关键词:
贴片机
视觉检测
线段检测
聚类
遗传算法
摘要:
在全球消费电子产业竞争日益加剧的背景下,电子产品制造商正面临降低成本和缩短生产周期的重大挑战。作为电子产品制造流程中的关键环节,印刷电路板组装(PCBA)因其耗时较长,对整体生产线的运作效率具有显著影响。据统计,PCBA环节占据了总生产时间的20%至70%,成为制约生产效率提升的关键因素。为应对这一挑战,表面贴装技术(SMT)得到了广泛应用。其中,贴片机作为SMT技术的核心设备,通过集成先进的运动控制系统,显著提升了元件安装的速度与准确性。然而,在实际应用中,贴片机运动控制系统仍面临诸多亟待解决的问题,在贴片机运动控制系统中,最为突出的问题是如何科学合理地安排贴片机上元件的贴装顺序,以及如何进一步优化视觉检测效率。这两个问题的解决对于进一步提升SMT技术的整体效率具有至关重要的意义。因此,本文围绕上述两个核心议题展开了深入探讨,并提出了相应的解决方案。
针对传统贴片机视觉检测系统的改进,本文引入了下视相机检测方案。该方案通过检测矩形元件的长边缘线段作为元件定位及偏转角度的参考,实现传统上视相机纠偏功能的同时优化了元件必须移动到上视相机进行检测的步骤,能够进一步减少元件贴装的距离。该方案首先提出了一种基于熵值的自适应阈值分割方法,该方法即便在光照条件不稳定的环境下,也能够精确提取元件的轮廓。其次,针对概率霍夫变换提取出的断续线条问题,本方案通过结合权重融合聚类技术和随机抽样一致性(RANSAC)算法进行二次处理,提取出完整的边缘线段;基于该边缘线段可以准确检测出元件的角度。为验证本方案的有效性,对多种封装的元件进行了实验,结果表明,所提出的方案完全能够满足桌面贴片机对矩形元件角度检测的高精度、高鲁棒性要求。
针对贴装顺序优化问题,本文首先分析了现有拱架式贴片机的操作流程,并基于这一分析构建了一个精确的贴装路径模型,用于全面描述贴片机的贴装过程。随后,设计了基于均衡负载原则的吸头分配策略和基于邻近法的元件分配策略,有效减少了吸头移动的距离。最后,为进一步优化元件分配及贴装顺序,引入了改进后的遗传算法进行细化求解。通过该算法,能够在初步方案的基础上,进一步搜索并确定更优的元件贴装方案,以实现贴片机作业效率的最大化。经过仿真实验对比,本文提出的贴装优化算法相比多群体离散萤火虫算法,在平均贴装效率上提升了7.28%;与最小准则遗传算法相比,则提升了4.63%。此外,通过在上位机软件中集成贴装优化算法及视觉检测算法,并在样机上进行实际的贴片实验,进一步验证了本文所提方案的有效性。