CN104596582B - 一种背板连接器自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种背板连接器自动检测装置，设有上位机、上下料单元、检测单元、夹具、运动控制单元、传动单元，其中检测单元包括外观检测单元、精密测量单元、插拔力测量单元。装置可对影响背板连接器电气连接性能的关键参数进行检测，包括丝印信息的读取、外观破损及划痕情况的检测、插针正位度的测量、引脚正位度的测量、簧片开口尺寸的测量、簧片在插孔中位置的检测、插孔插拔力的测量。装置可自动完成整个检测过程，且多工位同步工作的方式缩短了单个背板连接器检测的平均时间，有效提高了检测效率。

Description

一种背板连接器自动检测装置

技术领域

本发明涉及一种可对影响背板连接器电气连接性能的关键参数进行自动检测的装置。

背景技术

背板连接器是一种用于连接单板和背板的电连接器，主要用于传递高速差分信号、单端信号及大电流，广泛应用于大型通信设备、高性能服务器、大型计算机、工业计算机及高端存储设备。

为了保证产品的质量，在使用背板连接器之前需要对能够影响背板连接器电气连接性能的关键参数进行检测，检测内容主要包括以下三个方面：

(1)外观检测。检测背板连接器外观是否完整，若外观损坏或划痕过多则说明背板连接器受过严重的挤压或冲击，严重的挤压或冲击可能损坏背板连接器的内部结构，影响其电气连接性能。目前外观检测主要采用人工观察、对照的方法，检测效率低。

(2)关键结构参数测量，包括插针正位度测量、簧片开口尺寸测量、簧片在插孔中的位置检测、引脚正位度测量。插针正位度、簧片开口尺寸、簧片在插孔中的位置都需要满足一定的要求，方可保证插针与插孔配合良好，若超出许可范围，则背板连接器连接时可能导致插针弯曲或插孔变形，造成背板连接器的失效。引脚用于背板连接器与电路部分的连接，引脚正位度满足一定的要求才可保证引脚与电路部分配合良好。目前插针正位度测量、引脚正位度测量、簧片开口尺寸测量、簧片在插孔中的位置检测主要采用工具显微镜下人工 观察的方法，工作量大，检测效率低，精确度低。

(3)插拔力测量。插拔力分为插入力和拔出力，相关标准已对部分背板连接器的最小拔出力与最大插入力做了规定。拔出力大小标志着插针与插孔簧片连接的可靠程度，合格的背板连接器应具有较大的拔出力与较小的插入力，较小的插入力使配对的背板连接器间容易插入，且插入过程不会导致插针的变形而损坏背板连接器。现有的插拔力测量装置主要采用以下两种测量方式：①将配对的公头作为测试端子，测量背板连接器的整体插拔力，这种方式测量速度快，效率高，但整体插拔力是一种整体效应，整体插拔力合格无法保证每个插孔接触良好，并且对于插孔数量多的背板连接器，整体插拔力大，要求夹具的夹持力大，过大的夹持力容易导致连接器外壳的损坏；②测量背板连接器的单孔插拔力，这类装置虽然可以避免整体插拔力测量的弊端，但现有的这类装置都是半自动化的测量设备，测量前需手动对每一个插孔进行对准，测量过程繁琐、效率低。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可对影响背板连接器电气连接性能的关键参数进行综合检测的装置，装置可实现丝印信息的读取、外观破损及划痕情况的检测、插针正位度的测量、引脚正位度的测量、簧片开口尺寸的测量、簧片在插孔中位置的检测、插孔插拔力的测量。整个检测过程可自动完成，有效提高了背板连接器的检测效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种背板连接器自动检测装置，设有上位机1、上下料单元4、检测单元5、夹具6、运动控制单元2、传动单元3；所述上下料单元4包括料盘41、废料盘42、卡具43、视觉检测模块44、机械臂45以及工作台46；视觉检测模44用于检测料盘41中每个单元的背板连接器是否在位及其精确位置，机械臂45可完成背板连接器的上料与下料；所述检测单元5包括外观检测单元51、精密测量单元52、插拔力测量单元53；所述夹具6可夹持背板连接器进行翻转，使得外观检测单元51可拍摄背板连接器6个表面的图像，从而读取丝印信息并对6个表面的外观进行检测；所述精密测量单元52包括X轴直线运动模块521、Y轴直线运动模块522、Z轴直线运动模块523、相机524、远心镜头525、光源526，用于测量引脚正位度、插针正位度、簧片开口尺寸及簧片在插孔中的位置；所述插拔力测量单元53包括至少2个插拔力测量模块，每个插拔力测量模块负责测量背板连接器的一部分插孔，各插拔力测量模块分工协作完成所有插孔的测量；所述传动单元3包括导轨31、同步带轮32、同步带33，导轨31至少设有5个工位，工位的数量由插拔力测量单元53中插拔力测量模块的数量决定，各工位等间距分布于导轨31上，各工位皆设有夹具6，同步带33可带动各工位上的夹具6沿导轨31同步运动。

作为优选，所述夹具6侧壁设有2对夹持单元61、62，底部设有升降台63。

作为优选，所述机械臂45为五自由度关节式机械臂。

作为优选，所述机械臂45前部设有真空吸嘴。

作为优选，所述光源526为同轴照明，出射光平行、照度均匀。

作为优选，所述X轴直线运动模块521、Y轴直线运动模块522、Z轴直线运动模块523的导轨与滑座间分别设有光栅尺，可对相机524的 运动情况进行精确定位，便于图像的拼接。

作为优选，所述插拔力测量模块包括三轴运动模块5311、力学测量模块5312、测试探针模块5313；所述测试探针模块5313设有一组探针，每一根探针用于一类背板连接器插孔的测量；所述测试探针模块5313由步进电机带动旋转进行探针切换。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

(1)集成度高：装置可综合检测影响背板连接器电气连接性能的关键参数，包括:背板连接器丝印信息的读取、外观破损及划痕情况的检测、插针正位度的测量、引脚正位度的测量、簧片开口尺寸的测量、簧片在插孔中位置的检测，插孔插拔力的测量。

(2)自动化程度高、检测结果客观准确：整个检测过程可自动完成，避免了人工检测时由于操作不规范等原因引入的误差，使得结果客观准确。

(3)检测效率高：装置采用多工位同步工作的方式进行检测，缩短了单个背板连接器检测的平均时间，有效提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明实施例的装置整体结构示意图；

图2为上下料单元结构示意图；

图3为传动单元示意图；

图4运动控制单元的功能结构图；

图5为夹具俯视图；

图6为夹具侧视图；

图7为检测单元结构示意图；

图8为精密测量模块功能结构图；

图9为插拔力测量模块结构示意图；

图10为本发明实施例装置的检测流程图。

图中，1是上位机；2是运动控制单元，21是运动控制器，22是步进电机驱动器，23是步进电机，24是光电编码器；3是传动单元，301-306是工位，31是导轨，32是同步带轮，33是同步带；4是上下料单元，41是料盘，42是废料盘，43是卡具，44是视觉检测模块，45是机械臂，46是工作台；5是检测单元，51是外观检测单元，52是精密测量单元，521是X轴直线运动模块，522是Y轴直线运动模块，523是Z轴直线运动模块，524是相机，525是远心镜头，526是光源，53是插拔力测量单元，531-533是插拔力测量模块，5311是三轴运动模块，5312是力学测量模块，5313是测试探针模块；6是夹具，61、62是夹持单元，63是升降台。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

本发明所述装置可对影响背板连接器电气连接性能的关键参数进行自动检测，包括：外观检测、丝印读取、引脚正位度测量、插针正位度测量、簧片开口尺寸测量、簧片在插孔中的位置检测、插拔力测量。如图1所示，装置设有上位机1、上下料单元4、检测单元5、夹具6、运动控制单元2、传动单元3。

上位机1运行有上位机软件，上位机软件的数据库中存储着各种型号背板连接器的信息：背板连接器的几何尺寸、插孔的位置分布、插孔的行数与列数、插孔的行间距与列间距。在对背板连接器检测前，首先在上位机软件中选取待 检测背板连接器的型号，上位机软件从数据库中载入该型号背板连接器的相关信息。

如图2所示，上下料单元4包括料盘41、废料盘42、卡具43、视觉检测模块44、机械臂45，工作台46。将装有待检测背板连接器的料盘41置于工作台46上，并用卡具43夹紧料盘41，以防止上料时料盘的移动。视觉检测模块44包括工业相机、定焦工业镜头、环形光源，视觉检测模块44与上位机1相连，采集料盘41的图像后，通过上位机软件进行图像处理，检测料盘41中每个单元的背板连接器是否在位，并获取背板连接器的精确位置。机械臂45为五自由度关节式机械臂，机械臂45前端设有真空吸嘴，上位机1根据待检测背板连接器的位置信息操纵机械臂45拾取待检测背板连接器，并置于工位301的夹具6上，若料盘41某单元内的背板连接器不在位，机械臂45则跳过该单元，拾取料盘41下一单元内的背板连接器。

夹具6用于夹持背板连接器，并可对其翻转，使背板连接器的每个面都可朝上，从而外观检测单元51可拍摄背板连接器每个表面的图像。如图5、图6所示，夹具6的侧壁设有2对夹持单元61、62，底部设有升降台63，夹持单元61、62采用面板式。当夹持单元61夹持背板连接器时，夹持单元62用于定位，同样，若夹持单元62夹持背板连接器时，夹持单元61用于定位。夹持单元61、62分别通过联轴器与步进电机相连，由步进电机驱动旋转，从而实现对所夹持的背板连接器的翻转。上下料时，升降台63升起，将背板连接器置于升降台63上，便于对背板连接器的夹持与定位，对背板连接器进行翻转时，升降台63下降。

如图3、图4所示，传动单元3包括导轨31，同步带轮32，同步带33，导轨31为椭圆回路形式的导轨，本实施例中的导轨上等间距地设有6个工位 301-306，每个工位上设有一个滑座，夹具6固定于滑座上，各个滑座通过同步带33连接在一起，同步带轮32驱动同步带33，同步带33带动滑座沿导轨31运动，从而使得导轨31上的各个夹具6可同步、精确地从一个工位运动至下一个工位。上位机1通过运动控制单元2驱动同步带轮32的运动。运动控制单元2包括运动控制器21，步进电机驱动器22，步进电机23，光电编码器24。同步带轮32与步进电机23使用联轴器相连，光电编码器24安装于步进电机23轴端，与步进电机驱动器23组成一个半闭环伺服系统。光电编码器24对步进电机23进行步进校验，步进电机驱动器22将光电编码器24测量反馈回来的步进电机转动的步数与运动控制器21给定的步数行比较，检验步进电机23的转动步数，并对步进电机的丢步进行补偿。

如图7所示，检测单元5包括外观检测单元51、精密测量单元52、插拔力测量单元53。本实施例中，插拔力测量单元53包括3个插拔力测量模块531-533。外观检测单元51、精密测量单元52、插拔力测量模块531-533分别对工位302-306的背板连接器进行检测。

背板连接器在工位301完成上料后，沿导轨移动至工位302，由外观检测单元51进行检测。外观检测单元51用于读取背板连接器的丝印信息、检测背板连接器的表面是否损坏及是否有划痕。丝印为印刷在背板连接器侧壁的条形码，用于标识背板连接器的型号，每个型号的背板连接器都有一个唯一的条形码与之对应。读取背板连接器的丝印信息，确认背板连接器的类型，可防止背板连接器装箱时的误装。外观检测单元51包括工业相机、自动对焦镜头、环形光源，工业相机与上位机1相连。通过夹具6的翻转，外观检测单元51分别拍摄背板连接器6个表面的图像，并由上位机1进行处理。上位机软件从图像中读取背板连接器的丝印信息，并检测背板连接器每个表面的损坏及划痕状 况。

背板连接器经外观检测单元51检测完毕后，沿导轨31移动至工位303，由精密测量单元52对其关键结构参数进行检测。由于背板连接器公头、母头结构不同，测量的关键结构参数不同。若被检测的背板连接器为公头，则需测量插针正位度与引脚正位度，若为母头，则需测量簧片开口尺寸、簧片在插孔中的位置及引脚正位度。精密测量单元52包括X轴直线运动模块521、Y轴直线运动模块522、Z轴直线运动模块523、相机524、远心镜头525、光源526。X轴直线运动模块521、Y轴直线运动模块522、Z轴直线运动模块523构成三轴运动单元，相机524固定于Z轴直线运动模块523的滑座上，随三轴运动单元运动。光源526为同轴照明，出射光平行、照度均匀，防止插针、引脚的投影影响正位度测量的精度。为了保证精密测量单元52具有较高的测量精度，本实施例中相机524为500万像素的灰度CCD工业相机，其图像传感器的尺寸为2/3英寸(6.6cm×8.8cm)，远心镜头525的放大倍数为1×，图像传感器的大小及远心镜头525的放大倍数决定了相机524成像的视场范围为6.6cm×8.8cm。由于相机524成像的视场范围小，须多次拍摄并进行图像拼接方可获取所需的背板连接器图像。X轴直线运动模块521、Y轴直线运动模块522、Z轴直线运动模块523的滑座与导轨之间分别设有光栅尺，用于精确定位相机524的运动状况，便于图像的拼接。当被检测的背板连接器为公头时，夹具6首先夹持背板连接器翻转，使其插针所在的表面朝上，相机524随三轴运动单元运动，多次拍摄并拼接得到背板连接器插针面图像，随后夹具6夹持背板连接器再次翻转，使其引脚所在的表面朝上，相机524多次拍摄拼接得到引脚面图像，最后由上位机1对插针面图像与引脚面图像进行处理，分别获取插针与引脚的正位度信息。若被检测的背板连接器为母头，通过夹具6的夹持翻转及相机524 的多次拍摄拼接，分别获取背板连接器插孔面图像及引脚面图像，再由上位机1通过图像处理获取簧片开口尺寸、簧片在插孔中的位置及引脚正位度信息。

背板连接器经精密测量单元52检测完毕后，沿导轨31移动至工位304，由插拔力测量单元53进行检测。插拔力测量单元53采用单孔测量的方式逐个测量每个插孔的插拔力。对于插孔数量较多的背板连接器，插拔力的测量需要较长的时间。本实例中插拔力测量单元53的3个插拔力测量模块531-533分别测量工位304-306的背板连接器插孔的插拔力。每个插拔力测量模块531-533分别测量背板连接器的一排或几排插孔，各插拔力测量模块531-533协同工作以完成背板连接器所有插孔的测量。多个插拔力测量模块协同工作的测量方式减少了测量时间，提高了检测效率。例如：假设被检测的背板连接器的插孔数目为8行14列，则插拔力测量模块531在工位304负责1-3行插孔的插拔力测量，插拔力测量模块532在工位305负责4-6行插孔的插拔力测量，插拔力测量模块533在工位306负责7-8行插孔的插拔力测量。

各插拔力测量模块531-533结构相同，如图9所示，插拔力测量模块531包括三轴运动模块5311、力学测量模块5312、测试探针模块5313。测试探针模块5313设有一组探针，每一根探针用于一类背板连接器插孔的测量。根据所测量的背板连接器的插孔类型选择测试探针，测试探针模块5313由步进电机带动旋转进行探针切换。测试探针模块5313与力学测量模块5312相连，力学测量模块5312固定于三轴运动模块5311的滑座上，可随三轴运动模块5311运动。插拔力的测量过程分为以下三步：①插入力测量：三轴运动模块5311沿Z轴向下运动，将测试探针模块5313的探针插入插孔，上位机1连续采集力学测量模块5312的数值，采集到的最大值便为该插孔的插入力大小。②拔出力的测量：插入力测量完毕后，三轴运动模块5311沿Z轴向上运动，将测 试探针模块5313的探针拔出待测插孔，上位机1连续采集力学测量模块5312的数值得到拔出力的大小。③对准：测量完一个插孔的插拔力后，测试探针模块5313根据插孔的行间距值与列间距值在三轴运动模块5311上沿X轴、Y轴运动，使得测试探针模块5313的探针对准下一个待测插孔。重复步骤①②③直至将该工位所需测量的插孔全部测量完毕。

传动单元3将夹持有背板连接器的夹具6依次移动至工位304、305、306，并分别由插拔力测量模块531、532、533测量插拔力后，移动回工位301进行下料。对于经外观检测单元51、精密测量单元52、插拔力测量单元53检测都合格的背板连接器，机械臂45拾取放回料盘41中，对于检测不合格的背板连接器，机械臂45拾取放入废料盘42中，并由上位机1输出该背板连接器不合格的检测项目及检测结果。

背板连接器的检测流程如图10所示，机械臂45拾取料盘41中的背板连接器置于工位301的夹具6中，传动单元3将背板连接器依次输送至工位302-306，分别由外观检测单元51、精密测量单元52、插拔力测量单元53进行检测，最后传动单元3再将背板连接器输送回工位301，由机械臂45拾取下料。装置采用了多工位同步工作的方式进行背板连接器检测，当工位301进行上下料时，外观检测单元51、精密测量单元52、插拔力测量单元53在工位302-306同时进行检测。导轨31上各工位的夹具保持同步运动，当工位301完成下料与上料，且工位302-306完成相应的检测后，同步带33驱动导轨31上的各个夹具同步运动，将各个工位的背板连接器移动至下一个工位。多工位同步检测的方式缩短了单个背板连接器检测的平均时间，有效提高了检测效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种背板连接器自动检测装置，其特征在于：设有上位机(1)、上下料单元(4)、检测单元(5)、夹具(6)、运动控制单元(2)、传动单元(3)；

所述上下料单元(4)包括料盘(41)、废料盘(42)、卡具(43)、视觉检测模块(44)、机械臂(45)以及工作台(46)；视觉检测模块(44)用于检测料盘(41)中每个单元的背板连接器是否在位及其精确位置，机械臂(45)可完成背板连接器的上料与下料；

所述检测单元(5)包括外观检测单元(51)、精密测量单元(52)、插拔力测量单元(53)；所述夹具(6)可夹持背板连接器进行翻转，使得外观检测单元(51)可拍摄背板连接器6个表面的图像，从而读取丝印信息并对6个表面的外观进行检测；所述精密测量单元(52)包括X轴直线运动模块(521)、Y轴直线运动模块(522)、Z轴直线运动模块(523)、相机(524)、远心镜头(525)、光源(526)，用于测量引脚正位度、插针正位度、簧片开口尺寸及簧片在插孔中的位置；所述插拔力测量单元(53)包括至少2个插拔力测量模块，每个插拔力测量模块负责测量背板连接器的一部分插孔，各插拔力测量模块分工协作完成所有插孔的测量；

所述传动单元(3)包括导轨(31)、同步带轮(32)、同步带(33)，导轨(31)至少设有5个工位，工位的数量由插拔力测量单元(53)中插拔力测量模块的数量决定，各工位等间距分布于导轨(31)上，各工位皆设有夹具(6)，同步带(33)可带动各工位上的夹具(6)沿导轨(31)同步运动。

2.如权利要求1所述的一种背板连接器自动检测装置，其特征在于：所述夹具(6)侧壁设有2对夹持单元(61、62)，底部设有升降台(63)。

3.如权利要求1所述的一种背板连接器自动检测装置，其特征在于：所述机械臂(45)为五自由度关节式机械臂。

4.如权利要求1所述的一种背板连接器自动检测装置，其特征在于：所述机械臂(45)前部设有真空吸嘴。

5.如权利要求1所述的一种背板连接器自动检测装置，其特征在于：所述光源(526)为同轴照明，出射光平行、照度均匀。

6.如权利要求1所述的一种背板连接器自动检测装置，其特征在于：所述X轴直线运动模块(521)、Y轴直线运动模块(522)、Z轴直线运动模块(523)的导轨与滑座间分别设有光栅尺，可对相机(524)的运动情况进行精确定位，便于图像的拼接。

7.如权利要求1所述的一种背板连接器自动检测装置，其特征在于：所述插拔力测量模块包括三轴运动模块(5311)、力学测量模块(5312)、测试探针模块(5313)；所述测试探针模块(5313)设有一组探针，每一根探针用于一类背板连接器插孔的测量；所述测试探针模块(5313)由步进电机带动旋转进行探针切换。