CN111250406A - 基于视觉定位的pcb检测流水线自动放置方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置系统,包括PCB上料区、四轴机械手、PCB检测设备和PCB放料区,四轴机械手用于抓取PCB上料区输送来的PCB板,并将PCB板运输至PCB检测设备,其特征在于:四轴机械手上固定有与其通信连接的视觉系统,四轴机械手包括固定在地面的基座,基座上转动连接有大臂,大臂远离基座的一端转动连接有小臂,小臂远离大臂的一端设置有伸缩杆,伸缩杆的输出轴朝下并固结有旋转轴,旋转轴上固结有用于吸取PCB板是吸盘,视觉系统包括相机和光源,相机固定在小臂靠近伸缩轴的一端,相机的镜头朝下,光源固定在旋转轴上。此外针对相机位置还公开了基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法,减轻了机械手负载,提高了精度。
Description
技术领域
本发明涉及自动化生产技术领域,特别涉及基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法及系统。
背景技术
在PCB制造行业,PCB板出厂之的电性检测必不可少。普遍的PCB制造厂采用的检测流水线,在检测流水线上设置限位结构,当PCB板随流水线移动时,限位结构先将PCB板限定在设定位置,然后再通过机械手来吸取和放置PCB板,吸取和放置PCB板的过程都是由机械手执行设定动作指令完成的。其中,吸取的过程,由于PCB板通过流水线上的位置可能在输送过程中产生不规律的偏移,若机械手仍执行设定动作指令,容易出现偏差,无法吸取限位结构的PCB板。即使吸取了PCB板,在放料至检测机构时,PCB板上的孔洞也无法准确卡入检测机构的引导栓,最后PCB板无法被固定在正确位置,而影响检测。因此常在PCB检测流水线上设置视觉系统对机械手进行矫正。
但现有的PCB检测流水线上,视觉系统设置多个,分别在流水线上机械手的取料区,和检测设备的放料区上,造成视觉系统的浪费。而固定在机械手上的视觉系统通常固定在机械手的吸盘处,跟随吸盘共同运动,虽然节省了视觉系统,方便视觉系统拍照、矫正机械手,但由于视觉系统的体积,需要增大吸盘的体积,且视觉系统增大了取料轴的负担,造成了机械手在运动过程中运动不稳、精度下降,缩短了机械手的寿命的。
发明内容
为克服上述缺点,本发明的目的在于提供基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法及系统,在生产时,相机架设在四轴机械手的小臂上,大幅减轻了吸盘的负载,延长了四轴机械手的寿命的,也避免负载过大造成机械手在运动中不稳,精度下降;且相应的视觉定位方法,根据标定参数计算矫正信息并发送给四轴机械手,帮助其进行位置校正,提高了PCB板传输的精准性。
为了达到以上目的,本发明采用的技术方案是:基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置系统,包括PCB上料区、四轴机械手、PCB检测设备和PCB放料区,所述四轴机械手用于抓取PCB上料区输送来的PCB板,并将所述PCB板运输至PCB检测设备,其特征在于:所述四轴机械手上固定有与其通信连接的视觉系统,所述四轴机械手包括固定在地面的基座,所述基座上转动连接有大臂,所述大臂远离基座的一端转动连接有小臂,所述小臂远离大臂的一端设置有伸缩杆,所述伸缩杆的输出轴朝下并固结有旋转轴,所述旋转轴的下端固结有用于吸取PCB板是吸盘,所述视觉系统包括相机和光源,所述相机固定在小臂靠近伸缩轴的一端,所述相机的镜头朝下,所述光源固定在旋转轴上。
本发明的有益效果是,视觉系统提高了四轴机械手的吸取PCB板的精准性,克服由于流水线的移动带来的PCB板的位置偏差,相机架设在四轴机械手的小臂上,大幅减轻了吸盘的负载,延长了四轴机械手的寿命的,也避免负载过大造成机械手在运动中不稳,精度下降。
优选地,所述PCB上料区设置有视觉系统的取像区,所述取像区位于四轴机械手的工作范围内,四轴机械手抓取进入取像区的PCB板。
优选地,所述PCB放料区通过四轴机械手与PCB检测设备连接,所述PCB放料区包括不良品放置区和良品输送区,所述不良品放置区为储存箱,所述良品输送区为输送带。
优选地,所述吸盘上设置有两个吸嘴。四轴机械手可同时运输两个PCB板至PCB板检测设备。
基于同一发明构思,本发明还提供基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1.针对不同PCB板生成标定参数,并将所述标定参数加载至四轴机械手上的视觉系统内;
S2.所述四轴机械手带动视觉系统共同运动,运动到PCB上料区上的取像区,所述视觉系统的相机拍摄PCB上料区的取像区的图像;
S3.将S2中拍摄的取像区的图像与标定参数进行对比运算,根据对比结果计算补偿值并反馈给所述四轴机械手,矫正所述四轴机械手的位姿;
S4.所述四轴机械手的位姿调整好后,向下做直线运动吸取PCB上料区的PCB板,并判断是否吸好PCB板;
S5.若吸取好PCB板,将所述PCB板运输至PCB检测设备的检测位置;
S6.所述视觉系统的相机对放置在检测位置的PCB板进行拍照,检测所述PCB板是否放置正确;
S7.所述检测设备对放置正确的PCB板进行检测;
S8.所述四轴机械手臂将S6中检测完成的PCB板输送至PCB放料区。
本发明的有益效果是,由于相机架设在四轴机械手的小臂上,四轴机械手在运动过程中,相机的坐标系在实时变化,构建不同位置处相机与四轴机械手坐标系的转化关系,提高了四轴机械手的吸取PCB板的精准性,克服由于流水线的移动带来的PCB板的位置偏差,通过不同标定参数兼容不同形状的PCB板。
优选地,所述步骤S1中标定参数的采集步骤如下:
S11.所述四轴机械手将放置在检测设备的检测位置上的PCB板吸出,将所述PCB板放置到PCB上料区上的取像区;
S12.所述视觉系统对S11中取像区的PCB板进行拍照,将得到的结果坐标记录为标准位置;
S13.所述四轴机械手将取像区的PCB板吸起后顺时针旋转固定角度θ,放下所述PCB板,所述视觉系统对放下的PCB板进行拍照,计算并记录顺时针方向的旋转中心;
S14.所述四轴机械手将S13步骤中取像区的PCB板吸起后逆时针旋转固定角度2θ,放下所述PCB板,所述视觉系统对放下的PCB板进行拍照,计算并记录顺时针方向的旋转中心;
S15.所述四轴机械手将S14步骤中取像区的PCB板吸起后顺时针旋转固定角度θ,复位至标准位置,放下所述PCB板后控制视觉拍照检测;
S16.所述视觉系统检测并对比前后S12和S15中两次的标准位置数据,判断是否存在误差;
S17.所述四轴机械手将S16中误差在范围内的PCB板吸起,向X方向移动固定距离,放下PCB板后控制视觉系统拍照检测;再吸起PCB板向Y方向移动固定距离,放下PCB板后控制视觉拍照检测;
S18.所述视觉系统根据步骤S17中的两次的检测结果,计算并记录校正系数;
S19.保存结果,生成标定参数。角度矫正与坐标矫正同时进行,标定计算四轴机械手的旋转中心时,采取分段标定的方式,从而满足角度矫正精度的需求。
优选地,所述步骤S16中,若所述误差大于标准值,则重复步骤S11-S15。
优选地,所述步骤S3中的对比结果包括坐标偏移量和角度偏移量,根据所述坐标偏移量与所述角度偏移量,校正所述四轴机械手的空间位置与旋转角度。
优选地,所述步骤S4中,若判断所述四轴机械手没有吸取PCB板,则将四轴机械手移动至取像区重现拍照,重复步骤S2-S3。
优选地,所述步骤S5中,若所述视觉系统检测到PCB板放置有误,则启动报警,便于人工复检矫正。
附图说明
图1为本实施例中基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置系统的结构示意图;
图2为本实施例中四轴机械手和视觉系统结构示意图;
图3为本实施例中基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法的工作流程图;
图4为本实施例标定参数的采集流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述,以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解,从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1所示,本实施例中的基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置系统,包括PCB上料区1、四轴机械手2、PCB检测设备3和PCB放料区4,所述四轴机械手2用于抓取PCB上料区1输送来的PCB板6,并将所述PCB板6运输至PCB检测设备3。PCB上料区1为传送带,靠近四轴机械手2的位置设置所述PCB上料区1设置有视觉系统5的取像区11,所述取像区11位于四轴机械手2的工作范围内,四轴机械手2抓取进入取像区11的PCB板6。所述PCB放料区4通过四轴机械手2与PCB检测设备3连接,所述PCB放料区4包括不良品放置区41和良品输送区42,所述不良品放置区41为储存箱,所述良品输送区42为输送带。四轴机械手2将PCB检测设备3检测合格的PCB板6吸取放置到良品输送区42,不合格的PCB板6吸取放置到不良品放置区41。四轴机械手2臂与PCB检测设备3通信连接,可接受PCB检测设备3的检测结果。
参见附图2,所述四轴机械手2上固定有与其通信连接的视觉系统5,所述四轴机械手2包括固定在地面的基座21,所述基座21上转动连接有大臂22,所述大臂22远离基座21的一端转动连接有小臂23。所述小臂23远离大臂22的一端设置有伸缩杆24,所述伸缩杆24的输出轴朝下并固结有旋转轴25,所述旋转轴25的上固结有用于吸取PCB板6是吸盘,吸盘古街在旋转轴25的下端面或侧面,吸盘的吸嘴7向下。四轴机械手2上还设置有驱动大臂22水平摆动、小臂23水平摆动、伸缩杆24垂直伸缩、旋转轴25旋转的驱动装置,四轴机械手2的大臂22、小臂23、伸缩杆24和旋转轴25的动作为现有技术,此处不再赘述。四轴机械手2通过大臂22和小臂23的复合摆动,实现四轴机械手X向和Y向的移动。所述视觉系统5包括相机51和光源52,所述相机51固定在小臂23靠近伸缩轴的一端,所述相机51的镜头朝下,所述相机51通过L型连接板固定在小臂23上。所述光源52固定在旋转轴25上,光源52发光点向下,用于照亮相机51的拍照区域。
所述吸盘上设置有两个吸嘴7,四轴机械手2可同时运输两个PCB板6至PCB检测设备3。
参见附图3,基于同一发明构思,本发明还提供基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法:包括如下步骤:
S1.针对不同PCB板6生成标定参数,并将所述标定参数加载至四轴机械手2上的视觉系统5内;
S2.所述四轴机械手2带动视觉系统5共同运动,运动到PCB上料区1上的取像区11,所述视觉系统5的相机51拍摄PCB上料区1的取像区11的图像;
S3.将S2中拍摄的取像区11的图像与标定参数进行对比运算,根据对比结果计算补偿值并反馈给所述四轴机械手2,矫正所述四轴机械手2的位姿;
S4.所述四轴机械手2的位姿调整好后,向下做直线运动取像区11的PCB板6,并判断是否吸好PCB板6;
S5.若吸取好PCB板6,将所述PCB板6运输至PCB检测设备3的检测位置;
S6.所述视觉系统5的相机51对放置在检测位置的PCB板6进行拍照,检测所述PCB板6是否放置正确;
S7.所述检测设备对放置正确的PCB板6进行检测;
S8.所述四轴机械手2臂将S6中检测完成的PCB板6输送至PCB放料区4。
若四轴机械手2的吸嘴7为两个,需要吸取两个PCB板6时,吸取第二个PCB板6时,重复步骤S2-S4,机械手同时运输两个PCB板6至PCB检测设备3,PCB检测设备3上设置有多个检测位置。进行两次步骤S5分别对两个PCB板6进行检测。
参见附图4,所述步骤S1中可根据不同类型的PCB板6进项标定参数采集,标定参数的采集步骤如下:
S11.所述四轴机械手2将放置在PCB检测设备3的检测位置上的PCB板6吸出,将所述PCB板6放置到PCB上料区1上的取像区11;
S12.所述视觉系统5对S11中取像区11的PCB板6进行拍照,将得到的结果坐标记录为标准位置;
S13.所述四轴机械手2将取像区11的PCB板6吸起后顺时针旋转固定角度θ,放下所述PCB板6,所述视觉系统5对放下的PCB板6进行拍照,计算并记录顺时针方向的旋转中心;
S14.所述四轴机械手2将S13步骤中取像区11的PCB板6吸起后逆时针旋转固定角度2θ,放下所述PCB板6,所述视觉系统5对放下的PCB板6进行拍照,计算并记录顺时针方向的旋转中心;
S15.所述四轴机械手2将S14步骤中取像区11的PCB板6吸起后顺时针旋转固定角度θ,复位至标准位置,放下所述PCB板6后控制视觉拍照检测;
S16.所述视觉系统5检测并对比前后S12和S15中两次的标准位置数据,判断是否存在误差;
S17.所述四轴机械手2将S16中误差在范围内的PCB板6吸起,向X方向移动固定距离,放下PCB板6后控制视觉系统5拍照检测;再吸起PCB板6向Y方向移动固定距离,放下PCB板6后控制视觉拍照检测;
S18.所述视觉系统5根据步骤S17中的两次的检测结果,计算并记录校正系数;
S19.保存结果,生成标定参数。角度矫正与坐标矫正同时进行,标定计算四轴机械手2的旋转中心时,采取分段标定的方式,从而满足角度矫正精度的需求。
当四轴机械手2上的吸嘴7为两个时,步骤S11中四轴机械手2从PCB检测设备3设备吸取两个PCB板6。
所述步骤S16中,若所述误差大于标准值,则重复步骤S11-S15,重新开始标定参数。
所述步骤S3中的对比结果包括坐标偏移量和角度偏移量,根据所述坐标偏移量与所述角度偏移量,校正所述四轴机械手2的空间位置与旋转角度。
所述步骤S4中,若判断四轴机械手2没有吸取PCB板6,则将四轴机械手2移动至取像区11重现拍照。所述步骤S6中,若所述视觉系统5检测到PCB板6放置有误,则启动报警,便于人工复检矫正。
计算补偿值的步骤包括获取PCB板6在取像区11的坐标和偏转角,根据角度和旋转中心重新计算坐标,计算新坐标与标准位置的偏差,将视觉坐标系中的位移偏差转换至四轴机械手2的坐标系,
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置系统,包括PCB上料区、四轴机械手、PCB检测设备和PCB放料区,所述四轴机械手用于抓取PCB上料区输送来的PCB板,并将所述PCB板运输至PCB检测设备,其特征在于:所述四轴机械手上固定有与其通信连接的视觉系统,所述四轴机械手包括固定在地面的基座,所述基座上转动连接有大臂,所述大臂远离基座的一端转动连接有小臂,所述小臂远离大臂的一端设置有伸缩杆,所述伸缩杆的输出轴朝下并固结有旋转轴,所述旋转轴上固结有用于吸取PCB板是吸盘,所述视觉系统包括相机和光源,所述相机固定在小臂靠近伸缩轴的一端,所述相机的镜头朝下,所述光源固定在旋转轴上。
2.根据权利要求1所述的基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置系统,其特征在于:所述PCB上料区设置有视觉系统的取像区,所述取像区位于四轴机械手的工作范围内。
3.根据权利要求1所述的基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置系统,其特征在于:所述PCB放料区通过四轴机械手与PCB检测设备连接,所述PCB放料区包括不良品放置区和良品输送区,所述不良品放置区为储存箱,所述良品输送区为输送带。
4.根据权利要求1所述的基于视频定位的PCB检测流水线自动放置系统,其特征在于:所述吸盘上设置有两个吸嘴。
5.基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1.针对不同PCB板生成标定参数,并将所述标定参数加载至四轴机械手上的视觉系统内;
S2.所述四轴机械手带动视觉系统共同运动,运动到PCB上料区上的取像区,所述视觉系统的相机拍摄PCB上料区的取像区的图像;
S3.将S2中拍摄的取像区的图像与标定参数进行对比运算,根据对比结果计算补偿值并反馈给所述四轴机械手,矫正所述四轴机械手的位姿;
S4.所述四轴机械手的位姿调整好后,向下做直线运动吸取PCB上料区的PCB板,并判断是否吸好PCB板;
S5.若吸取好PCB板,将所述PCB板运输至PCB检测设备的检测位置;
S6.所述视觉系统的相机对放置在检测位置的PCB板进行拍照,检测所述PCB板是否放置正确;
S7.所述检测设备对放置正确的PCB板进行检测;
S8.所述四轴机械手臂将S6中检测完成的PCB板输送至PCB放料区。
6.根据权利要求5所述的基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法,其特征在于:所述步骤S1中标定参数的采集步骤如下:
S11.所述四轴机械手将放置在PCB检测设备的检测位置上的PCB板吸出,将所述PCB板放置到PCB上料区上的取像区;
S12.所述视觉系统对S11中取像区的PCB板进行拍照,将得到的结果坐标记录为标准位置;
S13.所述四轴机械手将取像区的PCB板吸起后顺时针旋转固定角度θ,放下所述PCB板,所述视觉系统对放下的PCB板进行拍照,计算并记录顺时针方向的旋转中心;
S14.所述四轴机械手将S13步骤中取像区的PCB板吸起后逆时针旋转固定角度2θ,放下所述PCB板,所述视觉系统对放下的PCB板进行拍照,计算并记录顺时针方向的旋转中心;
S15.所述四轴机械手将S14步骤中取像区的PCB板吸起后顺时针旋转固定角度θ,复位至标准位置,放下所述PCB板后控制视觉拍照检测;
S16.所述视觉系统检测并对比前后S12和S15中两次的标准位置数据,判断是否存在误差;
S17.所述四轴机械手将S16中误差在范围内的PCB板吸起,向X方向移动固定距离,放下PCB板后控制视觉系统拍照检测;再吸起PCB板向Y方向移动固定距离,放下PCB板后控制视觉拍照检测;
S18.所述视觉系统根据步骤S17中的两次的检测结果,计算并记录校正系数;
S19.当所有位置标定结束后,保存结果,生成标定参数。
7.根据权利要求6所述的居于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法,其特征在于:所述步骤S16中,若所述误差大于标准值,则重复步骤S11-S15。
8.根据权利要求5所述的基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法,其特征在于:所述步骤S3中的对比结果包括坐标偏移量和角度偏移量,根据所述坐标偏移量与所述角度偏移量,校正所述四轴机械手的空间位置与旋转角度。
9.根据权利要求5所述的基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法,其特征在于:所述步骤S4中,若判断四轴机械手没有吸取PCB板,则将四轴机械手移动至取像区重现拍照,重复步骤S2-S3。
10.根据权利要求5所述的基于视觉定位的PCB检测流水线自动放置方法,其特征在于:所述步骤S6中,若所述视觉系统检测到PCB板放置有误,则启动报警。
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