CN105319496B - 一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统，包括位于电路板组装生产线旁侧的测试柜和机械手；所述测试柜包括以上下叠加方式安装在机架上的多个测试机；所述机械手位于电路板组装生产线的旁侧且位于测试机的前方；所述机械手包括四轴运动机构和抓取机构。所述抓取机构可沿Z向上下运动至电路板组装生产线的高度位置抓取产品且可运动至测试柜某一高度的测试机以取放产品。其中，抓取机构采用风琴形吸盘吸取电路板，以替代真空吸盘或夹爪抓取电路板，有利于降低生产设备的生产成本，有利于简化生产设备的结构，有利于简化控制流程，有利于节能减排。

Description

一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统

技术领域：

本发明涉及电路板加工技术领域，具体而言，涉及一种电路板测试系统。

背景技术：

在电路板组装生产线上，测试是自动化程度最为薄弱的一个环节，对于电路板的装配而言，从刷锡膏到回流焊都是在自动线上完成，唯有到了测试环节，其自动化的过程中止，目前在大部分产线上，测试都是由操作员手工来完成的。

测试自动化程度不高的原因，主要包括以下两个方面：第一，相对于产品的线速，测试时间较长，一条生产线需要多台测试机；第二，测试设备定制化程度高，体积比较大，测试设备往往按传统的搭建方法进行堆叠。由于上述两方面限制，意味着一条生产线需要多个测试机，也就需要多个机械手，一个机械手最多只能替代一个人工，不利于生产成本的降低。

随着半导体集成程度的提高，仪表的体积在不断地缩小，测试的本身也在不断地简化和标准化，这一趋势在消费电子行业表现的尤为明显，在这样的背景下，可以通过推进测试系统的小型化，进而实现测试的集成化和自动化。

如果能将测试系统小型化后变为标准的箱式盒子，则可以将多个测试系统叠放在一起，用一个机械手来做产品从流水线到测试机取放，实现测试的自动化。目前实现PCB测试自动化的方案要么使用标准的多关节机械手，要么使用直线运动机构来搭建机械手。无论使用多关节机械手，还是使用直线运动机构搭建的机械手，机械手中需设抓取电路板的抓取机构。

按现有技术中，所述电路板的抓取机构主要有两类：一类是由气缸驱动的夹爪，用夹爪夹取电路板；另一类是吸盘，吸盘在吸取电路板时需用气压装置抽真空。上述两类电路板的抓取机构均存在一定的弊端，其理由如下：电路板组装生产线包括传送带和一对导轨，传送带设置在一对导轨之间，电路板与传送带直接接触并由其传送，电路板在传送过程中位于一对导轨之间，由一对导轨对电路板进行导向，保证电路板按预定轨迹传送；所述电路板的抓取机构若采用夹爪，则在一对导轨之间需设顶起装置用于顶起电路板，夹爪方能夹取电路板；所述顶起装置的设置无疑增加了生产设备的生产成本，使生产设备的控制复杂化；所述电路板的抓取机构若采用吸盘，则需配套气压装置，对吸盘内的气压进行控制，如此，也无疑增加了生产设备的生产成本，使生产设备的控制复杂化，不利于节能减排。

发明内容：

本发明所解决的技术问题：在电路板组装生产线上，经小型化、集成化和自动化之后的测试系统需要机械手将产品从生产线移至测试系统，然而，按现有技术，无论使用多关节机械手，还是使用直线运动机构搭建的机械手，机械手均需设从生产线上抓取电路板的抓取机构，该抓取机构无论采用夹爪还是吸盘，均不利于降低生产设备的生产成本，均不利于简化生产设备的结构，均不利于简化控制流程，均不利于节能减排。

为解决上述技术方案，本发明提供如下技术方案：

一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统，包括位于电路板组装生产线旁侧的测试柜和机械手；

所述测试柜包括机架、以上下叠加方式安装在机架上的多个测试机，所述测试机包括安装在一起的抽屉式测试夹具和箱式的测试资源盒，所述测试夹具靠近电路板组装生产线；所述测试夹具用于固定电路板，所述测试资源盒用于存放测试资源；

所述机械手位于电路板组装生产线的旁侧且位于测试夹具伸出的前方；所述机械手包括支架、四轴运动机构和第一抓取机构；所述四轴运动机构包括安装在支架上的Y向导轨、滑动安装在Y向导轨上的X向导轨和驱动X向导轨沿Y向导轨移动的第一驱动元件、滑动安装在X向导轨上的Z向导轨和驱动Z向导轨沿X向导轨移动的第二驱动元件、滑动安装在Z向导轨上的运动平台和驱动运动平台沿Z向导轨移动的第三驱动元件、枢接在运动平台底部的连接件和驱动连接件旋转的第四驱动元件；所述Y向导轨和X向导轨水平设置，Y向导轨垂直于X向导轨，所述Z向导轨竖直设置；所述第一抓取机构安装在连接件的底部，第一抓取机构用于抓取电路板；

所述第一抓取机构包括安装在连接件底部的第一升降气缸、安装在第一升降气缸活塞杆上的第一升降组件、安装在第一升降组件底部的一对吸附装置；

所述吸附装置包括吸附主体、吸附组合件、压杆、第三升降气缸；所述吸附主体内设中空腔，所述吸附组合件包括固定在吸附主体中空腔底部的安装座、固定在安装座底部且向下突出中空腔的风琴形吸盘、活动插设在安装座中的升降杆、套设在升降杆上的第一弹簧、固定在升降杆顶部的限位件；所述第一弹簧位于安装座和限位件之间，风琴形吸盘顶部设气孔，升降杆活动插设在气孔内，升降杆底端设环形凸缘，环形凸缘位于风琴形吸盘内，在第一弹簧的弹力下，环形凸缘封堵气孔；所述压杆活动插设在中空腔中，压杆的顶部向上突出中空腔，压杆的顶部连接第三升降气缸的活塞杆，第三升降气缸安装在吸附主体的顶面上；所述压杆的中部设径向凸缘，径向凸缘抵在中空腔的顶壁上，压杆底部开设压腔，压腔套在升降杆的顶部。

按上述技术方案，所述运动平台可沿Z向导轨上下运动，即第一抓取机构可沿Z向导轨上下运动；当第一抓取机构运动到电路板组装生产线的高度位置时，第一驱动元件驱使X向导轨沿Y向导轨移动，第一抓取机构伸出支架而位于电路板组装生产线上待测电路板的上方；第一抓取机构抓取待测电路板后，X向导轨沿Y向导轨缩回，即第一抓取机构缩回，第一抓取机构位于测试夹具伸出的正前方；之后，第一抓取机构可沿Z向导轨上升或下降一定的高度，至可用的某个测试机前，该测试机的测试夹具伸出，第一抓取机构将待测电路板放置在测试夹具上，测试夹具装夹待测电路板后复位，由测试资源盒对待测电路板进行测试。其中，第一抓取机构抓取电路板的工作原理如下：当第一升降气缸驱动吸附装置下降，吸附装置吸附电路板时，电路板顶面向上挤压风琴形吸盘，风琴形吸盘吸住电路板；当吸附装置需释放电路板时，第三升降气缸驱使压杆下行，压杆驱使升降杆下行，环形凸缘解除对气孔的封堵，风琴形吸盘释放电路板。至此，吸附装置完成一轮吸取电路板和释放电路板的过程。

本发明第一抓取机构采用风琴形吸盘吸取再释放电路板，以替代真空吸盘或夹爪抓取电路板，无需配备气压装置或顶起装置，不仅可有效避免吸取或抓取电路板的零部件在工作过程中遭受磨损，而且，无需对风琴形吸盘进行真空处理即可吸取电路板，有利于降低生产设备的生产成本，有利于简化生产设备的结构，有利于简化控制流程，有利于节能减排。

作为本发明对上述技术方案的进一步说明，由于第一抓取机构沿Y向导轨伸出支架抓取待测电路板的运行方向与电路板组装生产线的运行方向垂直，所以，当第一抓取机构沿Y向导轨缩回支架后，第一抓取机构和电路板组装生产线不再有运动干涉的风险，第三驱动元件可以驱动运动平台及其上的第一抓取机构沿Z向导轨至任意高度的测试机位置完成电路板的取放。通过这样的系统架构，测试机可以从靠近地面的位置开始安装，向上叠加到操作员最大的可操作的高度，从而将电路板组装生产线高度以下的空间得到充分的利用，最大化单台设备的测试机容量。

作为本发明对机械手中四轴运动机构的一种说明，所述第四驱动元件为旋转气缸，所述连接件通过旋转气缸枢接在运动平台的底部。即旋转气缸的缸体安装在运动平台上的底部，所述连接件安装在旋转气缸的旋转轴上。

基于上述说明，作为本发明对机械手的一种改进，所述电路板组装生产线包括未测料传送带和已测料传送带，未测料传送带和已测料传送带并列设置；

所述连接件的底部还安装有第二抓取机构，所述第二抓取机构包括安装在连接件底部的第二升降气缸、安装在第二升降气缸活塞杆上的第二升降组件、安装在第二升降组件底部的一对吸附装置；所述第一抓取机构和第二抓取机构关于旋转气缸的旋转轴对称设置。

按上述改进，第一抓取机构和第二抓取机构围绕旋转气缸的旋转轴对称安装，第一抓取机构用于抓取已测试电路板，第二抓取机构用于抓取未测试电路板。当第一抓取机构运动到电路板组装生产线位置时，已测试电路板被放置于电路板组装生产线上，第一抓取机构空闲，第二抓取机构从电路板组装生产线上抓取未测试电路板。当第一抓取机构和第二抓取机构运动到要操作的测试夹具位置时，测试夹具抽屉弹出，空闲的第一抓取机构从测试夹具中取出已测电路板后，旋转气缸旋转180度，第二抓取机构将待测电路板放入测试夹具，此时，第二抓取机构空闲，第一抓取机构被占用，第一抓取机构和第二抓取机构再回到电路板组装生产线的下料位置开始下一个上下料循环，这样就实现了在一个往返运动中完成已测电路板的下料和未测电路板的上料动作。

作为本发明对机械手中四轴运动机构的一种改进，所述支架上设有Y向辅助导轨，Y向辅助导轨与Y向导轨平行，所述X向导轨的两端分别滑动配合在Y向辅助导轨和Y向导轨上。

作为本发明对机械手的一种说明，所述吸附装置中的压杆的底部套设有第二弹簧，第二弹簧位于径向凸缘和安装座之间。所述第二弹簧可辅助压杆复位。

作为本发明对机械手的一种说明，所述第一升降组件包括第一升降板、固定在第一升降板上的第一弯折杆，一对吸附装置安装在第一弯折杆的两端，一对吸附装置位于第一升降板的一对对角处。相同地，所述第二升降组件包括第二升降板、固定在第二升降板上的第二弯折杆，一对吸附装置安装在第二弯折杆的两端，一对吸附装置位于第二升降板的一对对角处。按上述说明，第一抓取机构或第二抓取机构通过一对吸附装置吸附在电路板的一对对角处而抓取电路板。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统的结构示意图；

图2为图1中第一抓取机构31和第二抓取机构32的组合结构示意图；

图3为图2中吸附装置300的结构示意图；

图4为图3中吸附组合件300-b的结构示意图。

图中符号说明：

10、电路板组装生产线；11、未测料传送带；12、已测料传送带；

20、测试柜；21、测试机；211、测试夹具；212、测试资源盒；

30、机械手；31、第一抓取机构；311、第一升降气缸；312、第一升降组件；3121、第一升降板；3122、第一弯折杆；32、第二抓取机构；33、支架；34、Y向导轨；340、辅助导轨；35、X向导轨；36、Z向导轨；37、运动平台；38、连接件；39、旋转气缸；300、吸附装置；300-a、吸附主体；300-b、吸附组合件；300-c、压杆；300-d、第二弹簧；301、中空腔；302、安装座；303、风琴形吸盘；304、升降杆；305、第一弹簧；306、限位件；307、环形凸缘；308、径向凸缘；309、压腔。

具体实施方式：

如图1，一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统，包括位于电路板组装生产线10旁侧的测试柜20和机械手30。

如图1，所述电路板组装生产线10包括未测料传送带11和已测料传送带12，未测料传送带和已测料传送带并列设置。

如图1，所述测试柜20包括机架、以上下叠加方式安装在机架上的多个测试机21，所述测试机包括安装在一起的抽屉式测试夹具211和箱式的测试资源盒212，所述测试夹具靠近电路板组装生产线；所述测试夹具用于固定电路板，所述测试资源盒用于存放测试资源。

上述测试机的工作原理如下：测试机采用TIF(Tester infixture)的概念，其前部为抽屉式夹具部分，后部分为仪表和测试机。测试机TIF需要传送下面状态信息给PLC：抽屉空；抽屉内板是否可以被拿走；抽屉是否打开的位置。加上PLC控制抽屉动作的控制位，每个抽屉TIF至少要占用4位PLC的IO。测试机自己需要检测待测板是否已放入夹具，检测夹具目前的状态，并且从网络扫描条码，下压夹具，开始测试，测试结束后设置抽屉内板可以拿走的状态位，并且将测试的数据通过网络上传到服务器。TIF内需要各种传感器，如抽屉是否打开，电路板是否存在，电路板的放置是否到位，夹具是否下压等状态。

结合图1、图2，所述机械手30位于电路板组装生产线的旁侧且位于测试夹具伸出的前方；所述机械手包括支架33、四轴运动机构和第一抓取机构31；所述四轴运动机构包括安装在支架上的Y向导轨34、滑动安装在Y向导轨上的X向导轨35和驱动X向导轨沿Y向导轨移动的第一驱动元件、滑动安装在X向导轨上的Z向导轨36和驱动Z向导轨沿X向导轨移动的第二驱动元件、滑动安装在Z向导轨上的运动平台37和驱动运动平台沿Z向导轨移动的第三驱动元件、枢接在运动平台底部的连接件38和驱动连接件旋转的第四驱动元件；所述Y向导轨和X向导轨水平设置，Y向导轨垂直于X向导轨，所述Z向导轨竖直设置；所述第一抓取机构安装在连接件的底部，第一抓取机构用于抓取电路板。

上述机械手30中，所述第一抓取机构31包括安装在连接件38底部的第一升降气缸311、安装在第一升降气缸活塞杆上的第一升降组件312、安装在第一升降组件底部的一对吸附装置300。结合图3、图4，所述吸附装置300包括吸附主体300-a、吸附组合件300-b、压杆300-c、第三升降气缸；所述吸附主体内设中空腔301，所述吸附组合件包括固定在吸附主体中空腔底部的安装座302、固定在安装座底部且向下突出中空腔的风琴形吸盘303、活动插设在安装座中的升降杆304、套设在升降杆上的第一弹簧305、固定在升降杆顶部的限位件306；所述第一弹簧位于安装座和限位件之间，风琴形吸盘顶部设气孔，升降杆活动插设在气孔内，升降杆底端设环形凸缘307，环形凸缘位于风琴形吸盘内，在第一弹簧的弹力下，环形凸缘封堵气孔；所述压杆活动插设在中空腔中，压杆的顶部向上突出中空腔，压杆的顶部连接第三升降气缸的活塞杆，第三升降气缸安装在吸附主体的顶面上；所述压杆的中部设径向凸缘308，径向凸缘抵在中空腔的顶壁上，压杆底部开设压腔309，压腔套在升降杆的顶部。其中，吸附装置300中，所述压杆300-c的底部套设有第二弹簧300-d，第二弹簧位于径向凸缘308和安装座302之间。

上述机械手30中，所述第一升降组件312包括第一升降板3121、固定在第一升降板上的第一弯折杆3122，一对吸附装置300安装在第一弯折杆的两端，一对吸附装置位于第一升降板的一对对角处。

上述机械手30中，如图2，所述第四驱动元件为旋转气缸39，所述连接件38通过旋转气缸枢接在运动平台37的底部。

上述机械手30中，所述连接件38的底部还安装有第二抓取机构32，所述第二抓取机构包括安装在连接件38底部的第二升降气缸、安装在第二升降气缸活塞杆上的第二升降组件、安装在第二升降组件底部的一对吸附装置；所述第一抓取机构和第二抓取机构关于旋转气缸39的旋转轴对称设置。其中，所述第二升降组件包括第二升降板、固定在第二升降板上的第二弯折杆，一对吸附装置安装在第二弯折杆的两端，一对吸附装置300位于第二升降板的一对对角处。

上述机械手30中，所述支架33上设有Y向辅助导轨340，Y向辅助导轨与Y向导轨34平行，所述X向导轨35的两端分别滑动配合在Y向辅助导轨和Y向导轨上。

本发明所述采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统的工作流程如下：

第一，第一抓取机构31和第二抓取机构32可沿Z向导轨36上下运动，其中，第一抓取机构用于抓取已测试电路板，第二抓取机构用于抓取未测试电路板；当第一抓取机构和第二抓取机构运动到电路板组装生产线10的高度位置时，第一驱动元件驱使X向导轨35沿Y向导轨34移动，第一抓取机构31和第二抓取机构32伸出支架33而位于电路板组装生产线10的上方；已测试电路板被放置于电路板组装生产线上，第一抓取机构31空闲，第二抓取机构32从电路板组装生产线10上抓取未测试电路板。

第二，X向导轨沿Y向导轨缩回，即第一抓取机构31和第二抓取机构32缩回，第一抓取机构和第二抓取机构位于测试夹具211伸出的正前方；之后，第一抓取机构和第二抓取机构可沿Z向导轨36上升或下降一定的高度，至要操作的测试夹具211位置时，测试夹具抽屉弹出，空闲的第一抓取机构31从测试夹具211中取出已测电路板后，旋转气缸39旋转180度，第二抓取机构32将待测电路板放入测试夹具211，此时，第二抓取机构空闲，第一抓取机构被占用。

第三，第一抓取机构31和第二抓取机构32再回到电路板组装生产线10的下料位置开始下一个上下料循环，这样就实现了在一个往返运动中完成已测电路板的下料和未测电路板的上料动作。

上述流程中，所述第一抓取机构31抓取电路板的工作原理如下：当第一升降气缸311驱动吸附装置300下降，吸附装置吸附电路板时，电路板顶面向上挤压风琴形吸盘303，风琴形吸盘吸住电路板；当吸附装置需释放电路板时，第三升降气缸驱使压杆300-c下行，压杆驱使升降杆304下行，环形凸缘307解除对气孔的封堵，风琴形吸盘释放电路板。至此，吸附装置300完成一轮吸取电路板和释放电路板的过程。所述第二抓取机构32抓取电路板的工作原理相同于第一抓取机构31。

以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统，包括位于电路板组装生产线(10)旁侧的测试柜(20)和机械手(30)；

所述测试柜(20)包括机架、以上下叠加方式安装在机架上的多个测试机(21)，所述测试机包括安装在一起的抽屉式测试夹具(211)和箱式的测试资源盒(212)，所述测试夹具靠近电路板组装生产线；所述测试夹具用于固定电路板，所述测试资源盒用于存放测试资源；

所述机械手(30)位于电路板组装生产线的旁侧且位于测试夹具伸出的前方；所述机械手包括支架(33)、四轴运动机构和第一抓取机构(31)；所述四轴运动机构包括安装在支架上的Y向导轨(34)、滑动安装在Y向导轨上的X向导轨(35)和驱动X向导轨沿Y向导轨移动的第一驱动元件、滑动安装在X向导轨上的Z向导轨(36)和驱动Z向导轨沿X向导轨移动的第二驱动元件、滑动安装在Z向导轨上的运动平台(37)和驱动运动平台沿Z向导轨移动的第三驱动元件、枢接在运动平台底部的连接件(38)和驱动连接件旋转的第四驱动元件；所述Y向导轨和X向导轨水平设置，Y向导轨垂直于X向导轨，所述Z向导轨竖直设置；所述第一抓取机构安装在连接件的底部，第一抓取机构用于抓取电路板；其特征在于：

所述第一抓取机构(31)包括安装在连接件(38)底部的第一升降气缸(311)、安装在第一升降气缸活塞杆上的第一升降组件(312)、安装在第一升降组件底部的一对吸附装置(300)；

所述吸附装置(300)包括吸附主体(300-a)、吸附组合件(300-b)、压杆(300-c)、第三升降气缸；所述吸附主体内设中空腔(301)，所述吸附组合件包括固定在吸附主体中空腔底部的安装座(302)、固定在安装座底部且向下突出中空腔的风琴形吸盘(303)、活动插设在安装座中的升降杆(304)、套设在升降杆上的第一弹簧(305)、固定在升降杆顶部的限位件(306)；所述第一弹簧位于安装座和限位件之间，风琴形吸盘顶部设气孔，升降杆活动插设在气孔内，升降杆底端设环形凸缘(307)，环形凸缘位于风琴形吸盘内，在第一弹簧的弹力下，环形凸缘封堵气孔；所述压杆活动插设在中空腔中，压杆的顶部向上突出中空腔，压杆的顶部连接第三升降气缸的活塞杆，第三升降气缸安装在吸附主体的顶面上；所述压杆的中部设径向凸缘(308)，径向凸缘抵在中空腔的顶壁上，压杆底部开设压腔(309)，压腔套在升降杆的顶部；

所述第四驱动元件为旋转气缸(39)，所述连接件(38)通过旋转气缸枢接在运动平台(37)的底部；

吸附装置(300)中，所述压杆(300-c)的底部套设有第二弹簧(300-d)，第二弹簧位于径向凸缘(308)和安装座(302)之间。

2.如权利要求1所述的一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统，其特征在于：

所述电路板组装生产线(10)包括未测料传送带(11)和已测料传送带(12)，未测料传送带和已测料传送带并列设置；

所述连接件(38)的底部还安装有第二抓取机构(32)，所述第二抓取机构包括安装在连接件(38)底部的第二升降气缸、安装在第二升降气缸活塞杆上的第二升降组件、安装在第二升降组件底部的一对吸附装置；所述第一抓取机构和第二抓取机构关于旋转气缸(39)的旋转轴对称设置。

3.如权利要求1所述的一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统，其特征在于：所述支架(33)上设有Y向辅助导轨(340)，Y向辅助导轨与Y向导轨(34)平行，所述X向导轨(35)的两端分别滑动配合在Y向辅助导轨和Y向导轨上。

4.如权利要求1所述的一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统，其特征在于：所述第一升降组件(312)包括第一升降板(3121)、固定在第一升降板上的第一弯折杆(3122)，一对吸附装置(300)安装在第一弯折杆的两端，一对吸附装置位于第一升降板的一对对角处。

5.如权利要求2所述的一种采用风琴形吸盘抓取电路板的测试系统，其特征在于：所述第二升降组件包括第二升降板、固定在第二升降板上的第二弯折杆，一对吸附装置安装在第二弯折杆的两端，一对吸附装置(300)位于第二升降板的一对对角处。