專利名稱：一種使用cad文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動焊錫機器人的自動焊接技術，用于PCB板的焊接，特別是關于一種使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法。
背景技術：
自動焊錫機器人是當前國內各大工廠企業(yè)廣泛應用的一款自動化系統(tǒng)，它具有性能穩(wěn)定、工作空間大、運動速度快和負荷能力強等特點，焊接質量明顯優(yōu)于人工焊接，大大提高了焊接作業(yè)的生產(chǎn)效率，它的出現(xiàn)將大大降低生產(chǎn)成本，將人工工作轉化為機器自動操作。用戶還可以根據(jù)焊接工藝的不同，調節(jié)機器人的各項參數(shù)，使焊接效果更好。對于自動焊錫機器人，通過編程控制自動焊錫，是其進行可靠、高效工作的一個十分重要的環(huán)節(jié)。目前通常使用的編程方法是使用示教盒人工示教編程首先將待焊錫的PCB板裝夾到自動焊錫機器人臺面上，其次人工控制焊槍移動到需要進行焊錫的焊點位置處，通過傳動裝置獲取此位置焊點坐標，設置該焊點的焊錫參數(shù)，按照編程文件參數(shù)進行焊接動作，如圖1所示。但是，隨著電子行業(yè)的發(fā)展，各種微小型插接件的應用越來越廣泛，這也對自動焊錫機器人的焊點位置精度提出了更高的要求。在此情況下，通過示教盒人工示教編程的方法，需要頻繁移動焊槍來定位焊點位置，存在著編程過程繁瑣，編程效率低，位置精度較低且受限于編程人員的熟練程度等一系列問題。因而如何提高編程的速度和精度，成為了擺在各大廠商面前的一個難題。

發(fā)明內容
因此，針對上述問題，本發(fā)明提供一種在系統(tǒng)中使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，使得在進行焊接操作時，既保證了編程操作的高精度需求，又能夠有效的提高編程效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是一種使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，其特征在于，操作步驟如下I)將包含PCB板的CAD文件導入到編程文件中；2)解析CAD文件將CAD文件轉換成編程文件所能支持的文件格式；3)解析CAD文件之后，在編程文件中生成相應的CAD圖形，圖形中包含所有焊盤的精確位置信息；4)對生成的CAD圖形進行處理，使圖形上的焊點和實物PCB板上的焊點對應起來，建立圖形坐標和實物坐標的關系；5)在處理好的CAD圖形上選定待焊接的焊點，根據(jù)步驟4)得到的坐標轉換關系，計算圖形坐標對應的實際物理坐標，焊嘴自動移動到實際物理坐標的位置進行參數(shù)設置和焊接；6)利用步驟5)的方法找到其它需要焊接的焊點的實際物理坐標，焊嘴移動到該點進行焊接。在所述步驟2)中，解析CAD文件的方法是通過編寫軟件代碼，逐行讀取CAD文件中的內容，并且按照固定格式逐個字符進行解析，即可得到編程文件所能支持的格式。在所述步驟4)中，對CAD圖形進行處理的方法是①首先選取圖像上的兩個點A(XA，Ya) ,B (Xb, Yb)為基準點；進一步講，A、B兩點在PCB板的對角線上。②目測找到實物PCB板上與圖像上A點對應的點C，找到之后用相機的正中心對準C點，I I取像，呈現(xiàn)在顯示屏上，獲取C點坐標C(X。，Y。)；再目測找到實物PCB板上與圖像上B點對應的點D，找到之后用相機的正中心對準D點，I I取像，呈現(xiàn)在顯示屏上，獲取D點坐標D (XD，Yd)；③根據(jù)A、B兩點的圖像坐標，依據(jù)直角三角形定律求出AB連線與圖像X軸方向的夾角Z AB = arctan ( A Yab/ A Xab)；④根據(jù)C、D兩點的物理坐標，依據(jù)直角三角形定律求出⑶連線與物理X軸方向的夾角Z CD = arctan ( A Ycd/ A Xcd)；⑤計算兩個夾角之差AT = Z CD- Z AB, A T就是圖像與實物之間的偏移角度。在所述步驟4)中，對CAD圖形進行處理的方法還可以是利用CAD圖形和CAD坐標文件(來自貼片機)，來計算圖像坐標和物理坐標之間的轉換關系。由CAD坐標文件，生成一張與電路板實物完全一致的模擬圖，然后，按照用相機拍攝的方法，使用這張模擬圖和CAD圖形來進行坐標對應。在所述步驟5)中，是在處理好的CAD圖形上選定待焊接的焊點，根據(jù)得到的AT計算該焊點對應的實際物理坐標，方法如下XT, = (Xt-Xa) *cos (AT)- (Yt-Ya) *sin (AT),Yt = (Y1-Ya) *cos (AT) + (X1-Xa) *sin (AT),其中，X1為物理目標點X軸坐標,Y1為物理目標點Y軸坐標，X1為圖像目標點X軸坐標，Y1為圖像目標點Y軸坐標，Xa為圖像基準點X軸坐標，Ya為圖像基準點Y軸坐標。本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點1、不需要用相機拍縮略圖，減少了編程時間。2、能夠準確的計算出PCB板的旋轉角度。3、能夠準確的對PCB板的旋轉角度進行補償，提高焊接精度。4、焊接時，不會因為PCB板的位置發(fā)生偏移而焊接不準。


圖1是焊錫機器人焊接流程；圖2是本發(fā)明方法的焊接流程；圖3是在編程程序文件中生成的CAD圖形(此圖表示的僅是焊接圖層)。
具體實施例方式本發(fā)明的技術思想是在編程過程中,將PCB板的CAD文件導入到編程文件中去。CAD文件是指包含有CAD圖形信息的文件，CAD圖形是由CAD文件通過軟件代碼處理后轉換生成的；編程文件能夠將CAD文件中包含的CAD圖形信息，通過軟件中的代碼處理后，轉換成程序文件能夠支持的文件格式，然后導入。導入的方法是啟動焊錫機器人編程軟件，并選擇相應的CAD文件，然后焊錫機器人內部的CAD文件解析功能模塊，會按照標準的CAD文件格式，對該CAD文件進行逐行解析，并將其轉換為標準的圖像文件(比如bmp、jpg等)。通過導入CAD文件，包含的CAD圖形信息就可以生成對應的CAD圖形，在程序文件中顯示。對圖形進一步處理，使圖形上的焊點和PCB板上的焊點對應起來，這樣在進行編程時就可以直接在CAD圖形上選定待焊錫的焊點了。選定好了焊點之后，雙擊選中的焊點，焊嘴就會準確的移到焊點的位置，就能夠獲取焊點的真實坐標(即由實物定位轉變?yōu)閳D形定位)，并進行焊錫參數(shù)設置了。因此在編程時，就無需人工定位待焊接的焊盤位置，而可以直接在CAD圖形中對應的焊盤處進行焊錫點的參數(shù)設置就可以了，同時可以獲取焊點的真實坐標，從而取消復雜的焊點位置定位操作，進而提高編程的精度和速度并降低對編程作業(yè)人員的要求。 這里把圖形上的焊點和實際PCB板上的焊點對應起來的方法有兩種第一種方法是利用CAD圖層和電路板實物，來計算圖像坐標和物理坐標之間的轉換關系。首先在CAD圖形上選定兩個固定不變的目標(這兩個目標盡量在一對角線上)，然后用相機在PCB板上也選定兩個固定不變的目標(這兩個目標也盡量在同一對角線上)，顯示在界面上。在CAD圖形上選定的兩個目標和在PCB板上選定的兩個目標分別一一對應(即PCB板上的兩個目標必須和CAD圖形上的兩個目標大小和位置都目測相同)，然后分別獲取這四個點的坐標。獲取坐標之后，按一定的算法進行處理，計算出圖形坐標和實際坐標的差異，這樣就能夠把圖形和實物的位置關系對應起來。第二種方法是利用CAD圖層和CAD坐標文件(來自貼片機)，來計算圖像坐標和物理坐標之間的轉換關系。CAD坐標文件由貼片機產(chǎn)生，是一個格式非常簡單的文本文件，其中每一行，都表示一個焊點的相關物理信息(包括坐標、尺寸、形狀、角度等)。焊錫機器人軟件可以根據(jù)CAD坐標文件，生成另一張與電路板實物完全一致的模擬圖，然后，按照方法一，使用這張模擬圖和CAD圖層來對圖像坐標進行轉換，算法和上述相同。建立了圖像坐標和實際的物理坐標的對應關系之后，就可以在圖形上選擇任何焊點，而軟件模塊內部會根據(jù)這個轉換關系自動計算該焊點對應的實際物理坐標，焊嘴就會準確的移到實際焊點的位置，進行焊錫參數(shù)設置并焊接。下面以一實施例來體現(xiàn)本發(fā)明方法的操作流程，如圖2所示1、將包含PCB板坐標信息的CAD文件導入到編程文件中。2、解析CAD文件將CAD文件轉換成編程文件所能支持的文件格式。解析CAD文件的方法是通過編寫軟件代碼，逐行讀取CAD文件中的內容，并且按照固定格式逐個字符進行解析，即可得到編程文件所能支持的格式。3文件之后，在編程文件中生成相應的CAD圖形(CAD圖形是通過軟件轉換功能將CAD文件中包含的CAD圖形信息生成CAD-圖形的)，圖形中包含所有焊盤的精確
位置信息。4、對生成的CAD圖形進行處理，使圖形上的焊點和實物PCB板上的焊點對應起來，建立圖形坐標和實物坐標的關系。按第一種方法是在CAD圖形中選擇一個Mark點，然后用眼睛目測在PCB板實物中找到與在該圖層中選中的Mark點位置相同且大小相同的Mark點；找到之后，移動相機，使PCB板實物上的該Mark點出現(xiàn)在相機視野的正中心，I I取像，呈現(xiàn)在顯示屏上，然后獲取坐標。再在Gerber焊接圖層中選擇另一個Mark點，這個Mark點盡量和Gerber圖層中選擇的第一個Mark點在板的對角線上，這樣的好處是能夠更好地確定“X軸”、“Y軸”的偏移量和旋轉角度；選擇好了之后，在PCB板實物中找到與在Gerber圖層中選中的第二個Mark點位置相同且大小相同的Mark點，找到之后，移動相機，PCB板實物上的該Mark點出現(xiàn)在相機視野的正中心，I I取像，呈現(xiàn)在顯示屏上，然后獲取坐標。獲取坐標之后，按如下的算法進行處理，這樣就能夠把圖形上的點和實物上的焊點對應起來①首先選取圖像上的兩個點A(XA，Ya) ,B (Xb, Yb)為基準點；進一步講，A、B兩點在PCB板的對角線上。②目測找到實物PCB板上與圖像上A點對應的點C，找到之后用相機的正中心對準C點，I I取像，呈現(xiàn)在顯示屏上，獲取C點坐標C(X。，Y。)；再目測找到實物PCB板上與圖像上B點對應的點D，找到之后用相機的正中心對準D點，I I取像，呈現(xiàn)在顯示屏上，獲取D點坐標D (XD，Yd)；③根據(jù)A、B兩點的圖像坐標，依據(jù)直角三角形定律求出AB連線與圖像X軸方向的夾角Z AB = arctan ( A Yab/ A Xab)；④根據(jù)C、D兩點的物理坐標，依據(jù)直角三角形定律求出⑶連線與物理X軸方向的夾角Z CD = arctan ( A Ycd/ A Xcd)；⑤計算兩個夾角之差AT = Z CD- Z AB, A T就是圖像與實物之間的偏移角度。5、在處理好的CAD圖形上選定待焊接的焊點，根據(jù)步驟4)得到的坐標轉換關系，計算圖形坐標對應的實際物理坐標，焊嘴自動移動到實際物理坐標的位置進行參數(shù)設置和焊接。計算原理描述如下I)在CAD圖形上的焊接層中，用眼睛找出要焊接的焊點，獲取圖像上的目標焊點T與上面提到的A點之間的相對偏移，這個偏移實際上就是T點相對于A點的旋轉半徑。2)利用旋轉極坐標公式,求出T點相對于A點旋轉A T之后的新的點T7點，T7點坐標就是我們所要找的真正的物理焊點。具體計算方法如下X/ = (Xt-Xa) Xcos(AT)- (Yt-Ya) Xsin(AT),Y/ = (Yt-Ya) Xcos(AT) + (Xt-Xa) X sin ( A T)。其中，X/為物理目標點X軸坐標，Y/為物理目標點Y軸坐標，Xt為圖像目標點X軸坐標，Y/為圖像目標點Y軸坐標,Xa為圖像基準點X軸坐標,Ya為圖像基準點Y軸坐標。因此，當我們選中圖像目標焊點T(坐標為(Xt，Yt))后，系統(tǒng)就會自動計算出物理目標點T7的坐標(X/，Y/)，焊嘴自動移到該位置，進行參數(shù)設置并焊接。6、利用步驟5的方法找到其它需要焊接的焊點的實際物理坐標，焊嘴移動到該點進行焊接。6、利用步驟5的方法找到其它需要焊接的焊點的實際物理坐標，焊嘴自動移動到該點進行焊接。
步驟4中，如果按第二種方法處理，就是用CAD坐標文件(來自貼片機)代替相機拍攝的實物坐標，來進行計算，計算方法同實物坐標。
權利要求
1.一種使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，其特征在于，包括以下操作步驟 .1)將包含PCB板的CAD文件導入到編程文件中； 2)解析CAD文件將CAD文件轉換成編程文件所能支持的文件格式； 3)解析CAD文件之后，在編程文件中生成相應的CAD圖形，圖形中包含所有焊盤的精確位置信息； .4)對生成的CAD圖形進行處理，使圖形上的焊點和實物PCB板上的焊點對應起來，建立圖形坐標和實物坐標的關系； 5)在處理好的CAD圖形上選定待焊接的焊點，根據(jù)步驟4)得到的坐標轉換關系，計算圖形坐標對應的實際物理坐標，焊嘴自動移動到實際物理坐標的位置進行參數(shù)設置和焊接; . 6)利用步驟5)的方法找到其它需要焊接的焊點的實際物理坐標，焊嘴移動到該點進行焊接。
2.根據(jù)權利要求1所述的使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，其特征在于，在所述步驟2)中，解析CAD文件的方法是通過編寫軟件代碼，逐行讀取CAD文件中的內容，并且按照固定格式逐個字符進行解析，即可得到編程文件所能支持的格式。
3.根據(jù)權利要求1所述的使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，其特征在于，在所述步驟4)中，對CAD圖形進行處理的方法是 ①首先選取圖像上的兩個點A(XA，Ya),B(Xb, Yb)為基準點； ②目測找到實物PCB板上與圖像上A點對應的點C，找到之后用相機的正中心對準C點，I I取像，呈現(xiàn)在顯示屏上，獲取C點坐標C(X。，Y。)；再目測找到實物PCB板上與圖像上B點對應的點D，找到之后用相機的正中心對準D點，I I取像，呈現(xiàn)在顯示屏上，獲取D 點坐標 D (XD，Yd)； ③根據(jù)A、B兩點的圖像坐標，依據(jù)直角三角形定律求出AB連線與圖像X軸方向的夾角Z AB = arctan ( A Yab/ A Xab)； ④根據(jù)C、D兩點的物理坐標，依據(jù)直角三角形定律求出CD連線與物理X軸方向的夾角Z CD = arctan ( A Ycd/ A Xcd)； ⑤計算兩個夾角之差AT=ZOT-ZAB, AT就是圖像與實物之間的偏移角度。
4.根據(jù)權利要求1所述的使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，其特征在于，在所述步驟4)中，對CAD圖形進行處理的方法是 ①首先選取圖像上的兩個點A(XA，Ya),B(Xb, Yb)為基準點； ②利用CAD坐標文件，生成另一張與電路板實物完全一致的模擬圖，在模擬圖上找到與圖像上A點對應的點C(Xc，Yc)，與圖像上B點對應的點D (XD，Yd)； ③根據(jù)A、B兩點的圖像坐標，依據(jù)直角三角形定律求出AB連線與圖像X軸方向的夾角Z AB = arctan ( A Yab/ A Xab)； ④根據(jù)C、D兩點的圖像坐標，依據(jù)直角三角形定律求出CD連線與物理X軸方向的夾角Z CD = arctan ( A Ycd/ A Xcd)； ⑤計算兩個夾角之差AT=ZOT-Z AB, AT就是圖像與實物之間的偏移角度。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，其特征在于，在所述A、B兩點在PCB板的對角線上。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，其特征在于，在所述步驟5)中，是在處理好的CAD圖形上選定待焊接的焊點，根據(jù)得到的A T計算該焊點對應的實際物理坐標，方法如下X/ = (Xt-Xa) *cos (AT)- (Yt-Ya) *sin (AT)，Y/ = (Yt-Ya) -*cos (AT) + (Xt-Xa) *sin (AT),- 其中，X/為物理目標點X軸坐標，Y/為物理目標點Y軸坐標，Xt為圖像目標點X軸坐標，Y/為圖像目標點Y軸坐標，Xa為圖像基準點X軸坐標，Ya為圖像基準點Y軸坐標。
全文摘要
本發(fā)明公開一種使用CAD文件提高焊錫機器人編程速度和精度的方法，包括以下操作步驟1)將包含PCB板的CAD文件導入到編程文件中；2)解析CAD文件，轉換成編程文件所能支持的文件格式；3)在編程文件中生成相應的CAD圖形，圖形中包含所有焊盤的精確位置信息；4)對生成的CAD圖形進行處理，建立圖形坐標和實物坐標的關系；5)在處理好的CAD圖形上選定待焊接的焊點，根據(jù)步驟4)得到的坐標轉換關系，得到實際物理坐標，焊嘴移動到實際物理坐標的位置進行參數(shù)設置和焊接；6)利用步驟5)的方法找到其它焊點，進行焊接。本發(fā)明不需要用相機拍縮略圖，減少了編程時間；能夠準確的計算出PCB板的旋轉角度，進行補償，提高了焊接精度。
文檔編號B23K3/00GK102990179SQ201210404579
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權日2012年10月19日
發(fā)明者廖懷寶 申請人:廖懷寶