CN111836533A - 一种叠放系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠放系统，包括主板过渡段、子板过渡段，其特征在于，还包括：机器人，机器人上设置有子板吸取夹具和视觉系统；当机器人接收到主板过渡段发送的主板的到位信号时，机器人移动到所述主板的拍照点位，视觉系统对主板特征点进行识别，并根据主板特征点的坐标计算在主板上叠放子板的坐标；当机器人接收到子板过渡段发送的子板的到位信号时，机器人移动到子板的拍照点位，视觉系统对子板特征点进行识别，并根据子板特征点坐标计算子板吸取点的坐标，子板吸取夹具根据子板吸取点的坐标吸取子板，并定位到主板上叠放子板的坐标后叠放子板。

Description

一种叠放系统和方法

技术领域

本发明涉及电子制造、SMT领域，尤其涉及一种在SMT生产过程中城堡类PCB的自动叠放的系统和方法。

背景技术

在电子制造领域，表面组装技术(SMT，Surface Mounted Technology)是使用最普遍的生产方式在电子通信类产品中，不同功能需要的PCB板材不同，在常规产品设计中，通常将不同板材进行压合形成SMT生产使用的PCB，这种PCB加工难度大，成本高。为了降低产品成本，降低PCB本身的加工难度，出现了一种新型设计方式--城堡式设计，即子板与主板在PCB板厂单独加工，然后在SMT生产过程中通过锡膏将两者焊接在一起。

在目前的生产过程中，子板与主板的叠放贴装是人工进行，其过程中需要使用定位销，操作过程复杂，生产效率低，且由于子板与主板上均印刷有锡膏，过程中很容易出现质量风险，导致生产质量差。

发明内容

本发明旨在解决SMT城堡类单板生产过程中，人工将子板叠放组装到主板过程中可能产生的质量问题，包括子板锡膏污染及形状破坏、主板锡膏污染及形状破坏、子板与大板的组装位置偏移等；并在提高子板与主板组装质量同时，匹配整线的操作节拍，提升生产效率，减少人力。

为了实现本发明目的，本发明提供一种叠放系统，包括主板过渡段、子板过渡段，其特征在于，还包括：机器人，所述机器人上设置有子板吸取夹具和视觉系统。

当所述机器人接收到所述主板过渡段发送的主板的到位信号时，所述机器人移动到所述主板的拍照点位，所述视觉系统对主板特征点进行识别，并根据主板特征点的坐标计算在所述主板上叠放子板的坐标；

当所述机器人接收到所述子板过渡段发送的子板的到位信号时，所述机器人移动到子板的拍照点位，所述视觉系统对子板特征点进行识别，并根据子板特征点坐标计算所述子板吸取点的坐标，所述子板吸取夹具根据所述子板吸取点的坐标吸取子板，并定位到所述主板上叠放子板的坐标后叠放子板。

可选地，所述视觉系统用于识别主板的坐标偏差或角度偏差，并补偿到所述主板上叠放子板的坐标；所述视觉系统还用于识别子板的坐标偏差或角度偏差，并补偿到所述子板吸取点的坐标。

可选地，所述机器人用于接收并更新所述视觉系统发送的信息，所述信息包括：所述主板上叠放子板的坐标和所述子板吸取点的坐标。

可选地，所述子板吸取夹具安装在机器人的末端连接处。

可选地，所述子板吸取夹具还包括：气路装置。所述气路装置用于接收所述机器人发送的触发信号，并根据所述触发信号打开或关闭真空吸力。

可选地，所述气路装置包括压缩空气管道、第一电磁阀、第二电磁阀、真空发生器、过滤器、支气块和N个吸嘴，N为正整数；

所述压缩空气管道通过主气通路连接所述真空发生器，所述真空发生器和所述过滤器相连，所述主气通路通过所述支气块连接N个吸嘴，以使所述吸嘴产生真空吸力吸取子板；

所述第一电磁阀用于接收所述触发信号后打开真空吸力，所述第二电磁阀用于关闭真空吸力。

可选地，所述吸嘴包括真空压力传感器和弹簧，所述弹簧设置于吸嘴的前端，用于控制吸取子板的压力。

可选地，所述气路装置还包括气压感应装置，所述气压感应装置用于检测异常情况，并将所述异常情况发送给所述机器人。

可选地，所述机器人存储子板或主板的拍照等待点位；当到位信号无效时，所述机器人移动到拍照等待点位并等待到位信号，待到位信号有效时，移动至拍照点位。

本发明还提供了一种PCB板叠放方法，应用于上述叠放系统中，包括：

当所述机器人接收到所述主板过渡段发送的主板的到位信号时，所述机器人移动到所述主板的拍照点位，所述视觉系统对主板特征点进行识别，并根据主板特征点的坐标计算在所述主板上叠放子板的坐标；

当所述机器人接收到所述子板过渡段发送的子板的到位信号时，所述机器人移动到子板的拍照点位，所述视觉系统对子板特征点进行识别，并根据子板特征点坐标计算所述子板吸取点的坐标，所述子板吸取夹具根据所述子板吸取点的坐标吸取子板，并定位到所述主板上叠放子板的坐标后叠放子板。

采用本发明所述系统，与现有技术(离线印刷锡膏、人工用定位销辅助定位组装)相比，本发明采在线方式印刷主板、子板锡膏，采用机器人与视觉定位结合的方案实现多子板自动化高精度贴装，可以显著提升城堡单板在SMT生产过程中的组装效率，可以提升城堡单板组装精度，可以避免离线印刷、取放、搬运、人工贴装小板过程中对锡膏污染、误碰隐患，提升单板整体生产质量，同时也降低了该工序中的工装使用频率及其引入的风险，有效降低生产线员工的工作强度。

附图说明

图1为本发明一实施例中叠放系统的示意图一；

图2为本发明一实施例中叠放系统的示意图二；

图3是本发明一实施例中子板吸取夹具的结构示意图一；

图4是本发明一实施例中子板吸取夹具的结构示意图二；

图5是本发明一实施例中子板吸取夹具的结构示意图三；

图6是本发明一实施例中气路装置的示意图；

图7是本发明一实施例中叠放系统的方法流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为PCB板自动叠放系统的示意图一，图2为PCB板自动叠放系统的示意图二，PCB板自动叠放系统包括主板过渡段11、子板过渡段12，两条过渡段中间的机器人13。主板和子板通过在完成印锡、印锡检测等工作后达到相应过渡段。图3、图4和图5为子板吸取夹具的结构示意图，子板吸取夹具14安装在机器人13的末端连接处，子板吸取夹具14上安装有视觉系统31和气路装置32，视觉系统31包括相机、镜头，安装在子板吸取夹具14的侧面，气路装置32安装于子板吸取夹具14的下侧。机器人13用于从子板过渡段精确拾取子板，并搬运至主板上叠放子板的坐标后下压执行子板准确叠放组装到主板上。机器人13周围还设置有防护围栏，起保护作用，固定位置设置门锁，门锁与机器人信号连接，只有门锁闭合状态时机器人才可以正常工作。

图7是本发明一实施例中PCB板自动叠放系统的方法流程图。首先，分别设置机器人13拾取目标基准点位及贴装目标基准点位，即零偏差情况下理想拾取位置和贴装位置点。该步骤仅需在视觉系统重新标定或挪动过机器人、机器人配套工装、相机镜头等关键参数变更的情况下需要执行。

主板过渡段11和和子板过渡段12上都安装有光电传感器，待主板停止到主板过渡段11上时，触发信号给机器人13的控制系统。机器人13通过移动机械臂使视觉系统31位于主板上方，视觉系统31对主板特征位置进行拍照识别并更新主板位置信息，包含x、y坐标及角度偏差，根据主板特征点的坐标计算在所述主板上叠放子板的坐标，并发送给机器人14的控制系统。

待子板停到子板过渡段12上时，触发信号给机器人13的控制系统，然后机器人13移动机械臂，使视觉系统31位于子板上方，视觉系统31对子板特征位置进行拍照识别并更新子板位置信息，包含x、y坐标及角度偏差，并根据子板特征点坐标计算所述子板吸取点的坐标，并发送给机器人13控制系统，然后机器人13移动机械臂，使气路装置32位于子板上方，机器人13移动机械臂下沉，使气路装置32与子板接触。

视觉系统还用于对子板底部特征点进行识别计算，弥补吸取过程中出现的位置偏差，具体是通过识别主板的坐标偏差或角度偏差，补偿到主板上叠放子板的坐标；通过识别子板的坐标偏差或角度偏差，补偿到子板吸取点的坐标，从而进一步提高叠放精度。

主板特征位置和子板特征位置包括PCB上固定MARK点、特征孔、线路和图形等。

图6为气路装置的示意图，气路装置32用于接收所述机器13人发送的触发信号后控制真空发生与关闭，气路装置包括压缩空气管道321、第一电磁阀322、第二电磁阀323、真空发生器324、过滤器325、支气块326和吸嘴327。机器人13的控制系统触发信号给气路装置32的第一电磁阀322，压缩空气通过主气通道连接真空发生器324，主气管通过支气块326并行连接多路支气通道，最终支气通道再连接到各位置的吸嘴327上，使吸嘴327产生真空吸力，将子板吸取到位，机器人13移动机械臂使子板移动到主板上方的位置。上述采用真空主气路连接支气块326，支气块326并联到吸嘴327上的有点在于：可以实现一组真空吸嘴同时产生吸力，避免时间差对子板吸附过程造成位置偏移。同时每个吸嘴都是一根独立气管，对后续故障排查例如漏气、堵塞等比较简单。吸嘴327包括真空压力传感器和弹簧，所述弹簧设置于吸嘴的前端，用于控制吸取子板的压力。

机器人13控制系统移动机械臂，使子板到达主板对应位置，子板在主板上的具体位置由主板上叠放子板的坐标确定。机器人13控制机械臂下降一定距离，使子板与主板接触，接着机器人13的控制系统触发信号给气路装置32的第二电磁阀，关闭真空吸力，使子板离开吸嘴，完成子板叠放。完成子板叠放后，机器人13根据子板到位信号是否有效及任务完成情况选择下一步执行程序：如果任务完成则移动到预设原位；如果任务没有完成且子板到位信号有效则移动到子板拍照位置；如果任务没有完成且子板到位信号无效则移动到拍照点附近的等待点位等待，待子板到位信号有效后则移动到子板拍照位拍照，系统启动下一次循环。

在机器人吸取及移动子板的过程中，机器人13的控制系统会通过气压感应装置来检测子板是否有掉落。

在上述实施例中，子板定位使用的视觉系统可以是各种规格，例如可以是智能相机或工业相机，镜头可以是固定焦距或变焦距的，可以只设置底部或者顶部识别装置，也可以两者都增加。

子板吸取夹具可以通过上述真空吸取方式实现，也可以通过机械夹抓夹取孔洞，或者通过侧向机械夹抓抓取PCB边缘等方式实现。各种取放方式还可以通过增加弹簧、压缩行程、压力传感器来控制PCB受力大小，取放装置还可以通过另外设置弹簧压点来实现子板在主板上的按压动作。子板吸取夹具上可以设有侧夹，机器人通过侧夹取放子板。还可以设有弹性伸缩夹手，机器人通过控制夹手伸缩范围取放子板。通过在子板夹具上设置吸嘴面板，便于换线拆卸吸嘴。吸嘴可以通过强磁铁固定在子板吸取夹具上，通过改变磁铁固定位置来实现灵活换线。机器人可以装配多套子板吸取夹具，通过机器人末端关节旋转来实现夹具选取。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种叠放系统，包括主板过渡段、子板过渡段，其特征在于，还包括：机器人，所述机器人上设置有子板吸取夹具和视觉系统；

当所述机器人接收到所述主板过渡段发送的主板的到位信号时，所述机器人移动到所述主板的拍照点位，所述视觉系统对主板特征点进行识别，并根据主板特征点的坐标计算在所述主板上叠放子板的坐标；

当所述机器人接收到所述子板过渡段发送的子板的到位信号时，所述机器人移动到子板的拍照点位，所述视觉系统对子板特征点进行识别，并根据子板特征点坐标计算所述子板吸取点的坐标，所述子板吸取夹具根据所述子板吸取点的坐标吸取子板，并定位到所述主板上叠放子板的坐标后叠放子板。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述视觉系统用于识别主板的坐标偏差或角度偏差，并补偿到所述主板上叠放子板的坐标；所述视觉系统还用于识别子板的坐标偏差或角度偏差，并补偿到所述子板吸取点的坐标。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器人用于接收并更新所述视觉系统发送的信息，所述信息包括：所述主板上叠放子板的坐标和所述子板吸取点的坐标。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述子板吸取夹具安装在机器人的末端连接处。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述子板吸取夹具还包括：气路装置，所述气路装置用于接收所述机器人发送的触发信号，并根据所述触发信号打开或关闭真空吸力。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述气路装置包括压缩空气管道、第一电磁阀、第二电磁阀、真空发生器、过滤器、支气块和N个吸嘴，N为正整数；

所述压缩空气管道通过主气通路连接所述真空发生器，所述真空发生器和所述过滤器相连，所述主气通路通过所述支气块连接N个吸嘴，以使所述吸嘴产生真空吸力吸取子板；

所述第一电磁阀用于接收所述触发信号后打开真空吸力，所述第二电磁阀用于关闭真空吸力。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述吸嘴包括真空压力传感器和弹簧，所述弹簧设置于吸嘴的前端，用于控制吸取子板的压力。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述气路装置还包括气压感应装置，所述气压感应装置用于检测异常情况，并将所述异常情况发送给所述机器人。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机器人存储子板或主板的拍照等待点位；当到位信号无效时，所述机器人移动到拍照等待点位并等待到位信号，待到位信号有效时，移动至拍照点位。

10.一种叠放方法，应用于上述1至9任一项所述的叠放系统中，包括：

当所述机器人接收到所述主板过渡段发送的主板的到位信号时，所述机器人移动到所述主板的拍照点位，所述视觉系统对主板特征点进行识别，并根据主板特征点的坐标计算在所述主板上叠放子板的坐标；

当所述机器人接收到所述子板过渡段发送的子板的到位信号时，所述机器人移动到子板的拍照点位，所述视觉系统对子板特征点进行识别，并根据子板特征点坐标计算所述子板吸取点的坐标，所述子板吸取夹具根据所述子板吸取点的坐标吸取子板，并定位到所述主板上叠放子板的坐标后叠放子板。

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