CN106413278A - 一种智能贴片机及其线扫描识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能贴片机，包括龙门机架、贴装头、传板系统、图像采集系统和供料系统，供料系统包括飞达座、飞达集成控制卡和电动飞达，传板系统包括待板区、贴装区和出板区，图像采集系统包括聚光镜、灯板、散热片、光学镜头、接圈和线阵相机。本发明还公布了该智能贴片机的线扫描识别方法。本发明设计合理，采用图片开窗传输，速度和安全系数自然大大提高，光纤的传输通道不会有崩溃的隐患；本发明采用硬触发拍照的方法，图像处理更加高效，图像的补偿算法不需考虑不确定因素，定位精度和重复精度明显提高；本发明采用直线电机，保证扫描的精度，使用效果好。

Description

一种智能贴片机及其线扫描识别方法

技术领域

本发明涉及一种贴片机，具体是一种智能贴片机。

背景技术

机器视觉在国内起步较晚，真正工业领域的广泛应用也就十几年的时间，目前行业正处于快速发展期，存在很大的发展空间。具体表现为行业市场容量在快速增长、应用领域逐渐扩大以及从业企业数量也在快速增加。匹配的光源是机器视觉必不可少的技术支持，由于高端国产贴片机国内尚处于起步阶段，线扫描识别技术大都应用在车牌车型，条码等要求低端的行业。对于贴片机高速高精高稳定性的要求的配套技术，国内外几乎都无现成标准的产品可用。海外贴片机与线扫描相机匹配的光源大都是有底光、同轴光、环光、甚至背光组合而成。效果也不错。缺点是结构复杂，控制路数多样。国内其他机器视觉几乎都采用面阵相机和条形光的搭配。由于面阵相机是静态抓取图像在使用过程中带来很多局限，受面阵相机拍照帧率的影响，图像采集的速度慢，匹配不了直线电机的运动速度。受面阵相机感光芯片的视野范围的影响，对于长条状的目标物需要多个相机分段拍摄，既增加了成本，多个图像的传输容易造成光纤”塞车”。虽然速度可以通过提高相机帧率改善，毕竟帧率也是有限的，成本同样也增加了，丢帧和图像失真是面阵相机致命的缺陷，这些都为使用者带来了不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能贴片机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能贴片机，包括龙门机架、贴装头、传板系统、图像采集系统和供料系统，所述龙门机架包括机架平台、X臂、光栅尺、X轴读数头、X轴直线电机动子、X轴直线电机定子、Y轴直线电机动子、Y轴读数头、Y轴直线电机定子、Y轴光栅尺、右Y臂和左Y臂，右Y臂和左Y臂分别安装在机架平台的左右两侧，右Y臂和左Y臂上均设置有滑轨，X臂安装在右Y臂和左Y臂的滑轨上并且X臂分别与右Y臂和左Y臂垂直，X臂上安装有光栅尺、X轴读数头、X轴直线电机动子、贴装头连接板和X轴直线电机定子，右Y臂上安装有Y轴直线电机动子、Y轴读数头、Y轴直线电机定子和Y轴光栅尺，贴装头包括底板、Z轴电机、电机皮带、同步带、皮带夹、同步轮、滑块、滑块连接座、角度电机、吸嘴杆、花键套、支撑件、支撑保护套、吸嘴、相机、过滤器、电磁阀、真空模拟采集卡、真空传感器和汇流板，Z轴电机安装在底板顶部的反面，角度电机的转轴穿过底板并且与电机皮带相连，同步轮固定在底板下方，同步带套在电机皮带轮和同步轮上，皮带夹通过滑块连接座与滑块相连，吸嘴杆外部套有花键套并且吸嘴杆从下到上依次连接有吸嘴、支撑件和支撑保护套，吸嘴杆和花键套贯穿滑块连接座，底板的上半部安装有汇流板，真空传感器的一端插在汇流板中，真空传感器的另一端与真空模拟采集卡连接，电磁阀安装在汇流板中，传板系统安装在机架平台上并且与X臂平行，传板系统包括待板区、贴装区和出板区，供料系统位于传板系统的前面，供料系统包括飞达座、飞达集成控制卡和电动飞达，电动飞达安装在飞达座上，飞达集成控制卡安装在电动飞达内部，图像采集系统安装在飞达座靠近传板系统的位置，图像采集系统包括聚光镜、灯板、散热片、光学镜头、接圈和线阵相机，聚光镜位于最顶端，灯板与散热片内部相连，光学镜头位于聚光镜的下方，线阵相机位于光学镜头的下方，接圈位于光学镜头和线阵相机之间。

作为本发明进一步的方案：线阵相机采用相机固定底板固定，Y轴直线电机动子、Y轴直线电机定子、X轴直线电机动子和X轴直线电机定子均采用高精密高速度的直线电机驱动系统，光栅尺和Y轴光栅尺的分辨率为0.5um。

作为本发明进一步的方案：角度电机的外部安装有角度电机架，真空模拟采集卡外部设置有保护罩。

作为本发明进一步的方案：电磁阀和过滤器的数量均为八个，散热片的数量为两个。

所述智能贴片机的线扫描识别方法，具体步骤如下：

步骤一，PCB板经过待板区流入贴装区后，上位机收到贴装指令开始贴装，贴装头快速移动到飞达座上面的电动飞达的元件位置上方，贴装头在移动过程中，吸嘴杆下降，到达元件位置正上方0.4-0.6mm处，电磁阀打开，吸嘴杆内产生真空，元件便吸附在吸嘴上，吸嘴杆迅速上升到识别高度并同时向图像采集系统一侧移动；

步骤二，线扫光源打开打光到目标位置高度，X轴读数头在移动过程中读取光栅刻度值实时反馈给上位机处理器，到达预定的脉冲值，上位机发拍照请求信号来触发线阵相机；

步骤三，线阵相机收到一个脉冲就拍照一次，一次次连续高速的拍照得到的“线”型图像在贴装头上的元件完全飞过线阵相机后拼成了整张图片，整个图像采集过程150-200ms完成，整张图片通过光纤传输到PC的处理器，然后通过图像处理和算法得到元件的中心点的补偿值，传递给运动系统；

步骤四，贴装头的元件完成图像采集后随着X臂、左Y臂和右Y臂高速运动到PCB板的目标位置，吸嘴杆迅速下降，在距PCB板表面0.08-0.15mm的高度时进行电磁阀切换，破坏真空变成吹气模式，吸嘴上的元件就按预定位置贴附到PCB板的焊盘位置；

步骤五，将完成整块PCB板的贴装后流到出板区，再流到下一工位，至此完成一个循环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计合理，采用图片开窗传输，速度和安全系数自然大大提高，光纤的传输通道不会有崩溃的隐患；本发明采用硬触发拍照的方法，图像处理更加高效，图像的补偿算法不需考虑不确定因素，定位精度和重复精度明显提高；本发明采用直线电机，保证扫描的精度，使用效果好。

附图说明

图1为智能贴片机的爆炸图。

图2为智能贴片机中贴装头的爆炸图。

图3为智能贴片机中图像采集系统的爆炸图。

图4为智能贴片机中供料系统的结构示意图。

图5为智能贴片机中传板系统的结构示意图。

图6为智能贴片机中龙门机架的结构示意图。

其中：1-Z轴电机，2-电机皮带，3-同步带，4-皮带夹，5-同步轮，6-滑块，7-滑块连接座，8-角度电机，9-角度电机架，10-吸嘴杆，11-花键套，12-支撑件，13-支撑保护套，14-吸嘴，15-相机，16-过滤器，17-电磁阀，18-真空模拟采集卡，19-真空传感器，20-汇流板，21-X臂，22-光栅尺，23-X轴读数头，24-X轴直线电机动子，25-X轴直线电机定子，26-Y轴直线电机动子，27-Y轴读数头，28-Y轴直线电机定子，29-Y轴光栅尺，30-右Y臂，31-左Y臂，32-待板区，33-贴装区，34-出板区，35-飞达座，36-飞达集成控制卡，37-电动飞达，38-聚光镜，39-灯板，40-散热片，41-光学镜头，42-接圈，43-相机固定底板，44-线阵相机。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-6，一种智能贴片机，包括龙门机架、贴装头、传板系统、图像采集系统和供料系统，所述龙门机架包括机架平台、X臂21、光栅尺22、X轴读数头23、X轴直线电机动子24、X轴直线电机定子25、Y轴直线电机动子26、Y轴读数头27、Y轴直线电机定子28、Y轴光栅尺29、右Y臂30和左Y臂31，右Y臂30和左Y臂31分别安装在机架平台的左右两侧，右Y臂30和左Y臂31上均设置有滑轨，X臂21安装在右Y臂30和左Y臂31的滑轨上并且X臂21分别与右Y臂30和左Y臂31垂直，X臂21上安装有光栅尺22、X轴读数头23、X轴直线电机动子24、贴装头连接板和X轴直线电机定子25，右Y臂30上安装有Y轴直线电机动子26、Y轴读数头27、Y轴直线电机定子28和Y轴光栅尺29，贴装头包括底板、Z轴电机1、电机皮带2、同步带3、皮带夹4、同步轮5、滑块6、滑块连接座7、角度电机8、吸嘴杆10、花键套11、支撑件12、支撑保护套13、吸嘴14、相机15、过滤器16、电磁阀17、真空模拟采集卡18、真空传感器19和汇流板20，Z轴电机1安装在底板顶部的反面，角度电机8的转轴穿过底板并且与电机皮带2相连，同步轮5固定在底板下方，同步带3套在电机皮带轮和同步轮5上，皮带夹4通过滑块连接座7与滑块6相连，吸嘴杆10外部套有花键套11并且吸嘴杆10从下到上依次连接有吸嘴14、支撑件12和支撑保护套13，吸嘴杆10和花键套11贯穿滑块连接座7，底板的上半部安装有汇流板20，真空传感器19的一端插在汇流板20中，真空传感器19的另一端与真空模拟采集卡18连接，电磁阀17安装在汇流板20中，传板系统安装在机架平台上并且与X臂21平行，传板系统包括待板区32、贴装区33和出板区34，供料系统位于传板系统的前面，供料系统包括飞达座35、飞达集成控制卡36和电动飞达37，电动飞达37安装在飞达座35上，飞达集成控制卡36安装在电动飞达37内部，图像采集系统安装在飞达座35靠近传板系统的位置，图像采集系统包括聚光镜38、灯板39、散热片40、光学镜头41、接圈42和线阵相机44，聚光镜38位于最顶端，灯板39与散热片40内部相连，光学镜头41位于聚光镜38的下方，线阵相机44位于光学镜头41的下方，接圈42位于光学镜头41和线阵相机44之间。线阵相机44采用相机固定底板43固定，Y轴直线电机动子26、Y轴直线电机定子28、X轴直线电机动子24和X轴直线电机定子25均采用高精密高速度的直线电机驱动系统，光栅尺22和Y轴光栅尺29的分辨率为0.5um，使得定位精度和重复定位精度大大提高，线阵相机44的安装高度可调，光源的角度可调。角度电机8的外部安装有角度电机架9，真空模拟采集卡18外部设置有保护罩，一个角度电机8可控制4个Z轴吸嘴杆10的角度及补偿旋转。电磁阀17和过滤器16的数量均为八个，散热片40的数量为两个，该装置采用真空值检测吸嘴14的高度和元件吸着状态。

所述智能贴片机的线扫描识别方法，具体步骤如下：

步骤一，PCB板经过待板区流入贴装区后，上位机收到贴装指令开始贴装，贴装头快速移动到飞达座上面的电动飞达的元件位置上方，贴装头在移动过程中，吸嘴杆下降，到达元件位置正上方0.4-0.6mm处，电磁阀打开，吸嘴杆内产生真空，元件便吸附在吸嘴上，吸嘴杆迅速上升到识别高度并同时向图像采集系统一侧移动；

步骤二，线扫光源打开打光到目标位置高度，X轴读数头在移动过程中读取光栅刻度值实时反馈给上位机处理器，到达预定的脉冲值，上位机发拍照请求信号来触发线阵相机；

步骤三，线阵相机收到一个脉冲就拍照一次，一次次连续高速的拍照得到的“线”型图像在贴装头上的元件完全飞过线阵相机后拼成了整张图片，整个图像采集过程150-200ms完成，整张图片通过光纤传输到PC的处理器，然后通过图像处理和算法得到元件的中心点的补偿值，传递给运动系统；

步骤四，贴装头的元件完成图像采集后随着X臂、左Y臂和右Y臂高速运动到PCB板的目标位置，吸嘴杆迅速下降，在距PCB板表面0.08-0.15mm的高度时进行电磁阀切换，破坏真空变成吹气模式，吸嘴上的元件就按预定位置贴附到PCB板的焊盘位置；

步骤五，将完成整块PCB板的贴装后流到出板区，再流到下一工位，至此完成一个循环。

现有的贴片机需要解决面阵相机机器视觉在智能贴片机机器视觉应用缺陷，由于面阵相机是静态抓取图像在使用过程中带来很多局限，受面阵相机拍照帧率的影响，图像采集的速度慢，匹配不了直线电机的运动速度；受面阵相机感光芯片的视野范围的影响，对于长条状的目标物需要多个相机分段拍摄，既增加了成本，多个图像的传输容易造成光纤”塞车”；虽然速度可以通过提高相机帧率改善，毕竟帧率也是有限的，成本同样也增加了，丢帧和图像失真是面阵相机致命的缺陷。现有的贴片机还需要解决线阵相机线扫描识别方式通常采用软触发拍照的缺陷；线扫相机软触发是通过上位机发出拍照请求信号给相机的接口，相机接到拍照请求后开始拍照。这种拍照方式的弊端是从每次发出请求信号到接收信号有不确定的时间差，相机启动拍照的时间不同，拍照的位置也就不同，所得到的目标图像不一定每次都在想要的整张图片的中心位置，给图像处理和补偿算法带来不确定性，任何算法都无法满足不确定的目标的精确的补偿值，对于低端设备可以采取种做法；高端设备有些也采用这种方式，目标物在拍照之前在固定位置停止运动，相机收到拍照请求后开始移动拍照；采集的目标图像可以在整个图片的固定位置，但这牺牲时间和效率。现有的贴片机需要提高贴片机元件识别的精度和速度。通过直线电机的运动控制提高速度，线阵相机的高分辨率提高线扫描的精度。现有的贴片机需要提高视觉系统的稳定性：众所周知通过手机看视频的时候最占流量，实际上就是快速的看一张张图片；机器视觉道理也一样，也是超高速的传输多张图片，一旦超负荷传输系统就会死机。

本发明采用图片开窗传输：对整张扫描所得到的图片在高速传输给上位机的处理器之前进行自动截图处理，就是所谓的“开窗”，也就是说线阵相机的视野幅宽是40mm,所采集得到图片也是40mm宽的条状图片，贴片机所需要的目标元器件一般情况下在10mm宽度之内，通过处理相机在传输图片时自动截取以图片中心线为基准的两边同为10mm幅宽(可根据目标物的宽幅设置)的图片作为传输对象，相当于把整张图片的容量减少了50％，打个比方就是让能同时容许100个人的通道变成让50个人通过，速度和安全系数自然大大提高，光纤的传输通道就不会有崩溃的隐患。本发明采用硬触发拍照方法：硬触发的工作原理就是光栅尺的读数头在运动过程中每读到光栅尺(分辨率刻度是0.5微米)的一个刻度就发一个脉冲给上位机，上位机收到指定的脉冲数后即刻发送拍照请求给相机接口，相机随即启动拍照；整个过程都处于高速运动中，信号传输都是实时的，每次触发拍照的位置也是一致的，采集到的目标物的图像也是在整张图片的固定位置；图像处理相对显得更加高效，图像的补偿算法不需考虑若干不确定因素，定位精度和重复精度都会明显提高。本发明采用了直线电机，直线电机的应用是硬触发拍照方法的必要条件(但不是唯一条件)，光栅尺的读数头决定着硬触发的拍照指令的发送时机；直线电机的运动速度必须和线阵相机的行频匹配；线扫描识别方法是被测目标物与线扫相机之间有个相对运动的场合，通过线扫描的高速采集，每一次采集完一条线后刚好运动到下一个单位长度，通过不断的连续采集就拼成了一张二维图像，直线电机的运动速度直接影响着线扫描的精度；比如线阵相机的行频58KHz，也就是说一秒钟之内线阵相机可拍到58000条线素图片，目标物的运动速度大于相机的拍照速度则会丢帧，目标物的运动速度小于拍照速度，精度会提高，但效率不高。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种智能贴片机，其特征在于，包括龙门机架、贴装头、传板系统、图像采集系统和供料系统，所述龙门机架包括机架平台、X臂、光栅尺、X轴读数头、X轴直线电机动子、X轴直线电机定子、Y轴直线电机动子、Y轴读数头、Y轴直线电机定子、Y轴光栅尺、右Y臂和左Y臂，右Y臂和左Y臂分别安装在机架平台的左右两侧，右Y臂和左Y臂上均设置有滑轨，X臂安装在右Y臂和左Y臂的滑轨上并且X臂分别与右Y臂和左Y臂垂直，X臂上安装有光栅尺、X轴读数头、X轴直线电机动子、贴装头连接板和X轴直线电机定子，右Y臂上安装有Y轴直线电机动子、Y轴读数头、Y轴直线电机定子和Y轴光栅尺，贴装头包括底板、Z轴电机、电机皮带、同步带、皮带夹、同步轮、滑块、滑块连接座、角度电机、吸嘴杆、花键套、支撑件、支撑保护套、吸嘴、相机、过滤器、电磁阀、真空模拟采集卡、真空传感器和汇流板，Z轴电机安装在底板顶部的反面，角度电机的转轴穿过底板并且与电机皮带相连，同步轮固定在底板下方，同步带套在电机皮带轮和同步轮上，皮带夹通过滑块连接座与滑块相连，吸嘴杆外部套有花键套并且吸嘴杆从下到上依次连接有吸嘴、支撑件和支撑保护套，吸嘴杆和花键套贯穿滑块连接座，底板的上半部安装有汇流板，真空传感器的一端插在汇流板中，真空传感器的另一端与真空模拟采集卡连接，电磁阀安装在汇流板中，传板系统安装在机架平台上并且与X臂平行，传板系统包括待板区、贴装区和出板区，供料系统位于传板系统的前面，供料系统包括飞达座、飞达集成控制卡和电动飞达，电动飞达安装在飞达座上，飞达集成控制卡安装在电动飞达内部，图像采集系统安装在飞达座靠近传板系统的位置，图像采集系统包括聚光镜、灯板、散热片、光学镜头、接圈和线阵相机，聚光镜位于最顶端，灯板与散热片内部相连，光学镜头位于聚光镜的下方，线阵相机位于光学镜头的下方，接圈位于光学镜头和线阵相机之间。

2.根据权利要求1所述的智能贴片机，其特征在于，所述线阵相机采用相机固定底板固定，Y轴直线电机动子、Y轴直线电机定子、X轴直线电机动子和X轴直线电机定子均采用高精密高速度的直线电机驱动系统，光栅尺和Y轴光栅尺的分辨率为0.5um。

3.根据权利要求1所述的智能贴片机，其特征在于，所述角度电机的外部安装有角度电机架，真空模拟采集卡外部设置有保护罩。

4.根据权利要求1所述的智能贴片机，其特征在于，所述电磁阀和过滤器的数量均为八个，散热片的数量为两个。

5.一种如权利要求1-4任一所述的智能贴片机的线扫描识别方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一，PCB板经过待板区流入贴装区后，上位机收到贴装指令开始贴装，贴装头快速移动到飞达座上面的电动飞达的元件位置上方，贴装头在移动过程中，吸嘴杆下降，到达元件位置正上方0.4-0.6mm处，电磁阀打开，吸嘴杆内产生真空，元件便吸附在吸嘴上，吸嘴杆迅速上升到识别高度并同时向图像采集系统一侧移动；

步骤二，线扫光源打开打光到目标位置高度，X轴读数头在移动过程中读取光栅刻度值实时反馈给上位机处理器，到达预定的脉冲值，上位机发拍照请求信号来触发线阵相机；

步骤三，线阵相机收到一个脉冲就拍照一次，一次次连续高速的拍照得到的“线”型图像在贴装头上的元件完全飞过线阵相机后拼成了整张图片，整个图像采集过程150-200ms完成，整张图片通过光纤传输到PC的处理器，然后通过图像处理和算法得到元件的中心点的补偿值，传递给运动系统；

步骤四，贴装头的元件完成图像采集后随着X臂、左Y臂和右Y臂高速运动到PCB板的目标位置，吸嘴杆迅速下降，在距PCB板表面0.08-0.15mm的高度时进行电磁阀切换，破坏真空变成吹气模式，吸嘴上的元件就按预定位置贴附到PCB板的焊盘位置；

步骤五，将完成整块PCB板的贴装后流到出板区，再流到下一工位，至此完成一个循环。