[发明专利]数控钻孔加工路径优化方法及系统、数控钻孔设备

说明书

技术领域

本申请涉及印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）数控技术领域，尤其涉及一种数控钻孔路径优化方法和系统、以及一种数控钻孔设备。

背景技术

PCB板是电子设备中最重要的组成部分之一。而PCB的钻孔加工工序是PCB制造过程中最为重要的一个环节。PCB上通常有许多不同直径的孔，PCB钻孔加工走刀路径可以描述为：从换刀点出发，不重复不遗漏地加工完所有同一直径的孔后回到换刀点进行换刀操作，再加工另一直径的孔，直到完成所有待加工的孔。现有的PCB数控钻孔加工走刀路径所采用的方式通常是基于自动PCB编程系统自动生成走刀路径，如图1所示，只需要直接读取钻孔文件（如*.drl）中孔位的坐标，逐次确定钻孔走刀顺序即可以进行钻孔加工。然而，这种基于自动PCB编程系统自动生成的走刀路径没有经过优化，加工路径冗长，耗费时间长影响加工效率。特别是对于大批量的生产厂家来说，加工效率的高低直接影响着它的生产能力，缩短加工路径减少加工时间是能够极大的提高加工效率的有效途径。

由于对PCB钻孔走刀路径进行优化实质上是如何安排孔的加工顺序（路线），使空程移动时间最短，显然这一问题可以用数学领域的TSP问题（又称旅行商问题）来描述，而由于PCB钻孔加工时针对不同孔径孔的加工从而形成了多个TSP问题。TSP问题是一个完全多项式非确定性问题，简称NP（Non-Deterministic Polynomial）完备问题，其容易定义但是难以处理。目前虽有厂商对PCB数控钻孔加工走刀路径进行优化，但其采用的是一般性的优化算法，如贪婪算法、模拟退火算法等优化算法。然而，虽然贪婪算法的优点在于在求解问题的每一步它都是选择最优解，这样算法就容易实现也易于理解，同时也提高了效率并节省了时间，但是贪婪算法由于它采用逐步获得最优解的方法而不从整体最优上加以考虑，其所做出的仅是在某种意义上的局部最优解。因此贪婪算法不是对所有问题都能得到整体最优解。而模拟退火算法的相对收敛速度太慢，如果降温过程太快，就很可能得不到全局最优解。此外，由于传统的PCB数控钻孔加工走刀路径的优化是采用在线优化方式，即把现有的路径优化算法集成到数控操作系统中，在PCB钻床加工的时候才对钻孔文件进行优化，因此这种在线优化方法中采用的优化算法不能太复杂，否则影响加工时间。

发明内容

根据本申请的第一方面，本申请提供一种数控钻孔加工路径优化方法，包括：解析步骤，对读取的钻孔文件进行解析，得到钻孔引导文件和N组孔位置信息文件，N为不同孔径钻孔刀具的个数；优化步骤，采用灾变遗传算法对所述N组孔位置信息文件分别进行优化处理，得到N组优化后的孔位置信息文件。

进一步地，所述数控钻孔加工路径优化方法还包括：合成步骤，将所述钻孔引导文件和所述N组优化后的孔位置信息文件进行合成，得到新的钻孔文件。

根据本申请的第二方面，本申请提供一种采用前述数控钻孔加工路径优化方法实现的数控钻孔加工路径优化系统。

根据本申请的第三方面，本申请提供一种数控钻孔设备，包括如前所述的数控钻孔加工路径优化系统，还包括在线应用模块和/或离线应用模块；所述在线应用模块用于在进行数控钻孔时直接调用所述数控钻孔加工路径优化系统得到的所述N组优化后的孔位置信息文件进行钻孔加工；所述离线应用模块用于在进行数控钻孔时直接调用由所述数控钻孔加工路径优化系统得到的所述新的钻孔文件进行钻孔加工。

优选地，所述数控钻孔设备包括多轴PCB数控钻床。

本申请的有益效果是：采用灾变遗传算法对加工路径进行优化，使得在具备传统遗传算法的快速搜索最优解、极大减少运算量的优点的同时还避免陷入局部极值。

附图说明

图1为传统PCB数控钻孔流程示意图；

图2为本申请一种实施例的数控钻孔加工路径优化方法的流程示意图；

图3为本申请实施例中对钻孔孔位置信息转换的示意图；

图4为本申请实施例中灾变遗传算法的流程示意图；

图5为一种变异算子过程示意图；

图6为钻孔数为40时路径优化情况对比示意图；

图7为钻孔数为40时收敛情况对比示意图；

图8为钻孔数为50时路径优化情况对比示意图；

图9为钻孔数为50时收敛情况对比示意图；

图10为刀具T01钻345个孔优化前PCB钻孔路线示意图；

图11为刀具T01钻345个孔优化后PCB钻孔路线示意图；