垂直旋转式高速贴片机贴装路径优化分析

巫嘉宇

深圳市博赛亚科技有限公司 518103

摘要：本文从控制系统、对中系统、贴片头和供料器四个方面分析了贴片机的关键组成，并且从装贴效率的影响因素、垂直旋转式贴片机的装贴过程、基于蚁群算法的优化方法、基于遗传算法的优化方法、基于模拟退火算法的优化方法、优化装贴路径和优化程序主界面的方法七个方面分析了垂直旋转式高速贴片机装贴路径的优化方法。希望能够为相关工作人员提供参考。

关键词：垂直旋转式；高速贴片机；安装优化

前言：表面装贴技术是一种先进的电子元件生产装贴技术和工艺，在电子元件生产时应用该技术能够较好地实现生产自动化和智能化。为了能够进一步提升整条生产线的速度和精度，有必要对当前的垂直旋转式高速贴片机装贴路径进行优化，以此来提高装贴工作的效率，使其能够更好地按照工作需求来完成多项装贴工作，促进装贴工作能够向现代化的方向不断发展。

1贴片机的关键组成

1.1控制系统

贴片机的控制系统主要负责控制贴片机正常运行的重要作用。一般来说，贴片机的控制系统由主控计算机、贴装系统和视觉系统三个方面组成。工作人员可以使用主控计算机来运行其内部储存的编程软件和系统控制软件，以此来实现对整个贴片机系统的控制作用。并且主控计算机内部还具有能够自动诊断故障的模块，在运行中出现故障的时候可以自动进行分析。装贴系统是一种能够通过接受主控计算机命令而实现控制贴片机的驱动机构实现精确装贴操作，从而实现控制多个贴装头同时工作的系统。而视觉系统主要负责控制视觉处理器并且校正元件的位置。

1.2对中系统

贴片机中的对中系统通常由两个部分构成，一个是贴片头上的基准标志点摄像机，另一个是元器件检测对中系统。在光学角度上能够实现校准和对其中心点的坐标，以此来进一步加强贴放元件的精确度。而元器件中的对中方式有机械、激光和视觉三种，能够实现多种对中方式。当工作人员选择对中方式的时候需要结合具体的情况来进行具体选择，以此来保障对中方式能够较好地满足贴片机的需要，加强贴片系统的工作效率。

1.3贴片头

贴片头类似于机械手，是贴片机中最核心的部件。在进行元器件贴装工作的时候往往会通过贴片头实现对元器件的拾取和校正，以此来保障贴装位置、贴装角度和贴装方向的正确性。在我国贴片机发展和运作的早期阶段，往往会采用机械对中的方法来安装贴片头。而在贴片头的安装方法革新之后，现在多采用多头光学对中模式或者视觉对中模式的安装方法。和传统的贴片头安装方法相比较，这种新型的安装方法效率更高并且安装效果更好，更能够满足工作的需求。

1.4供料器

供料器是一种主要应用在针对不同种类和规格的贴片元件，能够按照贴片程序提前设定好的次序和速度将贴片元件提供给贴片头的装置^[1]。随着科学技术的不断进步，贴片机的安装精度和安装速度都在不断提升。对供料器的研制和安装也受到了更多的重视。通常情况下，供料器分带式、管式盘式和散装盒式四种常见的类型。如上文中所述，不同的供料器在具体使用的过程中使用效果也有所不同，所以工作人员在挑选供料器的时候需要立足于贴片元件的具体情况来选择不同的供料器，确保该供料器能够发挥出最大的作用。

2分析垂直旋转式高速贴片机装贴路径的优化方法

2.1装贴效率的影响因素

影响到贴片装贴效率的影响因素主要有四个方面，第一个方面是元器件的贴片路径。由于元器件的贴片路径能够直接影响到拾取贴放元器件的顺序，所以为了能够减少装贴的总损耗，需要从改变元器件的装贴装置进行处理。第二个主要影响因素是贴片头的水平移动速度。在正常的运行中，贴片头的移动速度会和拾取元器件的大小呈正相关的关系。所以为了能提高运行速度，可以把装贴移动速度相近的元器件放在一同处理。第三个主要影响因素是贴片头的垂直旋转速度。由于在贴片头的垂直旋转过程中，元件会受到离心力作用。所以为了能够减少离心力影响而将规格相近的元件编程分配在同一个贴片任务组中（task block）进行装贴。最后的一个主要影响因素是元器件的数量和位置，一般来说，以一种元器件对应一个供料器为宜。

2.2垂直旋转式贴片机的装贴过程

由于不同的贴片机在进行工作的时候其工作方法和工作内容有着一定的差异，所以当工作人员分析贴片机工作路径并且结合其路径来对贴片机的运行方式进行优化的时候需要建立起不同的数学模型，并且结合数学模型的形式来对贴片机运行方式进行优化。一般来说，垂直旋转式的贴片机会在 PCB板固定不动的前提下，通过移动贴片头的方式来完成元器件的无损贴装。这种贴装方式由于其较为方便而且能够较好地提升贴装效率的原因而被广泛应用。而本文中主要研究的垂直旋转式高速贴片机具有两个贴片头，两个贴片头在进行工作的时候流程相对统一，所以在进行分析和优化的时候只针对一侧的贴片头进行分析和研究即可。

2.3基于蚁群算法的优化方法

蚂蚁是一种非常常见的群体性觅食昆虫，并且经常成群结队地出现。这种群体性的行为吸引了相关研究人员的注意。由于蚂蚁在进食的时候总能够以最快的速度找到食物和洞穴之间的最短距离，所以工作人员对蚂蚁的这种寻找食物和洞穴的方式进行分析，在此基础上研发出了基于蚁群算法的贴片系统优化方法。这种优化算法是最为基础的蚁群算法，为了能够使该蚁群算法更加符合实际情况，能够有效提升贴片机的安装效率和安装质量，需要结合实际情况对该算法进行优化。经过蚂周系统模型、蚁量系统模型和蚁密系统模型三种模型的分析之后，得出蚁周模型的算法比较有效的结论。所以一般将该模型的运算方式统称为蚂蚁系统。该系统由于有着较为强大的并行特性，并且开销较小的优点，所以值得推广。但是当搜索深入到某一阶段的时候，也会由于该系统本身的特点使无法进一步深入搜索，影响了工作人员寻找全局最优解^[2]。

2.4基于遗传算法的优化方法

遗传算法是一种模仿生物基因的自然淘汰的搜索方法。这种算法最早在1975年被提出，其研究主要内容为，设计具有自然系统原理的人工智能，并且在运行的时候和生物的进化论有着相似点，一般来说，该算法不会解决问题本身，而会评估问题本身所产生的数字编码个体，并且选择遗传适应度较高的个体进行培育和繁殖，使其真正能够符合遗传算法的应用要求。在进行工作时，遗传算法会将数据空间编码为基因数据，并对该数据进行分析。这种算法具有真正的并行特性，并且全局搜索能力较强，但是在自身的优化方面仍然存在问题。

2.5基于模拟退火算法的优化方法

物理方面的退火过程主要分为三个部分。即加热过程、保温过程和冷却过程三个部分。本方法在实际工程中已经得到了一定程度上的推广，并且有着较好的实际运用效果。该方法的基本原理是通过模拟热力学中的粒子降温过程来解决组合化的问题，能够起到高效解决一些大规模组合化的问题的效果。这种数据处理方法有着其高效性的优点，并且由于数据建模相对简洁和通用，能够免除很多前期的数据收集和数据整理的工作，使该算法在实际应用的过程中很大程度上地节省人力资源和物力资源。并且本方法在实际应用的过程中能够通过对冷却参数值的调整而实现最优化的解法，也较为灵活，在实际应用中，能够以较快的速度来寻找到最为合适的装贴效果，从而提升装贴工作的效率。

2.6优化装贴路径

在实际进行贴片机的装贴过程中，需要对元器件的装贴路径进行分层，以此来提高元器件的装贴效率^[3]。一般来说可以在装贴之前将元器件分为两层，并且将元器件和层进行对应，让每一个元器件只属于一个层。而元器件的分组方式也会影响到元器件的装贴效果，所以为了优化元器件装贴路径，还需要对其装贴效果进行优化。为了避免频繁更换吸嘴，导致元器件的装贴效率受到影响，需要在同一工作循环中防治大小尺寸相近的元器件，从而提高元器件的装贴效率和装贴效果。同时，还可以结合吸嘴的拾取范畴将元器件进行小组划分，并且优化排料器的排列顺序和排列方法来进一步提高装贴工作的效率。同时也可以用前文提到过的三种算法来计算出装贴路径的最优解，并且进行实际应用，以此来最大限度上地提高装贴工作的效率。

2.7优化程序主界面的方法

在优化了装贴路径和装贴的方法之后，为了能够进一步优化装贴工作的流程，方便相关工作人员提高自己的工作效率，还需要对程序的主页面进行处理和优化。在前文中分别介绍了蚁群算法、遗传算法和模拟退火三种寻找最优解的方法，本文中主要应用蚁群算法来对模拟贴装实验进行优化。在程序的主界面中可以看出元器件的详细信息，工作人员可以直接在主界面中完成新算法的选择和使用，并且还能够在主界面中直接实现元器件的分层工作。工作人员可以将元器件进行重新分组，以此来提高元器件的装配效率。在修改过关键的数据算法之后，工作人员需要利用该算法对安装路径进行优化并且导出。

结论：综上所述，在经过了模拟装贴的实验验证之后，本文实现了分析和研究贴片机的装贴流程，并且建立了相对完善的数学模型。经过了对路径算法的分析和优化，本文能够得出相对完善的贴片机贴装办法和路径的优化方法，使其能够满足现代电子工业生产中不同生产场景中的贴片机使用和改良的需求，以此来提高贴片机工作效率和工作的效果，希望能够通过本文的研究，为相关工作人员提供参考。

参考文献：

[1] 深圳市微组半导体科技有限公司. 高速贴片头及高速贴片设备:CN202110897865.2[P]. 2021-10-12

[2] 深圳市永旋电子有限公司. 高速高精度贴片机的贴装效率优化装置:CN202120165642.2[P]. 2021-08-17

[3] 程治国,邱仁贵. 基于32位ARM全自动高速SMT贴片机控制系统的设计与实现[J]. 机电工程技术,2021,50(8):85-88