SMT设备编程全攻略

SMT设备编程全攻略 -电子工业专用设备 SMT设备编程全玖略 鲜飞 (烽火通信科技股份有限公公司,武汉430074) ? 先进封装技术? 摘要:SMT生产线中的大多数加_T-设备均为数控设备.它们编程所需要的大多数 特征数据均 可从CAD 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 系统中得到.如何在CAD设计系统和SMT自动化加_T-设备之间 建立有机的联系 和共享.正是我们所要解决的问题.介绍了如何从CAD设计系统中导出,Y坐标数 据,并转换成 贴片数据的方法和思路.以期引起更多的同行加入到这方面的研究中来. 关键词:CAD;元件表;贴片数据;电路板;贴片机 中图分类号:TN305.1文献标识码:A文章编号:1004.4507(2007)l1.0025.08 IntroductionofSMTEquipmentSOfflineProgramming XIANFei (FiberhomeTelecommunicationTechnologiesCo.,Ltd,Wuhan430074,China;) Abstract:MostofmanufactureequipmentsintheSM.Tproduction1inearenumera1contro1equip. mentsentheyareprogrammed.mostofneededcharacteristicdatacouldbeattainedfromtheCAD designsystem.TheproblemforUStosolveishowtoestablishanorganicinformationconnectionand sharebetweentheCADdesignsystemandSMTautomaticmanufactureequipments.Thearticleillus. tratesthemethodandthoughttoexportX—YdatafromCADdesignsystemandconvertitintoplace. mentdata,itiSexpectedtoabsorbmorefellowsintakingpartintheresearchofthetechnique. Keywords:CAD;BOM;PlacementData;PCB:PlacementEquipment 1前言 现代电子生产企业的设计部门几乎全部采用 CAD软件进行电路设计,生产制造部门也大量使 用贴片机,插件机等自动化设备进行生产,但这两 个部门很少了解相互需求,许多有用信息不能共 享,在企业问往往形成了两个"自动化"孤岛.生产 制造部门不能利用设计部门的CAD文件提高生产 效率,降低生产成本.设计部门不了解生产工艺,不 能提高设计水平. 但是随着市场竞争的加剧,客户要求产品交货 周期的缩短,以及对生产成本的控制,迫切需要在这 两个孤岛问建立起联系,以缩短生产准备时间,加强 生产前的缺陷分析,减少产品返修.这就需要在CAD 收稿日期:2007—08一l5 作者简介:鲜飞(1978-),男,本科,工程师,从事电子组装工艺技术工作,有多篇专业论文发表. ? 先进封装技术?电子工业董用设备- 设计系统和生产自动化这些"自动化孤岛''进行信息 流的联接,拆除产品设计与产品制造之间的"隔 墙".事实上,SMT生产线中加工设备编程所需的 大多数特征数据完全可以从CAD系统的有关数据 文件中获取.例如,元件在PCB上的位置坐标, PCB的整体描述数据等等.这些数据量很大,有些 特征数据是不同种加工设备部需要的(虽然不同种 设备对数据格式的要求不同).如点胶机,贴片机, 插件机,在线测试设备编程时均需要元件在PCB 上的位置坐标.因此,直接从CAD系统的数据文件 中提取,整理/变换,优化相应的特征数据,并通过 磁盘或RS一232C接口传送到加工设备的控制计算 机中直接驱动数控加工设备,同时还能生成指导生 产用的各种工作文件,整个数据 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图1所示. 这样不仅节省了数据准备及编程时间,也提高了数 据精度,杜绝了人工处理数据时所出现的差错和数 据不完整性.本文将阐述如何从CAD系统中获取 坐标数据,并整理转换成SMT设备的生产文件格式. 2CAD坐标数据的导出 图l数据流程图 元件坐标数据是编制SMT设备程序的重要数 据,它指示元件在PCB上的坐标位置和角度.通常 元件坐标数据的生成方式有4种:(1)由CAD软件 生成各种格式的CAD坐标数据;(2)从GERBER 文件中获取坐标数据;(3)直接由PCB扫描的图像 文件获取元件坐标数据;(4)移动摄像头在电路板 上找出所有贴片元件的坐标位置,这种方式也被称 为示教方式.其中前2种方式是应用最为广泛的, 尤其是第1种. 2.1示教方式 传统的贴片机编程方法利用贴片机的人工示 教方式,移动摄像头在电路板上找出所有贴片元件 的坐标位置,然后再将物料表(BOM)等其他信息手 工输入到贴片机中.这种方式需要占用贴片机的生 产时间,而且采用人工示教方式找点对于普通的一 块有几百个贴片元件的电路板来讲是一件费时费 力而又极易出现差错的工作.同时由于人为的必然 误差,元件位置偏差等原因导致的修复及返工的成 本上升.对于电子制造服务(EMS)企业来讲,贴片 机的生产时间就是企业的经济来源,无疑这种方式 -电子工业专用设备? 先进封装技术? 对企业的生产造成的损失是很大的. 2.2处理扫描PCB图像 还有一种方法是购买专门的贴片机编程软件, 它可以通过扫描仪扫描电路板实物,再由软件处理 扫描的图像文件来获取贴片坐标数据,也可以将电 路板的Gerber文件或其它格式的CAD坐标数据 文件转换为贴片机的生产文件格式,如图1.这类 软件最大的优势在于不必处理电路板的设计文件, 因为有些用户设计部门出于各种考虑,不愿意提供 生产制造部门电路板的设计文件.有很多SMT专 业软件可处理扫描PCB图像,但售价不菲,本文将 介绍一种简单的方法:利用AutoCAD处理扫描电 路板图像文件来获取元件坐标数据.AutoCAD软 件是非常好一个工具,它被广泛使用在了机械,服 装设计,建筑等各行业上,同时,在电子设计制造领 域上也能发挥非常重要的作用.利用好AutoCAD 软件,可以让我们的工作事半功倍,极大提高生产 效率.获取元件坐标数据步骤如下: (1)用扫描仪扫描电路板实物,获取1:1比例 的PCB图像文件; (2)在AutoCAD的主界面上,点击"插入一光 栅图像",选择扫描的电路板图像文件; (3)设定坐标原点.点击"工具一移动UCS", 然后将光标移到电路板设定位置(例如电路板左下 角),单击鼠标左键即可; (4)单位切换.若图像单位为英制,则需要转 换为公制,例如从英寸转换为厘米,点击"修改一缩 放",选中图像,确定基点位置,输入缩放比例因子 2.54完成单位切换; (5)确定元件坐标数据.点击"工具一查询一 点坐标",将光标移动到元件焊盘正中心位置上单 击鼠标左键,这时候在屏幕下侧的命令框中就显示 出该元件坐标数据,按SPACE键继续确定其它元 件坐标数据; (6)元件坐标数据的导出及编辑.将命令框中 的所有元件坐标数据选中,然后单击鼠标右键,从 弹出的快捷菜单中单击"复制"命令,然后打开EX— CEL,选择插入的位置后单击鼠标右键,从弹出的 快捷菜单中单击"粘贴"命令,就可以用EXCEL对 坐标数据进行编辑调整了.编辑完的数据就可以用 于SMT设备程序的转换了. 2.3由CAD设计系统产生元件坐标数据 2-3.1坐标数据生成方法及步骤 目前电路板设计软件众多,常见的有PRO— TEL,PADS,Cadence等等.这些软件都具备直接导 出元件坐标数据的功能,在短短几秒钟内就能生成 SMT设备编程所需要的坐标数据,并且由于直接 处理用户的CAD设计文件,提高了生产装配精度, 降低了故障率,所以这种方式得到了最广泛的应 用.我们以PCB设计中广泛使用的PADS2005为 例介绍如何生成CAD坐标数据: (1)用PADS2005打开PCB文件; (2)切换公制单位.因为贴片机的单位是mm, 有些图形是以mil作单位,所以要切换成公制单 位.具体操作过程如下:选择菜单"Setup---~Prefer— ence" ,在Global选项卡中DesignUnit栏中选择 Metric,即切换为公制单位; (3)设定原点.选择菜单"Setup---~SetOrigin", 用鼠标在PCB上选定恰当的位置并确定为新的坐 标原点; (4)输出CAD数据.选择菜单"File---~CAM", 弹出如图2所示对话框,在Side栏中选择PCB顶 层或底层(ToporBottom),Parts栏中选择SMT, Output中选择输出贴片机格式,这里选择Siemens HS一180,然后点击"Run"按钮,在弹出的提示文件 存盘路径的对话框中点击"OK",CAD数据导出. 图2PADS2005CAD坐标数据导出对话框 匝?团囫(总第154期)? ? 先进封装技术?电子工业董用设备? 其它一些电路设计软件,例如PROTEL,Cadence 等,导出CAD数据也基本上是依照上述步骤进行, 大致都可分为四步:打开PCB文件;切换单位;设 定坐标原点;输出CAD坐标数据.在这里就不做详 细介绍了. 2.3.2CAMCAD软件在CAD数据生成过程中的 应用 由CAD设计系统产生元件坐标数据步骤尽管 看似简单,但有时候也会碰到麻烦,例如笔者就曾 碰到过这样一个问题:一个PROTEL设计的电路 板文件导出的元件坐标数据并不在元件正中心位 置,估计是电路板设计时元件中心定义造成的问 题,如果一个个修改元件坐标,工作量大,而且不准 确.在这里笔者通过使用CAMCAD软件很好地解 决了这个问题. CAMCAD软件是PCB设计和制造,SMT生产 过程中一个很有用的工具,它可以自动识别GER— BER文件和几乎所有已知的CAD文档,并能生成 供各种测试设备使用的文件及其他格式的CAM 文档.CAMCAD软件导出PROTEL文件坐标数据 的步骤如下: (1)用PROTEL软件打开电路板文件,然后另 存为ASCII文件. (2)运行CAMCAD,导入第一步导出的PRO— TELASCII文件,如图3所示. ,ed . ]'N.a.il.A.s'.s.ig'nm.'en..t'R.'e..p'o.r'tR.e'.a..d.'[..N'.A—R 0fcadIlL,~outPIusRead PADSlasc】LayoutRead PadsLibraryld】Read PCADPDIFLaOuIRead 丽卿睡匝癌血禹飘—一 Redacr_.ADIFLp胡LayoutRe Sclcards,Enc0relal1LayoutRead THEDA【tl1Layout,PanelRead 图3用CAMCAD导入ROTELASCII文件 (3)将英制单位切换为公制单位,点击"Setting Modifysettings",选择nq/n,如图4. (4)设定坐标原点,点击"Setting—changeori- ginposition",然后将光标移到电路板设定位置(例 如电路板左下角),单击鼠标左键即可,如图5. 图4切换为公制单位 图5设定坐标原点 (5)导出坐标数据,点击"Reports---~Spread— sheet",弹出如图6所示的对话框,我们选择导出项 目为Components,同时在Directory栏中设定导出 文件的路径,按"OK"键后在指定的路径下就会生 成一个"comps.CSV"文件,可以直接用EXCEL进行 编辑修改,至此坐标数据文件就导出来了. 图6输出坐标数据 -电子工业毫用设备? 先进封装技术? CAMCAD软件是非常好的一个软件,它几乎 可以处理各种格式的CAD文件,在碰到我们不熟 悉的一些CAD设计文件时,也可以按照上述方法 导出坐标数据,例如笔者借助CAMCAD还导出过 ZUKENCadstar的电路板文件的贴片坐标数据. 2.4由GERBER文件产生元件坐标数据 2.4.1Gerber文件简介 用户或企业设计部门,往往出于各方面的考 虑,只愿意提供给生产制造部门电路板的Gerber 文件.Gerber文件是所有电路设计软件都可以产生 的文件,在电子组装行业又称为模版文件(stencil data)在PCB制造业又称为光绘文件.可以说 Gerber文件是电子组装业中最通用最广泛的文件 格式.因此对于一个电子生产企业,拥有一个能够 处理Gerber文件的电脑辅助制造CAM软件是非 常重要的,它对安排产品生产的准备,制造及测试 各工序都有辅助提高质量的作用. Gerber文件是EIA的标准格式,分RS274.D 和RS274.X两种,其中RS274.X是RS274.D的扩 展文件.生产制造部门在条件许可的情况下,应当 尽可能要求用户或设计部门提供RS274.X的Ger. ber文件,这样有利于各工序的生产准备. 2.4.2由Gerber文件生成坐标数据的方法及步骤 要处理Gerber文件就需要通过某些电脑辅助 设计软件处理来获取贴片坐标数据,例如 Graphicode公司的GC.PowerStation软件就是这方 面的佼佼者,目前最新的版本是6.2.2.下面简要介绍如 何利用GC.PowerStation软件生成贴片坐标数据. (1)导入Gerber文件 在软件窗口中,选择菜单"File--Mmport…",选 择要导入的Gerber文件(配合Ctrl键可一次选取 多个Gerber文件),Gerber文件应包括电路板焊盘 层(Solderpaste)和丝印层(Silkscreen). (2)设定每层Gerber文件的属性 鼠标右击屏幕右下侧显示的Gerber文件,选 择"Properties…",弹出"GCExplore"对话框,在 LayerType选项框中设置每层Gerber文件的属性, 焊盘层选择Solderpaste,丝印字符层选择 Silkscreen,如图7所示. 图7设置每层Gerber文件的属性 (3)切换公制单位.因为贴片机的单位是mm, 有些图形是以mil作单位,所以要切换成公制单 位.具体操作过程如下:选择菜单"View—UniIs...", 在弹出的"Unit"对话框中选择millimete(毫米). (4)设定坐标原点.一般我们取在电路板的左 下角,首先将电路板显示放大到合适尺寸,将光标 移到电路板的左下角中心处,按Space键确定住位 置,选择菜单"Tool一?ZeroUser…". (5)将Pad(Trace部分)转成Pads+Parts.有些 设计人员在设计电路板时习惯以Trace的方式来 画Pads,而这些Trace无法由系统辩识出其Pads 的位置,故无法由其转换坐标出来,所以需要将 Pad(Trace部分)转成Pads+Parts.具体操作过程如 下:鼠标右击屏幕右下侧显示的丝印层Gerber文 件,在弹出的对话框中选择"View"或"Hide",即将 丝印层暂时设定为浏览或隐藏,选择菜单"Edit— SelectAll",选中所有的焊盘,再选择菜单"CAM— AutoConvertSktechedPads",弹出如图2所示的对 话框,设置焊盘层Gerber文件,如图8所示.按 "OK"按钮转换完毕. (6)坐标辨识. 先将欲转换的焊盘选中,选择菜单"Parts— AutoCen~oidExtraction…",在弹出的对话框中设 定每种芯片的方向,按OK键后转换完成,并生成 了一个新的已辨识坐标的焊盘层,如图9所示.有 时会出现找错焊盘中心的情况,这时可以选中找错 ? 先进封装技术?电字工业专用设备- 中心的焊盘,选择菜单"Pans--*ExplodePans",将 找错中心的焊盘打散,再选中欲转换的焊盘,选择 菜单"Parts—TeachParts",正确找出焊盘的中心, 如图10. 图8AutoConvertSketchedPads对话框 帮l}[ole/Ro~tLayers 目elflatsit?1Ltyers ..(t)rir.rts^c|lrepr.rtstep一已辨识坐标酌焊盘 强I(v)P2Silksoreensilk +(v)P21silk[sOOl】 誉(v)P3Solderpastesm004028 +(v)P3I~m004028[~OOi】 静UnazzignedLayers Apert~eT~bles 釉DrillTables {ProbeTables 图9生成已辨识坐标的焊盘层 图10正确找出焊盘的中心 (7)元件位号(Ref.Des)的辩识 已辨识坐标的焊盘层和丝印层必须都处于 EDIT状态下,如图3所示,P.层和P:层处于EDIT 状态下,将十字光标移至任一Re~Des字母的左上 角顶点后按下空格键,确定住光标位置,如图l1所 示,再选择菜单"Tools—zer0Relative"将相对坐标 归零,此时画面左边的Relative部分的坐标会出现 零(图12),接着按下空格键松开被固定的十字光 标并移至该字母的右下角顶点,此时Relative部分 的坐标分别代表字符的长和宽. ?SeleeteaPadsandDrillz:0Distance:0.00000^n暑le0.DO0000degrees 图11确定字符左上角位置图12相对坐标归零 接着选择SelectAll将已辨识坐标的焊盘层和 丝印层标识出来,选择菜单"Pans—FindReference Designator(s)",弹出如图l3的对话框,在SilkLay- er选择框中选择丝印层,而PartLayer选择框中已 默认选中已辨识坐标的焊盘层.在Width和Height 栏中分别填入前面测的字符的长和宽,这里是0.6mm 和1.1mm,然后点击OK键完成元件位号的辨识. 图13元件位号(Ref.Des)辩识对话框 (8)元件位号(Ref.Des)的确认 元件位号的辨识会出现些错误,需要进行确 认.操作步骤如下:选中己辨识坐标的焊盘层和丝 印层,选择菜单"Tools—Query…",出现如图14所 示的界面,在屏幕左下角的Display设置区域中选 择Part,然后确认屏幕下侧坐标栏中的每个坐标位 号是否与屏幕右侧中显示的图形中元件位号一致, 若不一致,则进行修改.确认完毕后按屏幕下侧的 "Save"按钮将坐标文件保存下来.至此,贴片坐标 数据导出完毕. -电子工业毫用i殳苗? 先进封装技术? 图14元件位号(Ref.Des)的确认 3CAD数据与BOM(元件表)的合并 通过前面步骤导出的CAD数据通常只有坐 标,Y坐标,角度,位号,没有对应的元件名称,所以 需要将CAD数据与设计部门提供的BOM合并. _. 种方法是使用EXCEL这类软件处理或手工输 入,但费时费力.另外一种方法使用专门的软件进 行合并处理,在这里我们使用了由南京伟创力科技 有限公司唐业圣先生开发的DS软件(http:Ebbs. smthome.net/下载). (1)运行DS软件,选择菜单"File-*Open…", 选择CAD数据文件,双击打开,DS读CAD数据文 件内容到CADSHEET(如图15),并设定每一列的 属性,例如filedl为位号,filed2为坐标,filed3为 Y坐标,filed4为角度.定义好的数据格式可保存下 来,下次导入CAD数据时若格式一致可直接调入 使用,而无需再定义. (2)点击DisplayBOM按钮切换到BOM 图15读取CAD数据文件 ? 先进封装技术?电子工业董用设菁- SHEET,选择菜单"File-+Open…",选择BOM文件 (EXCEL格式),双击打开,DS读BOM文件内容到 BOMSHEET(如图16),并设定每一列的属性,例 如filed3为位号,filed4为元件名称. (3)点击ImportToCAD按钮,将BOM表导入 到CAD数据中.点击DisplayCAD按钮,切换到 CADSHEET显示合并后的结果(如图17),可以看 到元件名称已经加入到CAD数据中了. 4)将合并后的CAD数据保存下来(ASCII码 文件),利用专门的贴片机编程软件(例如环球 DPO)中的导入CAD数据(CADDataImport)功能 将合并后的CAD数据转换成贴片机的生产文件格 式.DS软件中也有转换成贴片机生产文件格式的 功能,在此不详细介绍了. 4结束语 本文详细介绍了从CAD设计文件中导出扒Y 坐标数据,并转换成贴片数据的方法和过程,这对 于从事SMT相关设备编程工作的工艺人员很有参 考作用,利用上述方法编程的效率大幅度提升,贴 装元件越多效果越明显,生产准备时间大幅度减 少,特别适合我们这些产品种类繁多的企业,使得 企业效益得到有效提升. 参考文献: [1]叶逸飞,邓亚军.利用模板文件提高SMT贴片机生产 效率…表面贴装技术,1999,4:22,23 [2]广艾青,张建中,许平.将CIMS技术引入到SMT生产 线中来[J】.电子工艺技术,1997,18(4):145-147 [3]鲜飞,唐业圣贴片机脱机编程的快捷方法[J].印制电路 信息,2006,1:65-67.