据所设PCB板参考标记点与实时标记点的偏差，将标准参考步表进行坐标偏移和角度旋转得到实时校正步表；

系统根据实时校正步表中元件信息及封装参考点信息，计算实时PCB板上的焊盘取像位置；

系统得到新的焊盘位置信息；

系统根据封装中标准参考点坐标和实时参考点坐标，通过坐标偏移和旋转，得到元件的实时机械坐标和角度，并将其作为实时验证步表的数据，以此类推，直到遍历完所有元件，得到实时验证步表；

系统计算实时校正步表与实时验证步表中每个元件的坐标差值和角度差值，设置偏差许可，超出许可范围，提示该偏差是否可接受；若不可接受，将该元件的实时验证数据替换为实时校正数据，以此类推，更新所述实时校正步表；

系统将更新后的实时校正步表保存为新的标准参考步表。