[發明專利]基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機貼裝工藝優化方法

有效

• 申請號: 201410028466.2
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN103717007B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 高會軍;邱劍彬;王楠;于金泳;王光;寧召柯;姚泊彰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H05K3/34
• 分類號: H05K3/34;G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 楊立超

技術領域

本發明涉一種多吸嘴貼片機貼裝工藝優化方法，屬于電氣技術及電氣工程領域。

背景技術

表面貼裝技術(SMT)是目前電子組裝行業中被廣泛應用的一種工藝，其將表面元器件(無芯片管腳或短管腳的元器件)直接安置在電子印刷板的指定位置，既能保證準確放置元件又能提高生產效率，所用的電子印刷板不需要特定鉆孔。隨著電子組裝技術的飛速發展，我國已成為表面貼裝技術最大的市場，已經被廣泛應用于諸如航天、汽車、家電等行業。

貼片機是表面貼裝技術的實現形式，已經被廣泛應用在電子組裝生產線中，貼片機是整個生產工藝的核心技術，其生產速度直接影響到工藝的效率。針對多吸嘴貼片機（如圖1所示），應該滿足以下條件，一是盡量保證多個吸嘴能夠同時吸取元件；二是每個供料器中只存放一種類型的元器件；三是是否需要飛行定位修正元件位置，若不需要則可以直接貼裝元件，若需要則要到上視相機處利用圖像修正貼裝位置，一般對于BGA封裝的元件需要位置修正保證貼裝精度；四是減少換吸嘴頭的時間。因此，優化元器件貼裝工藝、縮短貼片機的貼裝時間具有極其重要的現實意義和工程價值。在實際的生產流程中，貼片時間過長，將導致電子印刷版上的焊膏失效，元件貼裝效果變差，嚴重影響產品的質量；而縮短工藝時間可以明顯改進上述不足。目前，優化算法主要分為兩種。一種是已知供料器位置的情況下優化貼裝順序，另一種是元件貼裝順序固定的情況下優化供料器排列位置。常用的方法是對兩種情況分別建立元件貼裝順序優化數學模型并計算最優解。常用的算法主要有蟻群算法、神經網絡等，所獲得的解往往是局部最優解，限制了生產速度和工藝的效率的進一步提高。

發明內容

為了解決現有貼片機表面貼裝工藝優化算法所獲得的解僅是局部最優解，并不是全局最優的元件調度方案因此限制了生產速度和工藝的效率的進一步提高的問題，進而提出了基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機貼裝工藝優化方法。

基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機貼裝工藝優化方法，按照如下步驟進行：

步驟一、使用聚類分析算法，將不同種類的元件進行分類；

步驟二、對步驟一中分類的元件集合建立元器件貼裝循環次數數學模型；

步驟三、根據步驟二中建立的元器件貼裝循環次數數學模型，采用遺傳算法得到貼裝順序及供料器位置配置最優解；

步驟四：將步驟三得到的貼裝順序及供料器位置配置最優解分別提供給貼片機運動控制子系統和供料器分配子系統，實現貼裝工藝的優化。

步驟三根據步驟二中建立的元器件貼裝循環次數數學模型，采用遺傳算法得到貼裝順序及供料器位置配置最優解的具體過程是：

Ⅰ、不同類別的元件貼片循環次數數學建模后產生初始種群；

Ⅱ、依次進行適應度計算、選擇、交叉、變異、產生新種群并循環以上五個過程計算

得到每個種類元件的最優貼片順序及供料器配置位置。

步驟一中使用聚類分析算法，將不同種類的元件進行分類，得到優化貼片數據的方法具體步驟如下：

步驟一一：貼片機的貼片數據包含即將生產的電路板上所有必要的元件信息：元件在電路板上的位置、元件的類型、元件的規格，建立一個元件屬性向量表示：

X=[x₁,x₂,x₃,x₄]

x₁表示元件是否需要上視檢測，取值為0時表示不需要，取值為1時表示需要；x₂表示元件的類型，取值為0時表示該元件為電阻，取值為1時表示該元件為電容，取值為2時表示元件為發光二極管，其它類型依次類推；x₃表示元件的值大小，當取值為0時表示元件無值大小，如發光二極管或者運算放大器，當取值為10時表示電阻阻值為10K，取值為0.1時表示電容大小為0.1μF；x₄表示元件的封裝類型和規格，取值為0時表示為CHIP_0805，取值為1時表示CHIP_0604，其余依次類推；

步驟一二：根據步驟一中建立的元件屬性向量，采用聚類算法將元件進行分類處理，將提取的屬性向量與群特性的向量比較，若兩者距離范數最小則該元素歸屬這一群聚類；

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