前言：

SMT生產線中的大多數加工設備均為數控設備。它們編程所需要的大多數特征數據均可從CAD設計系統中得到。如何在CAD設計系統和SMT自動化加工設備之間建立有機的聯系和共享，正是我們所要解決的問題。本文介紹了如何從CAD設計系統中導出X、Y坐標數據，并轉換成貼片數據的方法和思路，以期引起更多的同行加入到這方面的研究中來。

關鍵詞：

CAD；元件表；貼片數據；電路板；貼片機

Abstract: Most of manufacture equipments in the SMT production line are numeral control equipments. When they are programmed, most of needed characteristic data could be attained from the CAD design system. The problem for us to solve is how to establish an organic information connection and share between the CAD design system and SMT automatic manufacture equipments. The article illustrates the method and thought to export X-Y data from CAD design system and convert it into placement data, it is expected to absorb more fellows in taking part in the research of the technique.
Keywords: CAD；BOM；Placement Data；PCB；Placement Equipment

1  前言
現代電子生產企業的設計部門幾乎全部采用CAD軟件進行電路設計，生產制造部門也大量使用貼片機、插件機等自動化設備進行生產，但這兩個部門很少了解相互需求，許多有用信息不能共享，在企業間往往形成了兩個“自動化”孤島。生產制造部門不能利用設計部門的CAD文件提高生產效率，降低生產成本。設計部門不了解生產工藝，不能提高設計水平。

但是隨著市場競爭的加劇，客戶要求產品交貨周期的縮短，以及對生產成本的控制，迫切需要在這兩個孤島間建立起聯系，以縮短生產準備時間，加強生產前的缺陷分析，減少產品返修。這就需要在CAD設計系統和生產自動化這些“自動化孤島”進行信息流的聯接，拆除產品設計與產品制造之間的“隔墻”。事實上，SMT生產線中加工設備編程所需的大多數特征數據完全可以從CAD系統的有關數據文件中獲取。例如，元件在PCB上的位置坐標、PCB的整體描述數據等等。這些數據量很大，有些特征數據是不同種加工設備都需要的（雖然不同種設備對數據格式的要求不同）。如點膠機、貼片機、插件機、在線測試設備編程時均需要元件在PCB上的位置坐標。因此，直接從CAD系統的數據文件中提取、整理/變換、優化相應的特征數據，并通過磁盤或RS-232C接口傳送到加工設備的控制計算機中直接驅動數控加工設備，同時還能生成指導生產用的各種工作文件整個數據流程如?所示。這樣不僅節省了數據準備及編程時間，也提高了數據精度、杜絕了人工處理數據時所出現的差錯和數據不完整性。本文將闡述如何從CAD系統中獲取坐標數據，并整理轉換成SMT設備的生產文件格式。

2.  CAD坐標數據的導出
元件坐標數據是編制SMT設備程序的重要數據，它指示元件在PCB上的坐標位置和角度。通常元件坐標數據的生成方式有以下四種：1）由CAD軟件生成各種格式的CAD坐標數據；2）從GERBER文件中獲取坐標數據；3）直接由PCB掃描的圖像文件獲取元件坐標數據；4）移動攝像頭在電路板上找出所有貼片元件的坐標位置，這種方式也被稱為示教方式。其中前兩種方式是應用最為廣泛的，尤其是第一種。本節將逐一進行介紹四種方式：

2.1  示教方式
傳統的貼片機編程方法利用貼片機的人工示教方式，移動攝像頭在電路板上找出所有貼片元件的坐標位置，然后再將物料表(BOM)等其他信息手工輸入到貼片機中。這種方式需要占用貼片機的生產時間，而且采用人工示教方式找點對于普通的一塊有幾百個貼片元件的電路板來講是一件費時費力而又極易出現差錯的工作。同時由于人為的必然誤差，元件位置偏差等原因導致的修復及返工的成本上升。對于電子制造服務（EMS）企業來講，貼片機的生產時間就是企業的經濟來源，無疑這種方式對企業的生產造成的損失是很大的。

2.2  處理掃描PCB圖像
還有一種方法是購買專門的貼片機編程軟件，它可以通過掃描儀掃描電路板實物，再由軟件處理掃描的圖像文件來獲取貼片坐標數據，也可以將電路板的Gerber文件或其它格式的CAD坐標數據文件轉換為貼片機的生產文件格式，如圖1。這類軟件最大的優勢在于不必處理電路板的設計文件，因為有些用戶設計部門出于各種考慮，不愿意提供生產制造部門電路板的設計文件。有很多SMT專業軟件可處理掃描PCB圖像，但售價不菲，本文將介紹一種簡單的方法：利用AutoCAD處理掃描電路板圖像文件來獲取元件坐標數據。AutoCAD軟件是非常好一個工具，它被廣泛使用在了機械、服裝設計、建筑等各行業上，同時，在電子設計制造領域上也能發揮非常重要的作用。利用好AutoCAD軟件，可以讓我們的工作事半功倍，極大提高生產效率。獲取元件坐標數據步驟如下：
1） 用掃描儀掃描電路板實物，獲取1：1比例的PCB圖像文件。
2） 在AutoCAD的主界面上，點擊“插入→光柵圖像”，選擇掃描的電路板圖像文件。
3） 設定坐標原點。點擊“工具→移動UCS”，然后將光標移到電路板設定位置（例如電路板左下角），單擊鼠標左鍵即可。

4） 單位切換。若圖像單位為英制，則需要轉換為公制，例如從英寸轉換為厘米，點擊“修改→縮放”，選中圖像，確定基點位置，輸入縮放比例因子2.54完成單位切換。

5） 確定元件坐標數據。點擊“工具→查詢→點坐標”，將光標移動到元件焊盤正中心位置上單擊鼠標左鍵，這時候在屏幕下側的命令框中就顯示出該元件坐標數據，按SPACE鍵繼續確定其它元件坐標數據。

6） 元件坐標數據的導出及編輯。將命令框中的所有元件坐標數據選中，然后單擊鼠標右鍵，從彈出的快捷菜單中單擊“復制”命令，然后打開EXCEL，選擇插入的位置后單擊鼠標右鍵，從彈出的快捷菜單中單擊“粘貼”命令，就可以用EXCEL對坐標數據進行編輯調整了。編輯完的數據就可以用于SMT設備程序的轉換了。

2.3  由CAD設計系統產生元件坐標數據
2.3.1  坐標數據生成方法及步驟
目前電路板設計軟件眾多，常見的有PROTEL、PADS、Cadence等等。這些軟件都具備直接導出元件坐標數據的功能，在短短幾秒鐘內就能生成SMT設備編程所需要的坐標數據，并且由于直接處理用戶的CAD設計文件，提高了生產裝配精度，降低了故障率，所以這種方式得到了最廣泛的應用。我們以PCB設計中廣泛使用的PADS2005為例介紹如何生成CAD坐標數據：

1）用PADS2005打開PCB文件。

2）切換公制單位。因為貼片機的單位是mm，有些圖形是以mil作單位，所以要切換成公制單位。具體操作過程如下：選擇菜單“Setup→Preference”，在Global選項卡中Design Unit欄中選擇Metric，即切換為公制單位。

3）設定原點。選擇菜單“Setup→Set Origin”，用鼠標在PCB上選定恰當的位置并確定為新的坐標原點。

4）輸出CAD數據。選擇菜單“File→CAM”，彈出如圖2所示對話框，在Side欄中選擇PCB頂層或底層（Top or Bottom），Parts欄中選擇SMT，Output中選擇輸出貼片機格式，這里選擇Siemens HS-180，然后點擊“Run”按鈕，在彈出的提示文件存盤路徑的對話框中點擊“OK”，CAD數據導出。

其它一些電路設計軟件，例如PROTEL、Ca dence等，導出CAD數據也基本上是依照上述步驟進行，大致都可分為四步：打開PCB文件；切換單位；設定坐標原點；輸出CAD坐標數據。在這里就不做詳細介紹了。

2.3.2CAMCAD軟件在CAD數據生成過程中的應用
由CAD設計系統產生元件坐標數據步驟盡管看似簡單，但有時候也會碰到麻煩，例如筆者就曾碰到過這樣一個問題：一個PROTEL設計的電路板文件導出的元件坐標數據并不在元件正中心位置，估計是電路板設計時元件中心定義造成的問題，如果一個個修改元件坐標，工作量大，而且不準確。在這里筆者通過使用CAMCAD軟件很好地解決了這個問題。

CAMCAD軟件是PCB設計和制造、SMT生產過程中一個很有用的工具，它可以自動識別GERBER文件和幾乎所有已知的CAD文檔，并能生成供各種測試設備使用的文件及其他格式的CAM文檔。CAMCAD軟件導出PROTEL文件坐標數據的步驟如下：
1）用PROTEL軟件打開電路板文件，然后另存為ASCll文件。
2）運行CAMCAD，導入第一步導出的PROTEL ASCll文件，如圖3所示。
3）將英制單位切換為公制單位，點擊“Setting →Modify settings”，選擇mm，如圖4。
4）設定坐標原點，點擊“Setting →change origin position”，然后將光標移到電路板設定位置（例如電路板左下角），單擊鼠標左鍵即可，如圖5。

5）導出坐標數據，點擊“Reports→ Spreadsheet”，彈出如圖6所示的對話框，我們選擇導出項目為Components，同時在Directory欄中設定導出文件的路徑，按“OK”鍵后在指定的路徑下就會生成一個“comps.csv”文件，可以直接用EXCEL進行編輯修改，至此坐標數據文件就導出來了。
CAMCAD軟件是非常好的一個軟件，它幾乎可以處理各種格式的CAD文件，在碰到我們不熟悉的一些CAD設計文件時，也可以按照上述方法導出坐標數據，例如筆者借助CAMCAD還導出過ZUKEN Cadstar的電路板文件的貼片坐標數據。

2.4 由GERBER文件產生元件坐標數據

2.4.1 Gerber文件簡介
用戶或企業設計部門，往往出于各方面的考慮，只愿意提供給生產制造部門電路板的Gerber文件。Gerber文件是所有電路設計軟件都可以產生的文件，在電子組裝行業又稱為模版文件（stencil data），在PCB制造業又稱為光繪文件?？梢哉fGerber文件是電子組裝業中最通用最廣泛的文件格式。因此對于一個電子生產企業，擁有一個能夠處理Gerber文件的電腦輔助制造CAM軟件是非常重要的，它對安排產品生產的準備、制造及測試各工序都有輔助提高質量的作用。

Gerber文件是EIA的標準格式，分RS274-D和RS274-X兩種，其中RS274-X是RS274-D的擴展文件。生產制造部門在條件許可的情況下，應當盡可能要求用戶或設計部門提供RS274-X的Gerber文件，這樣有利于各工序的生產準備。

2.4.2  由Gerber文件生成坐標數據的方法及步驟
要處理Gerber文件就需要通過某些電腦輔助設計軟件處理來獲取貼片坐標數據，例如Graphicode公司的GC-PowerStation軟件就是這方面的佼佼者，目前最新的版本是6.2.2。下面簡要介紹如何利用GC-PowerStation軟件生成貼片坐標數據。

1）導入Gerber文件
在軟件窗口中，選擇菜單“File→Import...”，選擇要導入的Gerber文件（配合Ctrl鍵可一次選取多個Gerber文件），Gerber文件應包括電路板焊盤層（Solderpaste）和絲印層（Silkscreen）。

2） 設定每層Gerber文件的屬性
鼠標右擊屏幕右下側顯示的Gerber文件，選擇“Properties...”，彈出“GC Explore”對話框，在Layer Type選項框中設置每層Gerber文件的屬性，焊盤層選擇Solderpaste，絲印字符層選擇Silkscreen，如圖7所示。

3）切換公制單位。因為貼片機的單位是mm，有些圖形是以mil作單位，所以要切換成公制單位。具體操作過程如下：選擇菜單“View→Units...”，在彈出的“Unit”對話框中選擇millimete（毫米）。