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《华南理工大学》 2005年
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高速高精度多功能贴片机及产业化关键技术研究

袁鹏  
【摘要】:表面封装技术(SMT)是衡量电子制造业技术水平的重要标志,全自动贴片装备是SMT生产线中的关键设备。该类设备长期依赖进口,国内一直未有成功研制的并市场化的报道。作者三年来一直致力贴片机核心技术的研究,目前已与广东风华高科属下肇庆新宝华公司成功合作完成贴片机的研发工作,并已推向市场。 本文对高速高精度全自动贴片机研制过程中的关键核心问题进行了深入的研究。取得了以下几个主要成果: 1.在深入分析系统性能需求的和借鉴国外先进机型设计经验的基础上,对贴片机的整体硬件设计方案进行了讨论。设计了基于PC104结构的贴片机的IO控制系统。对运动控制系统中XY两个关键运动轴的性能需求做了重点分析,并介绍了解决的方案以及实际达到的性能指标。讨论了视觉处理系统的方案选择,并分析了本机所采用的飞行对中视觉处理技术的优点。 2.针对贴片机元件图像识别的高速高可靠性的图像识别定位算法的研究,提出了将分水岭变换、边缘检测与阈值分割相结合以及集水盆合并处理的改进算法。该算法可以比较好的处理物体的分割和背景的抑制与消除问题。实现了贴装元件图像的正确分割。 3.讨论了现有图像模板匹配算法在贴片机芯片定位应用中的缺陷,提出采用点模式匹配算法对QFP、BGA等高密度管脚芯片进行图像定位处理。算法中考虑到一般IC芯片引脚多为对称布局的特点,提出一种快速点模式匹配算法,该算法效率较高,可大大减少了匹配的计算量。通过用IPC-9850 QFP100评估板进行评估,结果表明所设计的算法完全达到贴片机芯片图像定位的可靠性、重复性以及定位精度的要求。 4.在研究贴片机贴装时间优化算法方面,以多贴装头直列动臂式贴片机为研究对象,以工PC-9850 1608C标准板为范例详细地分析和论述了此类贴片机贴装时间优化问题的研究内容。针对喂料器已指派情况下的元件贴装顺序优化问题,首次提出了基于伞布搜索(SS)优化算法,并详细介绍了具体实现步骤。首先,介绍了SS算法初始种解的生成方法以及如何保证初始种解的多样性,从而增加搜索收敛于全局最优解可能性的方法。其次讨论了待评估解的改良算法的设计思路和实现方法。再次,从所研制的贴片机贴装优化的特点出发,提出了SS算法参考解集的生成和合并规则以及如何避免参考解集重复解的判定方法。最后对该算法的优化效果进行了验证。结果表明所设计的SS算法整体的优化效果比遗传算法GA提高14%~25%。随着元件数量的增加,SS2算法的优化性能也更好。 5.在喂料器指派问题方面,指出目前已知算法存在元件类型—喂料器一一映射的强约束条件,无法满足实际生产的需求。针对本文所研制的贴片机的结构特点,提出了一种不同于已有算法的优化算法。该算法提出元件类型—喂料器一多映射的改进思路,从混合优化的角度出发,在问题的不同求解阶段采取不同的优化策略,在降低问题复杂度和简化求解过程的同时,还能保证得到一个较为合理的优化方案。通过对IPC-9850 1608C标准板进行优化验证,以及与基于BIA免疫算法的优化算法的比较,试验结果表明该算法性能已达到进口同档机型的水平,整体的优化效果比BIA免疫算法要好。该算法具有优化效果较好、运算时间短的优点,适用于大规模或超大规模贴装时间优化问题的求解。同时,该算法具有较强的通用性,适用于任意数目贴装头的贴片机。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP391.41;TN405

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