多功能贴片机系统管理软件设计及实现
刘 燕1，吴忻生1，陈 安2，胡跃明1
【摘 要】针对多功能贴片机的高速、高精度和控制需求，本文分析了贴片机系统管理软件的整体架构和三个最重要的核心模块：PCB数据管理、视觉检测及定位、运动控制；本文重点介绍了三个核心模块的有关程序实现技术及主要视觉算法实现。该系统管理软件在研制的多功能贴片机样机上得以初步应用。 【期刊名称】制造业自动化 【年(卷),期】2013(035)004 【总页数】4
【关键词】多功能贴片机；系统管理软件；程序设计及实现；视觉算法实现
0 引言
表面贴装技术SMT（Surface Mount Technology）在集成电路产品的自动化生产过程中得到了广泛应用，而贴片机是 SMT装配线上最关键的设备，贴片机是一个集光、机、电和气、设计制造一体化的先进制造设备[1]，贴片机的核心软件直接影响整个系统的可操作性和稳定性，是贴片机能否顺利完成高速度高精度贴装工作的决定性因素。从结构上贴片机主要分为过顶拱架型、转塔型和大规模并行型三种类型，本文在高速高精度全视觉过顶拱架型贴片机（型号BHTP3350）的基础上讨论其系统软件的程序实现技术。
1 贴片机的整机系统结构
对高速高精度全视觉过顶拱架型贴片机进行系统组成分析，一般可分为四大模块：机械系统、控制系统、视觉系统和软件系统。如图1所示。
贴片机的贴片流程可以分为三步[2]：1）贴片机系统位置标定、热机、机械参
数调整等；2）创建贴装工艺数据，包括PCB板数据、元件数据、喂料器数据、Mark数据、贴装数据等；3）按照贴装工艺数据对PCB板进行自动循环贴装。上板、自动贴装和下板是自动贴装的三个步骤[3]，自动贴装的动作按先后顺序依次为：贴装头运动到喂料器取料运动过元件摄像机（视觉系统摄像、检测、计算） 贴装头运动到该元件贴装位置贴片（根据视觉系统的结果调整贴装坐标值） 将不合格元件抛入抛料区 贴装头运动到取料点开始下一轮循环，直到完成所有贴装点的贴装，如图2所示。
2 软件总体结构
结合图1、图2，贴片机的系统软件可按模块划分中应该包含数据库管理模块、视觉处理软件模块、控制软件模块（包括运动控制和信号控制）。将贴片机的控制系统软件分为两层[4]。软件的底层包括贴片机电气控制系统、PCB数据管理系统、机器视觉系统、运行监测系统；软件的上层为人机交互界面以及协调控制程序设计。贴片机的控制系统软件总体系结构如图3所示。
3 软件核心模块设计
3.1 运动控制模块设计
全视觉贴片机要完成贴片任务，按照贴装流程图(图2)所示，需要依次完成送入PCB板，视觉定位PCB板Mark点位置，取料，元件视觉检测及纠偏，抛料\\贴装，送出PCB板。
整个设备共需要控制四个运动轴，分别为控制头部组装件水平面上移动的X和Y轴、控制头部组装件竖直方向贴装高度的Z轴、旋转头部组装件的R轴。设备运动控制结构如图4所示。
本机采用众为兴数控技术ADT850高性能四轴伺服/步进控制卡[5]，日本
Panasonic伺服电机和伺服放大器组成运动控制部分。ADT850是基于PCI总线，支持即插即用，所有输入、输出均采用光耦隔离，抗干扰性强。4轴伺服/步进电机控制，既可独立控制，互不影响，脉冲输出可用单脉冲（脉冲+方向）或双脉冲（脉冲+脉冲）方式，频率误差小于0.1%。ADT850运动控制卡所带的PID滤波器, 以及速度/加速度立即控制功能，可提供最佳的运动精度。同时以总线中断处理高速指令, 可处理多组的直线及圆弧补间、可执行双曲面及球面等连续路径运动。此外， 四轴每次运动均可执行2Giga单位的位移，具有各轴高速定位连接，因此具有很好的运动控制特性。
通过运动控制卡提供的WINDOWS平台下开发库，可以直接用QT,C++进行系统运动控制模块开发，将模块嵌入到贴片机系统软件中实现对各种运动状态的控制，包括各个轴的速度控制、点对点的定位、线性和圆弧插补运动、多轴电子齿轮和凸轮运动、多轴连续路径运动等。在系统中需要对各轴运动控制方式进行程序实现，这些运动控制方式包括：所有轴原点复位、恒速运动、给定加速度或速度运动到目标位置、水平X轴和Y轴直线插补，曲线插补运动、垂直Z轴匀加速上下运动等。还包括对各个轴运动的监控报警实现，如运动超限报警、运动失控报警等。因此，多功能贴片机系统是一个非常复杂的运动控制系统，其运动控制流程包括贴片流程中涉及到的运动控制任务及各种运动报警信息。
在QT开发中，把ADT850运动控制卡对于的开发库“850DOSH.LIB”或“850DOSL.LIB”和调用库文件“adt850.H”添加到工程项目中，在运动控制模块的程序文件中添加#include “adt850.h”申明。即可在运动控制程序实现中调用控制函数接口与监控函数接口。在运动控制模块设计时，需要先封住一
多功能贴片机系统管理软件设计及实现
