【干货】SMT坐标平面旋转和平移的计算方法

                                                                                                   


SMT业內最具人气，最活跃，最有影响力的——SMT顶级人脉圈微信公众号SMT制造业实力派移动互联网营销第一媒体 SMT顶级人脉圈摘 要:电子产品的多元化，智能终端、可穿戴式设备等产品广泛运用，电路板组件从传统的矩形向圆形、不规则形状发展，贴装元件的排版布局方式亦从标准的0°、90°向任意角度变化，同时，Finepitch器件广泛运用，对贴装精度提出更高要求。SMT贴装坐标数据是控制贴装设备实现元件放置的关键参数，直接影响到器件的贴装精度，而目前的PCB排版软件，在提取贴装坐标时，对异形PCB的坐标Origin定义、贴装角度定义、过板方式等因素均未充分考量，导致数据的精度、准确性低，对贴装过程造成较大困扰，而贴片设备的CAD导入过程，功能单一，计算较为复杂，且不同类型的贴片机标准不统一，因此，找到一种SMT坐标平面旋转和平移的科学计算方法，并实现与贴片设备要求的数据自动转化尤为必要。
1 SMT坐标系统的构成贴装设备所需要的坐标是一个二维的坐标系，由X、Y、ANGLE三要素构成。
图1 贴装坐标系 2 坐标数据算法PCB设计文件提取的CAD数据在导入贴片机前，需进行origin、X、Y、angle、拼板方式检查，贴片设备要求origin需在PCB理论矩形左下角位置，X、Y一定要在器件本体的中心，angle必须按PCB标注方向进行角度定义；对不符合的数据需要按设备定义进行数据转换和调整。 2.1 坐标系Origin平面平移，其它相对位置不动PCB设计文件的Origin未设置在过板方向的左下角，将整个坐标系进行平面移动。
图2 贴装坐标平移示意图IC相对于Origin O坐标(X,Y)，O’相对于Origin O坐标(X1,Y1)，Origin O平移至O’后，IC相对于O’坐标(X’,Y’)为：X’=X-X1Y’=Y-Y1 2.2 坐标系绕Origin平面逆时针旋转，Origin不动PCB设计文件非标准的矩形，为圆形或椭圆形，贴装角度需进行整体旋转，调整后的X、Y的坐标会随着角度的变化而发生变化。
图3   Angle旋转示意图IC相对于OriginO坐标(X,Y)与X轴成β角，IC绕OriginO平面逆时针旋转α角，旋转后IC’相对于OriginO坐标(X’,Y’)为：由三角函数两角和差公式知：　　sin(α+β)=sin(α)cos(β)+cos(α)sin(β)　　cos(α+β)=cos(α)cos(β)-sin(α)sin(β)所以得出：∵R’=R∴X’=R’*cos(α+β)=R*cos(α)cos(β)-R*sin(α)sin(β)=Xcos(α)-Ysin(α)　　       Y’=R’*sin(α+β)=R*sin(δ)cos(β)+R*cos(α)sin(β)=Xcos(α)+Ysin(α) 2.3 坐标系绕Origin平面逆时针旋转后，再将Origin平面平移至整板左下角对圆形的PCB进行拼板后，Origin、Angle的定位方式与贴片设备需求位置会发生变化，通过计算实现数据转换。
图4   Angle、Origin旋转示意图 IC相对于OriginO坐标(X,Y)与X轴成β角，IC绕OriginO平面逆时针旋转α角，再将OriginO平移至O’后，结合第一、二得出IC’相对于O’坐标(X’,Y’)为：X’=R’*cos(α+β)=R*cos(α)cos(β)-R*sin(α)sin(β)=Xcos(α)-Ysin(α)-X1Y’=R’*sin(α+β)=R*sin(δ)cos(β)+R*cos(α)sin(β)=Xcos(α)+Ysin(α)-Y1 3 自动计算系统   将贴片数据处理方式进行梳理，对算法进行模拟分析，利用软件开发出一套自动计算工具，实现PCB设计数据导入SMT设备时坐标平移和旋转的先进行自动计算，以适应不同设备的运行需求。
图5 软件界面 4 总结通过对CAD数据的分析，找出各种条件下的数据计算方法，并开发的一套坐标处理系统，通过一系列算法和友好的人机界面，有效的解决了产品设计数据无法直接用于贴片设备的问题，大幅度提高了贴装数据的处理效率和准确性，缩短NPI时间，具有十分重要的意义。
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