作者：中山之行者 文章来源：SMT工程师之家

前言

作为一种高度自动化和智能化设备，贴片机的软件系统对于设备的功能、效率、性能和易用程度以及灵活性具有非常重要的作用。

一、软件系统功能概述

贴片机是实现电子组装自动化和高效率的关键设备，涉及更先进的复杂的高速高精度动/静态计算机视觉技术、多任务及多变量运动控制和优化技术、柔性机械设计与精密加工技术等，是一非常有代表性的集光、机、电、机器视觉和自动化技术于一体的先进制造设备，其软件系统也是一个综合的计算机工业控制应用系统。

1、整机系统功能结构

贴片机软件系统的目标是实现整机系统功能。一般贴片机整机系统功能由PCB数据管理和工艺优化等子系统及人—机交互中心构成，如下图所示。

2、软件系统整体结构

贴片机系统软件包含的模块有：数据库管理系统、控制系统（含运动控制子系统和信号控制子系统）、视觉系统、安全监控、系统调节及帮助系统，如下图所示。近年来，有些高档新型贴片机还嵌入了设备智能管理模块，使软件系统更加完善。

3、贴片机软件系统环境

贴片机软件开发环境包括操作系统（人—机交互中心）、数据库、机器视觉系统通用视觉库以及计算机高级语言等，例如，OS/2、Windows、Visual C++6.0、通用视觉库CVL和PEWIN3等。

虽然每一家贴片机制造厂商都有自己特色的贴片机软件系统，但由于Windows系统友好的人—机界面，现代贴片机操作系统基本上都采用Windows作为操作系统。

二、操作及控制界面

本节后面的内容，以环球公司贴片机软件UPS+为例，说明机器软件系统。早期环球公司贴片机使用OS/2操作系统，机器运行软件是UPS，系统运行稳定。后来开发出了在Windows环境下运行的机器软件UPS+，并不断升级完善扩充功能，成为功能强大、易学易用的软件，目前，UPS+软件运行于Windows 2000 Professional环境下。

在机器生产过程中，首先要了解机器开关电的步骤。

1、系统初始化与运行模式选择

（1）开机加电后，用户登录界面（如下图所示）

用户登录后，等待机器初始化（如下图所示）。

初始化结束，转开E-STOP开关。

需要注意的事项如下所述。

① 关闭机器顺序：

• 按下E-STOP开关；• 关闭所有UPS+的应用程序，并等待15s；• 关闭计算机并等待系统提示；• 断开电源开关。

② 如需重新启动机器，需在关机后等待15 s才可重新开电。

（2）完成开机的标志已开机的标志：

• UPS+完成初始化。• 在安装产品后，UPS+控制面板上的Messages（信息）选项将告诉机器已做好归零准备。• 按下启动按钮，将机器归零，完成联锁机构的穿透销（Shot Pin）运动，将机罩固定到位。在任何一个机器轴将要移动前，联锁穿透销将运动到位。

（3）安调用产品

选择Load Product图标，选择生产所需程式，设定安装选项并设定产量及设备运行模式；按下Run按钮执行程式（如下图所示）。

2、系统检查

检查Messages（信息）选项。如果机器已加电，且安装的产品有效，应显示：机器已做好归零准备。归零后，Messages（信息）选项显示：机器已做好启动作备。在开始生产前，检查送料器设定、吸嘴设定和元件方向。

（1）检查送料器（如下图所示）

检验料方向：在UPS+控制面板上，选择送料器状态。（双击图形栏内的元件，可放大图片）。

（2）吸嘴检查与设置

吸嘴设定：如下图所示。

① FlexJet头：在UPS+控制面板上，选择Machine Setup（机器设定）。

选择Head/Changer Setup（头/更换器设定），单击Invoke（调用）（Mount head Nozzles[安装头吸嘴]或Mount Changer Nozzles[安装更换器吸嘴]）。在Choice（选择）条目下，指定是Front Head（前头），还是Rear Head（后头）。选定Activate（激活）。在头移动到一个安全位置后，头的转轴Spindle将向下运动（Fire），或者吸嘴更换器向上运动以进行设定。

要改变头或更换器的配置，选择Machine Configuration（机器配置），右键单击要配置的头或更换器，通过选定Orientation（方向），选择要查看组件的视图。右键单击该组件后，选择Edit Head（编辑头）或Edit Changer（编辑更换器），然后在配置屏幕内进行修改，使配置与机器上的吸嘴设定一致，再选择OK。

• 需在Head/Changer Setup（头/更换器设定）屏幕与Machine Configuration（机器配置）屏幕之间切换，以完成核对。• 对于FlexJet头，简易方法是取下头上的所有吸嘴，再对头和更换器均进行配置，每个吸嘴安装在吸嘴更换器内的同一个位置上。

② Flex Head头：

步骤与FlexJet相同，但Flex Head头上的转轴Spindle不会向下运动。对于Flex Head，更换器通过真空气动方式更换吸嘴，头的每个吸嘴更换器只能有一个空位。

3、系统运行

（1）GMS归零

① 必须将机器归零才能开始生产。此操作将各个轴计数器归零，从而使GSM能够知道各个轴的位置。

② GSM有两种归零：长归零和生产方式归零（也称为短归零）。在短归零中，送板组件不会再次归零。

③ 归零过程：

• 所有的急停开关必须位于“ON”（接通）位置。• 在加电并安装一个产品后，第一次归零是长归零。• 若进行短零后立即又长归零，则至少有一个线性光尺（X或Y）需要进行清洁。

（2）Dry Cycle空循环运行产品[取消Full Cycle（全循环）选项]

空循环通常用于检查是否能够找到基准点位置，也可检查新创建产品的产量。

（3）单步方式运行产品

单步方式用于降低机器运行速度，以看清动作顺序，在排除元件取料和贴片故障时提供帮助。选择Machine Operation（机器操作），选择Step Mode（单步方式），单击OK按钮，如下图所示。

注意：当处于单步方式时，不得离开机器。如果转轴Spindle长时间停留在下部位置，Z轴电动机可能烧毁。

4、环球GSM贴片机常见问题及恢复操作

（1）安装产品后，机器不执行归零

• 检查所有的急停按钮，在最后一个按钮松开时，应听到气声。• 检查确保Cycle Stop循环停止按钮已拉开。• 打开再关上联锁机罩，在急停开关松开后按下Start开始按钮，应听见离合器啮合的声音。

（2）机器执行一次短归零，然后再执行长归零需要清洁线性光尺。

（3）基准点错误恢复（如下图所示）

（4）恢复选项概述

恢复选项如下表所示。

从送料器错误中恢复，恢复选项如下表所示。

警告！在因送料器未安装状态而停机后，一旦重新装上送料器，机器将立即恢复运行。在安全电路接通时，不得将手伸入机器护罩内。

（5）跳过和启用送料器

在送料器状态图中，选定该送料器。选择Bypass/Enable（跳过/启用）按钮（如下图所示）。

改变Matrix Tray矩阵盘行和列的设置：

① 在操作界面中单击Change Row/Column图标。

② 选择需修改的元件，输入正确的数值，按下Update按钮后退出。行号和列号由首次拾取位置（矩阵盘配置重取料 X 和 Y 值）决定。

要将所有矩阵盘的首次拾取重置为1和1，选择Select All，然后选择Reset（重置）（如下图所示）。

（6）清空抛料站

在抛料站装满或者未装好时，GSM将显示一个错误恢复对话框，清空或装好抛料站后恢复正常运行（如下图所示）。

送板错误恢复：显示一个错误恢复对话框，按提示执行，即可恢复（如下图所示）。

（7）运行一Segment Repair（区段修复）产品

此功能必须在机器配置中选中才能有效。选中后，如果急停按钮在生产中被按下，机器会自动创建一个区段修复产品，并保存在C：USOSPRODUCTSSEGREP目录内。显示两个选项，允许完成当前产品（如下图所示）。

（8）机器预取料，希望停止生产，而不损失元件

选择Machine Operation（机器运行）图标，再选择Circuit Count（拼板数）将值改变为比当前拼板数的值多1，机器完成设定计数后停止运行。

三、编程要素

编程有很多要素，下面以环球公司为例介绍编程流程图。

（1）创建新产品流程图创建新产品流程图如下图所示。

在环球公司UPS+软件环境下，基本的编程步骤如下所述。

（2）创建新产品步骤（如下图所示）

注意：理解元件的转动/方向（如下图所示，每个元件上的白点是一个方向标记）。

• 元件数据库中每个元件的转动/方向。• 送料器中元件的转动/方向。• PCB上元件的转动/方向。所有元件方向都相对于数据库中的定义设定。
示例元件（如在元件数据库中所见）：当然，在程序优化达到有效后，也未必是最合理的，还要经过模拟、必要的步骤调整及编辑才能达到时间最短，生产效率最高。

四、 智能管理系统

下面以环球公司Dimensions软件（DPO）为例，来说明智能管理系统，如下图1和图2所示。

图1     管理系统组成图

图2     智能管理系统示意图

1、Dimensions编程和优化（DPO）
总体描述：Dimensions编程和优化软件（DPO）模块具有线编程能力，环球公司提供各种表面贴片线配置，包括下列功能。

• CAD数据导入：帮助用户导入各种CAD格式，向目录添加元件定义，为机器创建程序。

• 线平衡和优化：通过反复模拟提供线平衡和送料器分配。

• 类别设定：根据用户偏好为一组程序定义送料器类别设定。

• 通用的线平衡：提供一个“通用模块”用来对不同制造商的设备进行线平衡。

（1）CAD数据导入
DPO提供ASCII文件导入能力，此功能与环球（UPS+）机器操作系统提供的功能一样。下表列出了导入DPO的ASCII CAD文件的格式例子，各列代表基本CAD导入所需的最少区域。附加区域如元件描述和形状信息，在CAD导入过程中，对于给新元件号配置形状定义是必需的。

如果CAD文件如下表所示不包含“元件号”区域，那么DPO就需要一个物料表（BOM）文件，组成导入过程的一部分。

DPO还具有导入各种标准工业CAD格式的能力，用户可以根据需要订购一个或多个读出器组。CAD读出器不是DPO标准配置，读出器组中的CAD格式不能和DPO混在一起满足客户需要。

（2）主元件目录

DPO有一个主元件目录，内有大多数工业标准的贴片包装，例如，SOIC14，QFP100和805RES等。此目录是非常有用的元件信息源，默认元件定义中的信息能像编程序过程创建的新元件一样被轻易剪切和粘贴，如果通过从主目录中的元件定义里复制信息，它们有相同的形状特征，那么软件允许一次创建一组新元件号。通过从默认元件定义中复制信息创建的用户定义与最初的目录定义无关。

（3）线平衡与优化

DPO软件能用来平衡贴片机组装线或优化单个机器。常见的功能是CAD导入功能、综合导入/导出工具、主元件目录、主送料器目录、吸嘴目录、机器配置编辑、产品编辑及机器和机器模拟。另外，DPO包括线平衡器、类别设定、特殊CAD导入、HSP高速机优化和模拟功能。当一条机器线上的产品需要平衡时，DPO开始把贴片分开给线上的每个机器，初始分开基于元件的几何形状、线上机器的配置和选择的用户偏好，以及每个机器允许的最大元件元件尺寸。DPO用默认产量和元件尺寸，比如每个机器的最大元件尺寸，基于机器的配置，DPO对每种机器使用默认产量。在每个产品基础上，用户能改变和自定义设定值。一旦初始分开创建，DPO通知优化器为线上每个机器创建程序，然后再通知模拟器去模拟每个机器程序。DPO多次比较模拟器，检查线体是否按照用户偏好平衡，用户选择产品需要的平衡百分比默认值是10%，这意味着最快的和最慢的机器运行时间相差在10%时间范围内。如果模拟次数没有提供用户要求的平衡，DPO就会把贴片从最慢的机器移到最快的机器，再开始另外一个优化和模拟循环，这个过程一直持续到获得要求的平衡。如果要求的平衡不能获得，DPO在15 次循环后停止并报告。DPO还允许用户在最佳产量和最佳平衡程序之间选择，作为最终输出。

（4）编辑程序能力

编辑器赋予用户管理程序、元件数据库、送料器数据库和吸嘴数据库的能力，编辑器还包括优化器和模拟器以创建单个机器的程序并达到运行次数。HSP高速机程序不能用DPO软件编辑。

（5）编辑和建立机器配置的能力

DPO软件能用来建立和编辑机器的配置。线模板能扩展为一个或多个机器，然后用来进行程序模拟。软件还包括高速机HSP 4796和HSP 4797的机器配置，但是这些模板不能被编辑。DPO软件能用来备份程序、元件数据库和机器配置数据，还能从机器或其他DPO站恢复备份数据，并在DPO软件的镜像目录中保存。

2、DPO软件包括下列各项

• DPO软件CD；

• DDM计算机软件CD：仅用于高速机HSP；

• 软件许可证管理器；

• 文件手册CD。

3、离线PC要求下面是安装DPO的计算机最低要求说明：

• Pentium® 2.8 Ghz PC；

• 1 GB RAM；

• 20 GB高速硬盘；

• CR-ROM Drive光驱；

• 网络能力；

• SVGA显示器；

• Windows XP操作系统。

注意：DPO性能受到处理器速度、RAM总量和磁盘驱动器速度影响，为确保性能可接受，以上是最低要求。为保证有效运行，硬盘的空余空间至少5 GB，虚拟存储器的设定应保持PC的默认设定值。

4、DPO软件许可证管理文件

购买软件后，配有一个带有产品寿命的软件许可证文件，这意味着软件应用在许可过期前一直持续运行。

如果不是购买的产品，例如，借用进行短期评估或租用，会带有一个更短的许可证，在临时使用完成后，许可证过期。还有，一些购买才有的软件选项可能不在短期有效期内。

由于其他原因，例如，某个硬件失效或强加日期，软件许可证钥匙需要重新申请才有效。

5、线控制盒的总体功能

线控制盒软件模块（LCB）根据特定应用而提供。线控制盒为给定生产环境提供下列功能：

• 离线送料器设定和更换；

• 自动验证；

• 板水平跟踪；

• 拼板水平跟踪；

• 送料器上的料接近用完；

• 元件消耗跟踪；

• 料盘管理。

6、条形码标签发生器软件

条形码标签发生器软件最初创建是用来帮助那些元件料盘上没有条形码的客户的，条形码标签发生器软件允许客户提供基于打印了通用备件编号的表格，而号码与供货上的备件号码相关。元件供应商不用遵从标准条形码格式，因此其标签格式是变化的。软件允许管理员配置多个供应商摸板作为跟踪扫描区域的输入，然后允许用户打印一个格式一致的通用条形码。一些供应商能提供条形码标签，但是格式并非所需。软件还把一个现有通用的条形码标签复制成另外一个通用的条形码标签，如果希望为料盘加另一个标签而非改变一个另一个系统使用的条形码标签，这将是很有用的。

下图是组装生产线企业局域网内贴片机管理网络示意图。

The End