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松下SMT贴片机程序得编制  

2013-05-25 13:28:28|  分类: SMT技术文章 |  标签: |举报 |字号 订阅

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贴片机的主要作务是准确地把各种元器件贴装到PCB板上,由计算机及视觉系统进行控制,贴片的基本原理是通过真空吸嘴从送料器中拾取元件,由识别装置进行元件形状尺寸的较准,然后按照程序中设置的位置座标贴装元件,整个贴装过程是由计算机控制相对应的程序来完成的。
主要程序包括:
1。元件的位置坐标程序(NC程序)
2。元件的外形尺寸形状程序(PARTS程序,SUPPLY程序)
3。元器件在贴片机上的排列顺序(ARRAY程序)
4。基板识别方式(MARK程序)
5。PCB板的外形坐标尺寸及定位方式(BOARD程序)
以松下机型为例
各部分程序的主要内容:
PCB板程序:
主要包括:PCB板的外形尺寸,基板厚度,PCB板的定位方式。
MARK程序:
主要包括:MARK点的形状尺寸,MARK形状,MARK点识别类型,基板材料类型,PCB板的亮度选择(BOARD LIGHT)。贴片机的视觉系统都是以计算机为主的实时图象识别系统,摄像机检测出在给定范围内MARK点的光强度分布信号,经数字信号电路处理变成数字图像信号,然后分成一定数量的网络像元,每个像元的值就给出了MARK点的平均光亮度,MARK点的识别分为两种方式:一种是灰度识别(即灰度分辨率识别),是用图像多级亮度来表示分辨率,规定在多大的离散值时贴片机能辨别给定点的测量光强度,一般采用256级;另一种是二级化(BINARY)识别,即覆盖原始图像的栅网大小。
部品程序:
主要包括元器件的部品代码编号,外形尺寸(包括形状尺寸及误差范围,元件管脚的数量,管脚间距及误差,元件管脚缺脚的数量,电极尺寸),吸取元件的补偿值,吸取检测,贴装头参数(包括吸嘴选择,吸取的速度等),料架参数(料架供给角度,元件包装形式,料架进给次数,料架类型),识别方式等级CLASS(类型TYPE)及摄像机(CAM)选择。
在进行编辑的过程中要注意以下几点:
1。识别等级方式CLASS,类型(TYPE),一般说明书中有个范围规定,识别类型TYPE从小到大依次选择。
2。对于不同的元器件,并不是上述的所有项目都需要编辑,一般情况下元器件的CLASS,外形尺寸确定后,机器会自动告诉需要编写的内容。
3。编辑完后,要进行识别示教。
SUPPLY程序(主要对于盘式料架):
主要包括供给元件代码,第一元件的坐标位置,两相邻元件的间距,TRAY盘高度及部分在TRAY盘的深度(DEPTH),开始吸取元件的位置。
排列程序(ARRAY):
主要包括Z-NO号(对应于机器料架号,与NC程序中的Z-NO号相对应),部位形状代码(对应于PART程序的部品代码编号和SUPPLY程序的元件代码,吸取位置补偿值,主料站的类架号Z-N。
编排排列库时要注意的几点:
1。Z-NO必须和NC程序的Z-NO号相一致。
2。部品形状代码必须对应于部品库中的代码;
3。供给代码必须对应于供给库中的代码。
NC程序:
主要包括数据的类型(绝对坐标,相对坐标),机器原点到编程原点的补偿值(即PROGRAM OFFSET),Z-NO料站号,贴装元件的坐标(X-Y-ANGLE),拼板贴装参数,贴装禁止,贴装头,MARK类型,焊盘示数。
NC程序的编程顺序:
第一步:PCB板的原点坐标与机器原点的补偿值(OFFSET);
第二步:多拼板时,各拼板的OFFSET值;
第三步:PCB板的MARK点;PCB拼板MARK点,个别IC的MARK点识别;
第四步:元件贴装步编程。
程序编辑和系统参数的关系
在进行编辑程序之前,首先要对系统参数(System configuration)进行检查和确认,它是程序正常工作的前提,系统参数主要包括机械参数,操作参数,吸嘴参数,识别参数,一般情况下系统参数在出厂时已调好,不要轻易改变,但是有些参数与NC程序有关系要值得注意.
(1)机械参数: (MACHINE CONFIGURATION DATA)中机器的补偿值,(X,Y)贴装头高度补偿值,旋转角度补偿值,贴装高度补偿值,它们与相应程序中的项目有一定关系.
(2)当第一元件拾取时头不在元件中心,除了可调整程序的相应参数外,还可调整机器参数的相应内容.
(3)操作数据中的数据类型(绝对座标ABS,相对座标INC)应与NC程序中的数据类型一致.
(4)操作数据中部品禁止贴装功能(PART SKIP)应与NC程序相对应.
                程序的调整与贴装精度
程序编辑后,要进行着装位置的修正(进行示教和焊盘示教),吸着位置的补正(标记库和标记示教),贴片机都有一个贴装精度的技术标准,贴装精度是指元器件端子偏移指定位置的误差X-Y-A的范围,一般高速机0.1MM,泛用机0.04MM以下,这种条件下贴片机都来具备基板光学定位与元器件光学定位系统,贴装精度必须考虑PCB板定位误差,元件对中误差及机构X-Y-A运动中的误差.但程序编辑也是影响贴装精度的因素之一,主要包括:
1.Z轴的控制,在编程中会涉及到Z轴高度的调整,因为Z轴的偏差可造成贴放误差影响精度,可在程序中进行补偿.
2.对于细间距的IC,在编程中如果PCB板上有器件标号(LOCAL)由器件标号确定X-Y坐标,可精确IC的贴装位置.
3.示教:对于IC可进行求教.
4.PCB板的定位方式采用精确定位方式(PIN定位),以增强定位精确性,减少误差.
5.定期作贴片机视觉系统的自动调校(AUTO SET),包括贴装头,吸嘴,识别数据等,以确保机器的贴装精度.

目前电子行业的自动装着包含自动插件(AI)和表面贴装(SMT)两大类。该行业在我国虽然属于较新的课题,经过近些年的实际生产总结仍然涌现了许多专业方面的技术人才。但基本上各自动装着厂家目前自动装着设备的NC程序编制和管理依然完全依赖进口设备厂家或由台湾、新加坡等地区编制的管理软件。首先,购买原厂软件及相关设施是一笔不小的费用,从普通编程电脑到专用编程机电设备其价格也从USD5000至USD100000不等;其次,由其他公司提供的安装软件一旦出现问题或自身再引进新设备,那么往往又必须重新购买。所以许多中小型企业宁愿直接在装着设备上编制程序,这当然影响了设备的利用率。为此,我们希望针对自动装着设备使用的NC程序进行内部结构分析,从而为生产的顺利进行打下先行基础。
    第一单元:NC程序的存储方式
    无论是自插还是贴片机它们都是靠不断循环执行其所需的各项设定参数来完成每个元件的装着过程,而这些参数就记录在我们的NC数据当中。尽管各类型的设备有着不同的NC数据格式,但首先我们可以发现它们往往都能用您计算机Windows中的“写字板”来将其打开,换句话说,它们都是以文本文件的形式予以纪录存储,只不过使用了不同的扩展名来给予标示。NC数据的存储又分为单一文件存储和多文件存储两类,所谓单一文件存储是指设备所需的全部NC数据都包含在一个文件当中,如三洋等SMT设备用*.NCZ数据,多文件存储的方式往往是为了方便管理和灵活运用而将一条NC数据存放在两个或多个文件当中,这一类程序以松下自插、贴片机用*.NCD和*.UDR数据为代表。了解NC程序的存储方式是编制程序的基础,也是相互转换不同设备用NC数据工作所必须了解的前提。
    第二单元:NC程序的内容
    前面提到NC程序是以文本文件的形式予以纪录存储,在此我们就利用Windows中的“写字板”来分别分析松下自插机和三洋贴片机用的NC程序。
    以下是一条仅有2个元件自插的松下RH6用程序,假设它分别由 
    CF000000.NCD和CF000000.UDR构成。其中CF000000.NCD是RH6的数据文件,如下:
N 0001/0G 1M 000T 004X+000000Y+000000Z-00000V+00000W+00000     +00000D
N 0002/0G 0M 001T 001X+004950Y-020000Z+00001V+00000W+00000     +00000D
N 0003/0G 0M 011T 002X-006250Y-003950Z+00002V+00000W+00000     +00000D
N 0004/7G 0M 001T 002X-006750Y-003570Z+00003V+00000W+00000     +00000D
N 0005/0G 0M 000T 000X-006750Y-003570Z+00003V+00000W+00000     +00000D     
    熟悉松下自插机的技术人员马上就可以看出其中的“X、Y、Z”后面跟的分别是设定自插用的X、Y坐标和自插材料位号Z,对!并且X、Y是绝对坐标。那么其中的N0001至N0004是程序的序号;“/”是条件跳越参数;“G”是自插机的轴类型区分参数;“M”是自插动作控制参数;“T”是角度、速度和换板等参数;“V”是部品高度参数;“W”是部品宽度参数;“+00000D”是程序行结束,具有固定性;最后程序以“*”符号标志结尾。当然V和W仅适用于RHⅢ、AV系列等插件机而RH6设备中不要求,所以它们都是“0”。由于松下机是以多文件存储的方式存,它还需要一个扩展名为*.UDR的目录文件才能被数据终端(PDT)识别。其中CF000000.UDR文件内容如下:
      0001P014   ABCDE   M3   CF000000.NCD.NCD   RH6   200104130   i
      A 00200B8.NCT C008   31

    同样让我们对其中内容进行逐段分析。文件开头以“0001”表示该目录文件中仅有一条NC数据;“P014 ABCDE 
    M3”是用户定义的程序名,可以根据不同的PCB板任意起名方便用户区分,但规则是第一位必须为“P”,后面的三位应是非“000”的任意数字,否则部分插件机会认定为非法名称;“CF000000.NCD.NCD”是NC数据的DOS名称,它是目录文件中唯一不重复的区分标示;“RH6”当然就是代表程序适用于的设备名称;“200104130”表示程序做成的日期;“i”是increment相对坐标的缩写代码;“A00200B8.NCT 
    C008”是NC数据的标注信息,可以根据用户需要任意给予标注;“31”表示该NC数据有3个装着点(后面的1为固定,不代表装着点数据),其中一点被设为无效。
    好了,现在我们可以根据以上两个数据文件和目录文件做一个总结:
    其一、如果把以上两例中的代码原文分别拷贝到对应的CF000000.NCD和CF000000.UDR文件中(由于格式固定原因,其中的空格也必须包括在内),你会在PDT终端上发现这已经是一个完整可用的RH6机NC程序,到此为止就可以算是具有编写NC程序的能力了。当然,一个实用的NC程序还应由相关的开发应用软件和优化软件来支持,这部分将在第三单元进一步讨论。
    其二、你完全可以通过修改其中的数据或代码来改变程序的特征,例如除了修改坐标、料位号改变插件位置外,你还可以通过简单的修改目录文件中的“i”为“a”(绝对坐标absolute缩写代码)来改变其相对坐标为绝对坐标的特性,甚至修改“RH6”为“AE”实现NC程序的兼容移植。
    其三、对于单一文件存储的NC程序(如三洋最新高速贴片机TCM-3000系列)也可触类旁通,只不过此类型NC程序将所有的信息按固定格式存储在一个文件当中。由于TCM-3000Z型贴片机用单一文件存储NC程序以及其自身内容的复杂性,即使是少量的贴装实例也包含了各类繁琐的参数,在此难以写下整个程序的内容,但只要通过打开其中的内容加以分析,其实也不难理解它的NC程序是用分段方式来进行逐项数据管理。
    “程序内容首行”段:记录的是程序名、做成日期、版本信息等数据;
    “:CORE”段:记录了方便用户识别的标示数据、线路板尺寸数据和各类OFFSET(偏移量)数据;
    “:RECOG”段:识别点数据,用于选择识别点坐标和特征代码;
    “:MARK”段:记录了线路板校示识别点的内容特征数据;
    “:SETUP” 段:工作台、轨道传送方向等数据;
    “:OPE-C”&&“:OPE-D”段:贴片机操作数据,用于记录设备运转速度、临时原点、补件方式等数据;
    “ARTS && LT1”段:元件ID名数据;
    “LT2 && :M-DAT01” 段:贴装坐标、角度位置等数据;
    “:A-DAT01” 段:多面板重复偏移量数据。
    需要提醒大家的是以上内容是由数字代码“1”、 
    “0”等等来区分“开”、“关”或“数量级”,并用“逗号”作为分隔符。而且并非所有程序都要一一对应,如工作台、轨道传送方向数据在客户选择设备订单的生产方式时就已经决定其内容,而我们的程序通常是为正常生产方式而编制,所以类似“设备运转速度”等一般固定为高速不变。
    第三单元:用于开发NC程序的软件制作
    了解了NC程序的各项内容特征后,要开发一套属于自己的软件编辑管理系统就不再是遥远的事。对于多文件存储(以前面松下RH6等设备为例)可以直接采取后台数据库调用编辑与导出,对于单一文件存储(以前面三洋TCM3000Z等设备为例)除了以上步骤外,在导出到NC程序时还应分别将各程序段进行汇总,还记得DOS时代的“COPY 
    File1+File2 
    File3”命令么?你所要做的正是在你的程序中实现这一命令的结果。就笔者而言,我认为一套优秀的开发NC程序软件制作关键不在于如何生成可用的NC程序,真正的难点在于实现程序的灵活性以及如何优化生成的NC程序,其中涉及到复杂的逻辑算法,这就要求我们的程序员既要有相应的编程能力,又要对自动装着有一定的了解,甚至可以成立相关成员小组联合开发。
    了解对应装着设备的一些重要参数是实现一套实用NC程序管理软件的基础。这类数据大致有以下:
    1、 
    Tact数据:它是设备在装着一个元件运转周期中所允许的最大移动范围。合理的限定Tact数据有助于我们的程序在最短时间内完成一块线路板的装着。考虑到实际生产时存在非理想状态,Tact数据应具有不完全限制性;
    2、 
    Limit数据:是针对各类装着设备中的各项极限参数,例如材料的最大装载数、工作台允许线路板的大小极限尺寸、适用元件的大小极限尺寸等等。原则上Limit数据是采取严格限制,否则最终生成的NC程序可能会出现不可用,但考虑到各类型设备程序的兼容性移植,所以仍然建议设计成可修改形式;
    3、 
    Speed数据:该数据是设备的能力数据的经验值。自动装着生产线的工序平衡是影响效率的重要原因,不同的设备搭配应有不同的工作量分配,否则会出现后面工序等前面或前道工序半成品严重堆积现象。所以Speed数据也应在一定程度上可调;
    4、 
    PartsID数据:这是一个描述装着元件形态尺寸的数据库。虽然它和NC程序相对独立,早些年的自动装着设备也不需要PartsID数据,但现在却已广泛的采用在了SMT生产当中。就连松下卧式自插机AVF的改进型机AVKⅡ也加入了PartsID管理。其实即便是用于旧式自插机,PartsID数据还是能在工艺区分、死区(Dead 
    Space)防止等方面发挥它的作用。
    这类数据在计算机生成各类NC程序的过程中会被随时调用,我们称之为基础数据,所以建议用专门的数据库给予保存管理,并在一定程度上允许高级用户修改,如此一来我们软件的灵活性会大大得以增强。
    至于NC程序的优化方式可以说是计算机编程的软肋,有点像“深蓝”与卡斯帕罗夫的人机大战,似乎电脑永远无法超越人脑,但对于繁重而匆忙的编程任务时它又往往会优胜。不难想象一块两三百点的普通线路板其装着路径方案早已是接近无穷大。即使目前许多著名自动装着设备厂家销售的NC程序管理软件,其最终“优化”结果也实在让人不敢恭维,甚至存在优化后材料排列错乱的严重BUG。正因如此,众多的第三方软件提供商都会着重强调自己的软件在优化方面的杰出,同时也被当成商业机密而难以在业界内相互交流。其实NC程序的优化方式没有最好,只有更好或者说各有长处。相信在实际应用的过程中不断加以完善才能做出最符合本单位的专用NC程序编辑管理软件
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