贴片机控制系统软件的设计与元件贴放顺序的优化

论文摘要

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Quad QSP-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Quad QSP-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。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 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