CN109731793A - 一种小批量片式散料器件智能分拣设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小批量片式散料器件智能分拣设备。本发明是针对军工行业电子元器件二次筛选后小批量散装元器件无法使用自动设备进行生产的问题，通过上料振动模块、机械分拣系统、图像识别系统、物料放置模块、软件开发等集成研发设计一种用于小批量片式散料器件的精确定位、无损拾取的智能分拣设备。本发明是电子装联领域智能制造的新突破，通过软件牵引，驱动上料振动模块将片式散料器件进行翻面处理；软件切换驱动图像识别系统实现片式元器件自动识别与帧判；软件命令驱动机械分拣模块智能抓取片式散料器件，最小可实现0402封装精确抓取；软件设置物料放置，实现片式散料器件的高精度阵列分拣排布，并可清楚记录分拣数量，操作周期。

Description

一种小批量片式散料器件智能分拣设备

技术领域

本发明属于电子装联智能制造领域，特别涉及一种用于小批量片式散料电子器件的智能分拣设备。

背景技术

众所周知，航天器电子产品的多品种、小批量一直是其行业发展的特点，也是此行业生产效率无法提升的根源所在，小批量零散片式元器件分拣，已经成为航天器电装行业的效率瓶颈。原因在于所有航天电子产品所用的片式器件必须经过指定机构的二次筛选，且严格执行批次、中心合格证等质量追溯记录，造成原本盘带封装的片式器件经过筛选后都成零散包装的器件，包装排列无规律，无法快速的清点数量。同时，由于单批次数量较少和单颗片式器件质量较轻无法满足全自动编带机的要求，无法使用大型便带机便带和称重计数，因此这种零散状态，对元器件入库、出库以及年终盘点都带来巨大的时间和人力成本浪费。

此外，对于航天器生产而言，产品批次及数量严格追溯，所有片式器件必须限额发料，再经多次人工数查核对，一旦过程出错，将导致电装人员在贴装时发现多料或少料后需花费大量时间核对贴装和片状器件的数量。在设备生产制造方面，由于设备运行要求整齐的物料输入，即物料必须预先放置在具有一定规则形状和尺寸规律的包装中才能工作，无法直接对不规则包装的散料进行贴装，由于现状的片式器件是散料发放，无法直接使用设备贴装，因此还需人工再次摆放物料，这就造成生产前期准备时间过长，实际有效生产时间大幅缩短。对于单块印制板装联，由于设备准备时间长，通常采用手工贴片，当单板元器件数量不断增多、体积越来越小，依靠操作人员手工拾取、贴装存在易错和效率低问题，这都人力物力极大浪费的同时，也无法满足产能提升需求。以我厂通用一块印制板上物料摆料(1000个元器件)为例，为了保证物料数量的正确性，涉及元器件清点的环节包括仓库发料、点料摆料、上料三处，需要近4到5个小时。三个流程重复清点花费大量劳动力，而且工作事项重复，这样的低生产效率，严重拖累了后端以高效著称的贴片机的生产效率，也严重降低了产能。当前同行业的电装兄弟单位均存在小批量零散片状器件人工清点效率低、易出错、反复清点的问题，且已经成为制约产能提升的瓶颈问题，必须研制一种可以替代人工查找、清点、分拣物料的机器设备，以便提高SMT的生产效率。

据大量数据和调研了解，早在20世纪20年代荷兰尔玛公司首先研发了世界第一台信件分拣设备，它标志着自动分拣设备的诞生。20世纪70年代后由于广泛的应用电子计算机、广电文字识别等先进技术，自动分拣技术得到了进一步提高。中国实用新型专利CN203408902电子元器件自动分类系统：主要是利用特定频率的工业振盘进而输送装置，将待分类的元器件进行排序，然后采用工业视觉相机拍照，利用图像分析软件进行器件识别，金属圆环轨道围绕中心旋转，分选的元器件，并用高压气体喷扫的方式回收。此方法也规避了废旧电子元器件手工分拣的不足，但是此方法局限在针对废旧元器件回收，不能用于星上产品电子元器件。中国发明专利CN108058991一种旋转电子分拣机构：主要是利用包括分拣头和分拣机械手以及分拣头中心的分拣块实现由上到下顶出电子元器件。此方法在一定程度上解决了常规电子元气生产厂家分拣头工作效率不足的问题，可实现了快速分拣不合格的电子元器件，但是使用者为电子元器件生产厂家，而非电子装联用户；同时此机构仅为区分元器件，缺乏放置处理措施。在工业4.0热浪推动下，工业化、自动化、信息化成为时代热点，民众热议话题。论文“不规则包装快递自动分拣扫描设备的研究”(马宁蔚，孙术发，何忠旭，牟宗兴，任培龙，黑龙江科学，2018,5(9))在叙述了当前国内各快递公司也应用了自动分拣技术。如何借助智能制造之东风，进一步提升电子制造产能，确保航天器产品质量已经成为当前航天领域面临的热议话题。面对当前行业需求，必须研发设计一款可解放人工、可智能分拣、可智能放置的小批量片式器件智能分拣设备，以适应航天器装联需求。

发明内容

本发明的应用对象是航天器电子装联中的小批量片式散料电子器件。本发明的目的在于针对手工分拣片式散料器件存在的精度不良、效率低下问题，通过系统集成设计研发一套能实现四轴运动、精确定位、无损拾取的片式零散元器件自动分拣系统，进而准确、快速实现1.0mm×0.5mm尺寸(0402封装)及以上的片式零散元器件的机械化分拣、清点、转运、标记的智能处理，有效地解决现有片式散料器无法全自动分拣，只能手工分拣的不足。

本发明的主要技术方案是通过一种小批量片式散料器件智能分拣设备，通过将上料振动模块、图像识别系统、机械分拣系统、物料放置模块、集成软件、辅助执行机构集成；

所述的上料振动模块采用特定频率的振动料仓结构，将待分拣的片式散料元器件放入振动料仓中在特定频率作用下进行翻面处理；所述的图像识别系统采用智能相机与环形光源配合，将振动料仓内部的物料表面形貌拍照后，利用模板匹配算法计算出符合模板特征的物料，智能相机并分析出物料的位置信息，通过自主开发的软件利用TCP通信协议，将获取的位置信息发送至机械分拣系统，同时向机械分拣系统的电池阀发出触发信号；所述的机械分拣系统采用四轴机械手机构，在获得软件输入的物料形貌信息、坐标信息后，驱动机械手、真空发生器、吸嘴与电机联动将上料振动模块中的器件通过吸嘴在真空负压作用下进行拾取，并放置物料放置模块中，并触发机械手向辅助执行机构发送高低平，断开真空气路，是器件放下；所述的物料放置模块是由散料容器组成的矩阵模块，并由机械固定支架限位；集成软件向图像识别系统发送触发任务名称和触发命令

具体各模块功能如下：

1)本发明所述的上料振动模块通过内置的步进电机和伺服电机驱动，其中步进电机的旋转可以实现上层的送料；伺服电机的正反旋转，引起振动模块振动，通过前序和后序振动结合，实现散料器件实现自动翻面；通过优化散料容器设计，采用倒梯形仓体结构，内置防静电磨砂透明衬板，并在其内部设置背板光源，使得散料容器即能被视觉识别系统快速识别又能方便人员操作转运和保护元器件以及仿真元器件被吸附；

2)本发明所述的图像识别系统运用视觉识别系统中轮廓、标定处理技术，实现器件正反面识别、角度识别、尺寸识别、方向识别、坐标识别等功能。

3)本发明所述的机械分拣系统是采用将视觉识别系统与四轴机械手系统集成，通过实现四轴运动、精确定位、无损拾取的机构组成，实现零散元器件的快速分拣、清点、转运、标记，进而实现最小0402封装自动分拣；

4)本发明所述的物料放置模块是采用矩阵排列散料容器的方式，通过将散料矩阵的排列数据下载至机械手，并采用视觉识别矩阵位置坐标、选择角度等，进而精确定位物料放置位置。

5)本发明所述的集成软件是自主开发的软件，主要通过TCP通信协议实现和上料振动模块、图像识别系统、机械分拣系统通信、数据处理和控制的软件。

6)本发明所述的辅助执行机构是电磁阀，主要负责控制气路的通断实现器件的拾取和放置。

本发明的优点是：

1)本发明的组装结构清楚，模块功能明确，通过视觉与机械手协同实现片式散料元器件的机械化自动分拣，确保分拣过程高效；

2)本发明可实现不同封装(0402、0603、0805及以上)、尺寸的片式器件的灵敏区别分拣；

3)本发明可实现1.0mm×0.5mm尺寸(0402封装)及以上的片式零散元器件(最小0402封装)的自动分拣，分拣封装类型覆盖广；

4)本发明可实现片式散料元器件矩阵排布，分拣结果位置有序、排列整齐；

5)本发明可实现分拣结果量化记录，分拣结果可追溯；

6)本发明可实现片式散料元器件的无损拾取，可有效避免散料元器件在分拣过程中因拾取不当导致的损伤。

本发明彻底改变了原片式元器件只能手工分拣，清点数量的不足；不仅提高了小批量片式散料器件的分拣效率和分拣质量，还兼具分拣追溯功能，大大减少了人工分拣成本及时间成本的浪费，对于生产制造产能提升大有益处。

附图说明

图1为本发明系统组成图；

图2为本发明系统控制图；

图3分拣流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2、3所示，本实例中以分拣0402封装为例，对片式散料电子器件的智能分拣设备的六部分功能，包括：上料振动模块1、图像识别系统2、机械分拣系统3、物料放置模块4、集成软件5、辅助执行机构6进行介绍及使用。

1)根据分拣需求及功能要求，开发集成软件，集成软件5是联系各模块组成的纽带，也是命令传输纽带，实现分拣功能的关键在于软件逻辑的编写、命令的设定与功能扩展，本系统中软件采用C++语言编写；集成软件中配置了不同封装的相应的分拣参数(如送料器的震动频率、时间、智能相机的任务名称、机械手运动的速度、电磁阀动作的延迟时间、散料容器的参数等)。点击软件运行后软件通过计算机网口(TCP协议)向图像识别系统(智能相机)、机械手分拣系统、上料振动模块发送连接命令，并向上料振动模块发送振动命令及参数。

2)上料振动模块1接受到振动命令及参数后，驱动伺服电机选择实现振动，将模块内的物料均匀分布开。振动动作结束后，集成软件5接到振动料仓的状态变化并判断动作完成后。

集成软件5向图像识别系统2(智能相机)发送触发任务名称和触发命令。

3)图像识别系统2接收到发送触发任务名称和触发命令，自动调用相应任务和图像模板以及标定参数等，并触发拍照，分析计算图片中与模板相似器件的X、Y、角度坐标。将坐和角度信息反馈至计算机集成软件。

集成软件3将收到的坐标信息发送和抵触信号发送至机械手分拣系统。

4)机械手分拣系统接收到相应信息后，驱动机械手运动到指定位置，同时触发机械手向辅助执行机构(电池阀)发送高电平，使真空形成通路，吸取元器件。动作完成后，向计算机集成软件反馈对应信号。

集成软件3将收到接收到对应信号后，再将预设在基础软件内部的物料放置模块的坐标发送至机械手分拣系统。

5)机械手分拣系统3接收到基础软件内部的物料放置模块的坐标后，运动至指定坐标，并触发机械手向辅助执行机构6(电池阀)发送高低平，断开真空气路，是器件放下。

动作完成后，集成软件5再次向图像识别系统(智能相机)发送触发任务名称和触发命令。

如果图像识别系统2(智能相机)收到触发后无法反馈相应坐标，那么集成软件向上料整栋模块1发出震动命令，震动结束后再次触发图像识别系统2(智能相机)。

6)对于物料拾取后的摆放，采用统一的散料容器放置，材质为防静电材料；散料容器的位置及矩阵在开机工作前须进行设置，确保位置精度；此外，散料容器要根据所分拣的物料进行匹配，确保容器型号封装规格与物料一一对应。如联系分拣不同封装，只需提前将散料矩阵放置并标定好，机壳实现分区分拣。

Claims (6)

1.一种小批量片式散料器件智能分拣设备，其特征在于：通过将上料振动模块、图像识别系统、机械分拣系统、物料放置模块、集成软件、辅助执行机构集成；

所述的上料振动模块采用特定频率的振动料仓结构，将待分拣的片式散料元器件放入振动料仓中在特定频率作用下进行翻面处理；所述的图像识别系统采用智能相机与环形光源配合，将振动料仓内部的物料表面形貌拍照后，利用模板匹配算法计算出符合模板特征的物料，智能相机并分析出物料的位置信息，通过自主开发的软件利用TCP通信协议，将获取的位置信息发送至机械分拣系统，同时向机械分拣系统的电池阀发出触发信号；所述的机械分拣系统采用四轴机械手机构，在获得软件输入的物料形貌信息、坐标信息后，驱动机械手、真空发生器、吸嘴与电机联动将上料振动模块中的器件通过吸嘴在真空负压作用下进行拾取，并放置物料放置模块中，并触发机械手向辅助执行机构发送高低平，断开真空气路，是器件放下；所述的物料放置模块是由散料容器组成的矩阵模块，并由机械固定支架限位；集成软件向图像识别系统发送触发任务名称和触发命令。

2.根据权利要求1所述的一种小批量片式散料器件智能分拣设备，其特征在于，所述的上料振动模块采用倒梯形仓体结构，内置防静电磨砂透明衬板，并在其内部设置背板光源。

3.根据权利要求1所述的一种小批量片式散料器件智能分拣设备，其特征在于，所述的图像识别系统采用智能相机，运用视觉识别系统中的灰度、轮廓、标定处理。

4.根据权利要求1所述的一种小批量片式散料器件智能分拣设备，其特征在于，所述的机械分拣系统是采用将视觉识别系统与四轴机械手系统集成，实现零散元器件的快速分拣、清点、转运、标记。

5.根据权利要求1所述的一种小批量片式散料器件智能分拣设备，其特征在于，所述物料放置模块是采用散料容器的矩阵排列方式。

6.根据权利要求1所述的一种小批量片式散料器件智能分拣设备，其特征在于，所述辅助执行机构采用电池阀。