贴片机程序编制方法

本文主要介绍了贴片机的组成,贴片程序所需原始资料以及贴片程序的基本结构。重点介绍了SONY、SIEMENS和EUROPLACER三种贴装设备的贴片程序编制,从程序编制的角度比较了三种贴装设备的特点,同时还介绍了如何实现这三种贴装设备贴片程序的转换。

关键词:贴片机、贴片程序 、BOM、中心坐标、GERBER图、相互转换

正文:

贴片程序编制最需要的就是细心和快速,而了解贴片机机构和工作原理,了解程序结构之后再去编程,往往会更得心应手、事半功倍。贴片机实际上是一种精密的工业机器人,它充分发挥现代机密机械、机电一体、光电结合,以及计算机控制技术的高技术成果,实现高速度、高精度、智能化的电子组装制造设备。根据组装技术要求和制造厂商的设计理念,各制造厂商推出了很多不同品牌、不同型号、不同功能、不同用途的全自动贴装设备,它们在外观、功能和结构上有着明显差异。

贴片机从不同的角度有以下几种分类方式:按贴片机的动作方式可分为动臂式拱架型和转塔型;按自动化程度可分为半自动手动式、半自动式、全自动贴装机;根据贴片机的功能和速度,可分为高精度多功能贴片机(也称之为泛用机,主要贴高精度、窄间距、大尺寸和不规则器件)和高速贴片机(主要贴小元件);根据贴片机供料器的位置和贴装头数量的多少,可分为大型机、中小型机和复合型机。

贴片机虽然有如此多的类型,但它们的基本组成结构都是一样的,一般都有以下五个部分组成:一、机械系统,包括机械外壳、传动系统和伺服定位系统。机械外壳是贴片机的骨架和皮肤,起到支撑和保护的作用。传动系统负责传送PCB。伺服定位系统支撑着贴片头,保证其精确定位、精确移动。

二、检测识别系统,包含识别系统和各种传感器。识别系统对PCB、供料器和元件进行辨认。各种传感器时刻检测着机器的运行状态和数据。

三、供料设备,供给贴片头所需元件,料名、放置位置、吸着位置、供料步进和供料角度是其关键参数。

四、贴片头,这是贴片机最关键的部件,精确完成pick-and-place的工作。

五、计算机控制系统,贴片机的指令中心,如同人的大脑,记载着大量的机器参数,处理识别设备及各传感器的信号并根据贴片程序控制贴片机的贴装动作。

贴片机的这一结构基础决定了其工作方式就是在贴片程序的控制下完成吸取—分析—放置等功能,其工作流程大致如下:开机—机器初始化—选择程序—进板和定位—不断重复吸料、分析对位、贴放直到程序中所有元件贴放完成—出板—结束。可以看出,贴片程序是整个贴装过程的控制和指令中心,那么贴片程序是通过怎样的方式来完成控制功能的呢?我们通过对SONY、SIEMENS和EUROPLACER贴片程序结构的分析和总结,发现对于各种不同生产厂家、不同类型的贴片机,所用来控制机器运动、按照产品所需实现元件贴装的产品程序的基本结构也是大体相同的。贴片程序结构如下所示:

产品贴片程序 程序名称 程序基本设置 机器参数配置资料 机器坐标参考原点

元件封装库 供料器数据库 PCB尺寸信息 PCB贴装校正 贴装元件列表 吸嘴配置

供料器配置 基准点坐标校正 程序原点偏差 贴装坐标、角度 元件贴装顺序

程序所需吸嘴 更换吸嘴顺序 物料名称和供料位置 供料步进和角度

各种不同的贴片机的程序结构基本相同,所不同的只是数据格式和文件格式。下面我们来具体讲讲SONY、SIEMENS和EUROPLACER三种贴装设备的贴片程序编制。这三种贴片机程序编制的准备阶段要做的工作是完全相同的。首先要准备齐编程所需的三个原始资料:

1、BOM,也就是元器件明细表,包括有元件的物料编码、物料的型号及描述、封装、元件的位号和此物料在产品中的用量等信息。

2、中心坐标文件,即每个表贴元件的在线路板上的位置的坐标列表,主要包含五列信息:位号,X坐标,Y坐标,角度,正背面。现在常用的PCB设计软件都可以直接导出装配所需的坐标文件,常见的坐标文件格式如下所示:

 3、GERBER图:直观的向我们展示PCB的外形(单板或拼版)和尺寸(判断是否适合上机贴装等),还向我们提供每个元件的封装尺寸信息,方便在编程时建立元件封装。同时GERBER图还有一项更重要的作用,那就是提供元件贴装的实际角度,虽然坐标文件里已经有元件角度了,但由于不同设计者或不同贴片机对角度的定义不一致,在编程时必须再按实际贴装角度调整程序。常见GERBER图如下所示:

在准备好了以上资料后,我们就可以开始编程了。SONY、SIEMENS和EUROPLACER三种贴片机的程序编制都主要分为四个步骤:一、数据处理与核对;二、建立元件封装;三、贴装坐标校正和贴装角度核对。四、贴装程序优化。在后三个步骤上这三种贴片机各不相同,但在第一步却完全相同。下面我们一步步详细介绍。

第一步,数据处理及核对。它是程序编制的第一步,但却是保证程序正确性的最关键的一步!从事此工作需要十分地仔细和耐心,不能有任何遗漏或疏忽。此过程要避免“错编”、“漏编”、“多编”,要能发现BOM中的问题。可是说整个编程工作所需要的就是仔细再仔细,细心再细心。首先按照一定的命名规则给BOM中的每一种物料命名,这里最关键的就是命名规则的制定,要使不同的人编的料名一致,这样可以尽可能少地建立元件封装,也能让一线工人减少找料上料的时间。我们在对比了SONY、SIEMENS和EUROPLACER三种贴片机导入数据的文件格式后,给它们建立了统一的命名规则,大大方便了编程前期准备和转线编程。比如:0201的5.1k电阻,精度为1%,我们就统一命名为“R0201_512F”,0402的0.1uf电容,我们就命名为“C0402_104”,如果有相同封装相同值的我们就加上精度和耐压值作为区分。

在命名完成之后我们就要把BOM和坐标文件合并,以得到贴装的CAD数据。合并的过程其实也就是以坐标文件为基准,按其中的位号去处理好的BOM中找料名,从而得到一个由料名、位号、X坐标、Y坐标、角度、正背面六列组成的表格。此过程可以通过excel的宏命令实现,也可以下载一些专门的转换软件来实现,后者比较方便快捷,但是对BOM和坐标格式有诸多要求和限制。

合并完成后我们就要对CAD数据进行核对了,因为在我们命名时很可能会出现错误,而且BOM本身也会存在错误。核对时要逐项查看料名是否正确、位号数是否正确、相似物料是否已区分开等。我们在做这一步时不仅是确保自身的工作没有问题,同时还要发现BOM的问题,保证客户的产品准确贴装。

核对完成数据没问题就可以把CAD存为相应的格式(SONY为.csv格式,SIEMENS为.cad格式,EUROPLACER为.txt格式,在相互转线时只需要把CAD文件存为相应的格式就可以了),然后导入各自的编程软件,第一步工作就完成了。

第二步,建立元件封装。此步骤三中贴装设备略有不同,但主体思想基本一致,先来看看SIEMENS封装的建立。SIEMENS的封装0度定义为器件一脚在平面直角坐标系的第三象限,沿逆时针旋转为角度增加,下图为不同类型封装0度时的放置。

建立新封装先选择元件外形,SIEMENS元件外形一般分为四种: 1、PDC:指CHIP,MELF等没有引脚的元件; 2、REGULAR  FDC:①元件轴对称②元件引角角度为0°,90°,180°,270°③元件每一边只有一种管脚;3、INREGULAR FDC:不对称的元件;4、BGA:指BGA类的元件。然后输入元件尺寸信息和公差范围,最后选择合适的吸嘴和供料器就完成了。西门子的料名库(.be文件)和封装库(.gf)文件是彼此独立的,be文件通过封装编号调用gf文件。即多个不同料名的be文件可以对应同一个gf文件,这种对应关系可以尽可能减少建立新封装。

SONY的封装0度定义与SIEMENS相同,都是元件一脚在直角坐标系的第三象限,所不同的是角度增加方向是顺时针,如下图所示:

SONY的封装库只有料名库,即每一个料名就对应一个封装,建新封装时在离线编程软件CPS中找相同封装的料,然后复制它的封装,输入新的料名就可以了。如果没有完全相同的料,就复制一个相同类型尺寸相近的料,然后给上新的料名,输入尺寸,选择合适供料器和吸嘴即可。

EUROPLACER贴片机的封装0度定义和SONY、SIEMENS都不相同,提定义元件一脚在直角坐标系的第二象限为0度,沿逆时针方向旋转为角度增加。

EUEOPLACER的封装库和料名库也是各自独立的,其关联方式和SIEMENS一样,遇到新料名时,只需要输入对应的封装名就可以了,比如成R0201_101,只需要选择封装“0201”就可以了。有一点不同的是,EUEOPLACER的供料器选择信息不是在封装里设定,而是在料名里设定。

封装都做好之后就可以进行贴装坐标校正和贴装角度核对了。由于我们使用的SIEMENS机型是较老的S20和F5,其程序界面没有直观的图形模式,因此其贴装角度核对起来没有那么方便。但现在SIEMENS的新机型已经有了非常好的图形模式。

SONY贴装坐标和角度可直接在编程软件上调整,其模拟图形也很直观,但缺点是在调整角度是只能逐个更改,不能一次改多个。

EUROPLACER的程序界面就非常直观了,左边是贴装元件列表,右边是PCB模拟图,元件列表可以任意按料名或位号排序,调整角度时可同时调整多个物料。

前面的工作都完成之后就要进行程序优化了,SONY、SIEMENS和EUROPLACER的贴片程序优化思想都一样,都是按照一定的算法使得组成贴装线的几台贴片机之间以及一台机器的几个头之间的贴装时间和贴装元件数达到平衡,从而追求最高的生产效率。程序优化好之后就可以供生产使用了,编程人员一定要关注首件生产时的调试问题,并不断地分和总结,把因为编程问题的停机调试时间降到最低,为企业创造更多的价值。