贴片机控制系统软件的设计与元件贴放顺序的优化

摘要

表面贴装技术在印刷电路板级产品制造中有着越来越广泛的应用，贴片机作为SMT生产线中技术含量很高的设备之一，是集机械、电气、光学及计算机技术为一体的综合系统。本课题以苏州大学机电工程学院SMT实验室中QuadQSP-2型贴片机为实践平台，在保留其原有机械结构、更换部分硬件结构并在往届研究人员的研究基础上，设计并改进了贴片机的系统控制软件，实现了贴片机的自动贴片等基本功能；在分析贴片机贴装工艺流程的基础上，将贴装顺序的问题转化为经典的组合优化问题——TSP问题，并将改进的蚁群算法——MMAS（最大最小蚂蚁系统）应用于贴装顺序的优化，设计了算法相关的参数与程序，并进行了仿真实验，实现了对元件贴放顺序的优化。
　　 在研究的过程中所做工作主要分为三个部分。第一部分是对贴片机硬件结构的分析与研究，确定各个部分的控制策略。第二部分是在往届研究人员的研究基础之上，设计并改进了QuadQSP-2型贴片机系统控制软件，包括底层驱动程序、各运动轴控制、PCB数据管理的设计及自动贴片功能的设计等。第三部分是应用MMAS算法设计并实现对元件贴装顺序的优化，包括基本蚁群算法的原理、MMAS算法参数的确定、算法实现的思路等。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 表面贴装技术简介

1.3 贴片机概述

1.3.1 贴片机的种类

1.3.2 国内外研究历史、现状及趋势

1.4 课题的来源及研究贴片机的意义

1.4.1 课题来源

1.4.2 课题研究意义

1.5 论文内容安排

第二章 贴片机系统硬件构成与分析

2.1 贴片机工作流程

2.2 QUAD QSP-2型贴片机结构组成

2.3 机架与机壳

2.4 运动控制器

2.5 贴装系统

2.5.1 X-Y轴伺服定位系统

2.5.2 Z-T轴伺服定位系统

2.5.3 直流无刷电机驱动器

2.6 PCB传送机构分析

2.6.1 PCB传送机构介绍

2.6.2 PCB传送机构的控制

2.7 机器视觉系统

2.7.1 下视摄像头

2.7.2 上视摄像头

2.7.3 图像采集卡

2.8 本章小结

第三章 贴片机控制系统软件设计

3.1 系统控制软件总体设计思路

3.2 控制系统的初始化

3.2.1 开启并复位运动控制器

3.2.2 专用输入信号初始化

3.2.3 各控制轴初始化

3.2.4 运行状态监测

3.3 各轴驱动程序的设计

3.3.1 运动控制模式的选择及相应运动参数的设定

3.3.2 X-Y、Z-T轴驱动程序

3.3.3 PCB传送系统V、W轴驱动设计

3.4 各轴归零的设计

3.4.1 伺服定位系统各轴归零程序的设计

3.4.2 PCB传送系统W轴归零程序的设计

3.5 系统调试功能的设计

3.6 编辑贴片功能的设计

3.6.1 创建PCB板功能

3.6.2 配置料槽和吸嘴功能

3.6.3 配置元器件

3.6.4 贴片控制

3.7 本章小结

第四章 基于蚁群算法的元件贴装顺序的优化设计

4.1 决定贴片机效率的主要因素

4.2 贴放过程的数学模型

4.2.1 对优化问题的简化

4.2.2 贴放过程的数学模型

4.2.3 旅行商问题

4.2.4 几种常用算法求解TSP问题的比较

4.3 蚁群算法及其改进

4.3.1 蚁群算法的基本原理

4.3.2 基本蚁群算法的数学模型

4.3.3 基本蚁群算法的实现

4.3.4 基本蚁群算法的特点与不足之处

4.3.5 改进的蚁群优化算法

4.4 优化算法的实现

4.4.1 参数的选择

4.4.2 算法的设计方案

4.4.3 可行性验证

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

附录1 命令错误寄存器定义

附录2 部分TSP标准问题库

1.chn31问题

2.att48问题

致谢