基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法
【專利摘要】基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法，屬于電氣技術(shù)及電氣工程領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有貼片機(jī)表面貼裝工藝優(yōu)化算法所獲得的解僅是局部最優(yōu)解，并不是全局最優(yōu)的元件調(diào)度方案因此限制了生產(chǎn)速度和工藝的效率的進(jìn)一步提高的問(wèn)題，通過(guò)使用聚類分析算法，將不同種類的元件進(jìn)行分類；對(duì)分類的元件集合建立元器件貼裝循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)模型；采用遺傳算法得到貼裝順序及供料器位置配置最優(yōu)解；貼裝順序及供料器位置配置最優(yōu)解分別提供給貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)和供料器分配子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貼裝工藝的優(yōu)化。本發(fā)明用于多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化。
【專利說(shuō)明】基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉一種多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法，屬于電氣技術(shù)及電氣工程領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]表面貼裝技術(shù)(SMT)是目前電子組裝行業(yè)中被廣泛應(yīng)用的一種工藝，其將表面元器件(無(wú)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(zhǔn)確放置元件又能提高生產(chǎn)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(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)已成為表面貼裝技術(shù)最大的市場(chǎng)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于諸如航天、汽車、家電等行業(yè)。
[0003]貼片機(jī)是表面貼裝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)形式，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在電子組裝生產(chǎn)線中，貼片機(jī)是整個(gè)生產(chǎn)工藝的核心技術(shù)，其生產(chǎn)速度直接影響到工藝的效率。針對(duì)多吸嘴貼片機(jī)(如圖1所示)，應(yīng)該滿足以下條件，一是盡量保證多個(gè)吸嘴能夠同時(shí)吸取元件；二是每個(gè)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?jiǎng)t可以直接貼裝元件，若需要?jiǎng)t要到上視相機(jī)處利用圖像修正貼裝位置，一般對(duì)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(shí)間。因此，優(yōu)化元器件貼裝工藝、縮短貼片機(jī)的貼裝時(shí)間具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程價(jià)值。在實(shí)際的生產(chǎn)流程中，貼片時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將導(dǎo)致電子印刷版上的焊膏失效，元件貼裝效果變差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量；而縮短工藝時(shí)間可以明顯改進(jìn)上述不足。目前，優(yōu)化算法主要分為兩種。一種是已知供料器位置的情況下優(yōu)化貼裝順序，另一種是元件貼裝順序固定的情況下優(yōu)化供料器排列位置。常用的方法是對(duì)兩種情況分別建立元件貼裝順序優(yōu)化數(shù)學(xué)模型并計(jì)算最優(yōu)解。常用的算法主要有蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，所獲得的解往往是局部最優(yōu)解，限制了生產(chǎn)速度和工藝的效率的進(jìn)一步提聞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有貼片機(jī)表面貼裝工藝優(yōu)化算法所獲得的解僅是局部最優(yōu)解，并不是全局最優(yōu)的元件調(diào)度方案因此限制了生產(chǎn)速度和工藝的效率的進(jìn)一步提高的問(wèn)題，進(jìn)而提出了基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法。
[0005]基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法，按照如下步驟進(jìn)行:
[0006]步驟一、使用聚類分析算法，將不同種類的元件進(jìn)行分類；
[0007]步驟二、對(duì)步驟一中分類的元件集合建立元器件貼裝循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)模型；
[0008]步驟三、根據(jù)步驟二中建立的元器件貼裝循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)模型，采用遺傳算法得到貼裝順序及供料器位置配置最優(yōu)解；
[0009]步驟四:將步驟三得到的貼裝順序及供料器位置配置最優(yōu)解分別提供給貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)和供料器分配子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貼裝工藝的優(yōu)化。[0010]步驟三根據(jù)步驟二中建立的元器件貼裝循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)模型，采用遺傳算法得到貼裝順序及供料器位置配置最優(yōu)解的具體過(guò)程是:
[0011]1、不同類別的元件貼片循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)建模后產(chǎn)生初始種群；
[0012]I1、依次進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算、選擇、交叉、變異、產(chǎn)生新種群并循環(huán)以上五個(gè)過(guò)程計(jì)算
[0013]得到每個(gè)種類元件的最優(yōu)貼片順序及供料器配置位置。
[0014]步驟一中使用聚類分析算法，將不同種類的元件進(jìn)行分類，得到優(yōu)化貼片數(shù)據(jù)的方法具體步驟如下:
[0015]步驟一一:貼片機(jī)的貼片數(shù)據(jù)包含即將生產(chǎn)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(guī)格,建立一個(gè)元件屬性向量表示:
[0016]X= [X1, X2, X3, X4]
[0017]X1表示元件是否需要上視檢測(cè),取值為O時(shí)表示不需要,取值為I時(shí)表示需要；X2表示元件的類型，取值為O時(shí)表示該元件為電阻，取值為I時(shí)表示該元件為電容，取值為2時(shí)表示元件為發(fā)光二極管，其它類型依次類推；x3表示元件的值大小，當(dāng)取值為O時(shí)表示元件無(wú)值大小，如發(fā)光二極管或者運(yùn)算放大器，當(dāng)取值為10時(shí)表示電阻阻值為10K，取值為0.1時(shí)表示電容大小為0.1 μ F ；χ4表示元件的封裝類型和規(guī)格，取值為O時(shí)表示為CHIP_0805，取值為I時(shí)表示CHIP_0604，其余依次類推；
[0018]步驟一二:根 據(jù)步驟一中建立的元件屬性向量，采用聚類算法將元件進(jìn)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(shù)最小則該元素歸屬這一群聚類；
【權(quán)利要求】
1.基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法，其特征為按照如下步驟進(jìn)行: 步驟一、使用聚類分析算法，將不同種類的元件進(jìn)行分類； 步驟二、對(duì)步驟一中分類的元件集合建立元器件貼裝循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)模型； 步驟三、根據(jù)步驟二中建立的元器件貼裝循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)模型，采用遺傳算法得到貼裝順序及供料器位置配置最優(yōu)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(yōu)解分別提供給貼片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)和供料器分配子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貼裝工藝的優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法，其特征為步驟三根據(jù)步驟二中建立的元器件貼裝循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)模型，采用遺傳算法得到貼裝順序及供料器位置配置最優(yōu)解的具體過(guò)程是: 1、不同類別的元件貼片循環(huán)次數(shù)數(shù)學(xué)建模后產(chǎn)生初始種群； I1、依次進(jìn)行適應(yīng)度計(jì)算、選擇、交叉、變異、產(chǎn)生新種群并循環(huán)以上五個(gè)過(guò)程計(jì)算 得到每個(gè)種類元件的最優(yōu)貼片順序及供料器配置位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法，其特征為:步驟一中使用聚類分析算法，將不同種類的元件進(jìn)行分類，得到優(yōu)化貼片數(shù)據(jù)的方法具體步驟如下: 步驟一一:貼片機(jī)的貼片數(shù)據(jù)包含即將生產(chǎn)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(guī)格,建立一個(gè)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(cè)，取值為O時(shí)表示不需要，取值為I時(shí)表示需要；X2表示元件的類型，取值為O時(shí)表示該元件為電阻，取值為I時(shí)表示該元件為電容，取值為2時(shí)表示元件為發(fā)光二極管，其它類型依次類推；x3表示元件的值大小，當(dāng)取值為O時(shí)表示元件無(wú)值大小，如發(fā)光二極管或者運(yùn)算放大器，當(dāng)取值為10時(shí)表示電阻阻值為10K，取值為0.1時(shí)表示電容大小為0.1yF ;x4表示元件的封裝類型和規(guī)格，取值為O時(shí)表示為CHIP_0805，取值為I時(shí)表示CHIP_0604，其余依次類推； 步驟一二:根據(jù)步驟一中建立的元件屬性向量，采用聚類算法將元件進(jìn)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(shù)最小則該元素歸屬這一群聚類；d(Xi, Cq) ==Θ

?τ=\
i=2to N 其中m={l，...，N}代表元件的序號(hào)，N代表元件的總數(shù)；q代表聚類數(shù)；Cq代表第q個(gè)聚類集合；?表示距離的最小值且?=0 ;d(Xi，Cq)表示從向量X到聚類Cq的距離； 步驟一三:根據(jù)步驟二可將全部元件分成q類，并給出每個(gè)聚類中的元素個(gè)數(shù)；通過(guò)聚類分析算法將貼片數(shù)據(jù)根據(jù)不同的屬性劃分為可數(shù)個(gè)類型集合；根據(jù)不同的類型集合按照不同的貼片流程處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法，其特征為:步驟三中采用遺傳算法得到貼裝順序及供料器位置配置最優(yōu)解具體為:采用遺傳算法獲得取件過(guò)程中各類型元件的供料器個(gè)數(shù)和安放位置，針對(duì)整個(gè)貼片過(guò)程而言能夠在取件總次數(shù)一定的情況下路徑最少； 取件過(guò)程遵循以下條件:一、最大化多個(gè)吸嘴同時(shí)取件次數(shù)；二、供料器的個(gè)數(shù)最少為I個(gè)，三、距離PCB板最近的供料器位置為I號(hào)庫(kù)位，其余庫(kù)位距離依次增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于聚類分析與遺傳算法的多吸嘴貼片機(jī)貼裝工藝優(yōu)化方法，其特征為步驟三中循 環(huán)計(jì)算的次數(shù)為50次。
【文檔編號(hào)】G06N3/12GK103717007SQ201410028466
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】高會(huì)軍, 王楠, 于金泳, 王光, 寧召柯, 姚泊彰 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)