CN112474436B - 一种pcba自动测试分拣装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PCBA测试领域，具体涉及一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统。包括工控机、气压站、带有进料台的壳体和设置在所述壳体上的抓取单元、检测单元、分拣单元、PLC控制器，所述气压站分别与所述抓取单元、检测单元、分拣单元相连，所述PLC控制器分别与所述工控机、气压站、抓取单元、检测单元、分拣单元相连。本发明由机械手拿取PCBA放入测试载具，再由气缸控制按压板下降代替手动按压PCBA进行测试，最后在测试完成后由机械手根据测试结果对PCBA进行分拣，本发明实现PCBA测试过程的无人化，节省了人力成本。而且，自动测试还可以避免人工测试可能存在的误差，大大提高了测试的准确性。

Description

一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统

技术领域

本发明涉及PCBA测试领域，具体涉及一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统。

背景技术

PCBA在生产制造过程中产生的费用主要由元器件费用、生产加工费和测试费三部分组成。早期对PCBA的测试主要依靠人工使用万用表、示波器等对PCBA进行检测，这种方式需要投入大量的劳动力，且检测速度慢、测试通过率低，不适合现代企业大批量生产的现状。

如今企业对PCBA模块的测试主要依赖半自动的测试装置，该方式不再需要借助万用表等仪器，速度得到了较大的提升。虽然实现了测试过程的自动化，但在取、放、按压和分拣PCBA等多个环节仍然是手动的方式。并且，随着工人疲劳程度的增加，取、放、按压和分拣环节所消耗的时间也随之增加。而且放的位置是否准确，按压是否到位，均会对最终的测试结果产生重要的影响。这种半自动测试的方式，对劳动力的需求较大，效率较低，产能不固定。

因此，本发明公开了一种PCBA自动测试分拣装置及其控制系统以解决现有技术存在的成本高、测试效率低、误差大等问题。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统，包括工控机、气压站、带有进料台的壳体和设置在所述壳体上的抓取单元、检测单元、分拣单元、PLC控制器，所述气压站分别与所述抓取单元、检测单元、分拣单元相连，所述PLC控制器分别与所述工控机、气压站、抓取单元、检测单元、分拣单元相连、运行在工控机上的监控模块、运行在PLC上的控制模块；

所述抓取单元包括抓取机械手、光电开关；所述检测单元包括检测台、针床、检测气缸、按压板；所述分拣单元包括分拣机械手、废品台；所述气压站包括高压气瓶、若干电磁阀、若干继电器；

所述监控模块包括：

数据输入子模块：用于输入修改机械手运动位置相关参数，所述参数包括取板位置、放板位置、各个分拣工位位置以及运动速度；

上位机数据存储子模块：与所述数据输入子模块相连，用于存储输入输出数据；

数据处理计算子模块：与所述上位机数据存储子模块相连，用于对输入、输出参数数据进行处理、计算；

所述控制模块包括：

数据移位子模块：用于根据用户操作指令或者现场实时数据分别把PLC内部高速计数脉冲值、上位机数据存储子模块储存的数据值、控制代码参数值实时位移到PLC编程分配的下位机数据存储子模块中；

下位机数据存储子模块：与所述数据移位子模块相连，用于存储数据移位子模块传递来的数据；

自动化测试子模块：与所述下位机数据存储子模块相连，用于检测PCBA是否合格；

数据计算子模块：与所述自动化测试子模块相连，用于计算PCBA检测的总数、合格数量、不合格数量、通过率；

数据信号输出子模块：用于输出高电平控制继电器和电磁阀动作；

伺服电机驱动子模块：用于将脉冲信号转换成相应的角位移，通过发送的脉冲数和电子齿轮比决定伺服电机的转动圈数，进而控制抓取机械手、分拣机械手的运动距离；

数据开关子模块：用于接通/断开，控制整个系统是否运行。

进一步，所述监控模块还包括：

选择子模块：用于选择抓取机械手、分拣机械手的控制方式，也用于操作界面的选择；

监视子模块：用于显示当前系统运行状态，所述运行状态包括运行模式、工作状态、抓取机械手与分拣机械手的当前位置、实时报警信息。

进一步，所述控制模块还包括：

控制方式确定子模块：用于确定抓取机械手与分拣机械手运行时的控制方式，所述控制方式包括手动控制、程控；

数据比较子模块：用于比较传感器实时输入信号与预设值是否一致，当输入值与设定值不同时，产生报警，系统急停。

本发明所达到的有益效果为：

本发明由机械手拿取PCBA放入测试载具，再由气缸控制按压板下降代替手动按压PCBA进行测试，最后在测试完成后由机械手根据测试结果对PCBA进行分拣，本发明实现PCBA测试过程的无人化，节省了人力成本。而且，自动测试还可以避免人工测试可能存在的误差，大大提高了测试的准确性。

此外，本发明每次测试的数量远远大于半自动测试方式的数量，且测试时间固定，产能固定，测试效率与传统技术相比得到了很大的提升。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明抓取单元控制流程图。

图3是本发明检测单元控制流程图。

图4是本发明分拣单元控制流程图。

具体实施方式

为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图1～4所示，本发明提供了一种PCBA自动测试分拣装置，包括工控机、气压站、带有进料台的壳体、抓取单元、检测单元、分拣单元、PLC控制器。所述壳体上设置有贯穿的物料通道，所述物料通道的下边缘与所述进料台的上边缘平齐。所述工控机作为显示端，主要用于完成系统相关参数的输入，包括抓取PCBA位置、放置PCBA位置、分拣位置、电磁阀气体流动方向等，并将数据传送至PLC，同时显示当前工作模式、当前电机位置、电机转速、各类传感器状态等。所述PLC控制器汇总各种数据，根据内置的程序，完成各种计算比较，并发出指令驱动电机转动、控制电磁阀气体流动的方向。

所述抓取单元包括抓取机械手、光电开关，所述抓取机械手设置在所述壳体上，所述抓取机械手可以将上一道工序输送到进料台上的PCBA抓取转运到检测台上，所述光电开关设置在所述进料台上。当上一工序生产的PCBA到达进料台后，光电开关就会被遮掩，这样本发明就可以知道PCBA已经到位，便可进行下一步操作。

所述检测单元包括检测台、针床、检测气缸、按压板，所述检测台设置在所述物料通道的下侧，所述针床设置在所述检测台上，所述针床上设置有若干弹簧探针，所述弹簧探针的布置与所述PCBA上的测试点一一对应(PCBA在印刷的过程中便会预留若干测试点，以方便检测印刷电路是否损坏)。所述检测气缸设置在所述物料通道的上侧，所述按压板设置在所述检测气缸的活塞杆上，所述按压板与所述针床相对应。

所述分拣单元包括分拣机械手、废品台，所述分拣机械手设置在所述壳体上。所述分拣机械手用来根据检测结果将检测完毕的PCBA分拣到不同区域，所述分拣机械手首先会将合格的PCBA抓取转运到下一道工序，然后再将不合格产品抓取转到废品台，以方便进一步回收。

所述抓取机械手、分拣机械手均包括设置在所述壳体上的纵桁、横梁、机械臂、设置在机械臂上的上下气缸、设置在上下气缸活塞杆末端的机械手。所述纵桁上设置有第一滑槽、第一齿条，所述横梁上设置有与所述第一滑槽相配的第一滑块、与所述第一齿条相互咬合的第一驱动齿轮、与所述第一驱动齿轮相连的纵走电机，所述横梁可以在所述纵走电机的驱动下沿所述第一滑槽前后移动。所述横梁上还设置有第二滑槽、第二齿条，所述机械臂上设置有与所述第二滑槽相配的第二滑块、与第二齿条相互咬合的第二驱动齿轮、与第二驱动齿轮连接的横走电机，所述机械臂可以在所述横走电机的带动下沿横梁左右移动。这样，所述机械手就在纵走电机、横走电机、上下气缸的共同作用下，实现了XYZ三个方向的自由度，可以在PLC控制器的控制下到达指定位置。为了抓取方便，所述机械手上设置有若干吸盘或抓手。其中，抓取机械手的纵桁与分拣机械手的纵桁插入壳体的物料通道内并避开检测气缸，所述抓取机械手与分拣机械手均可移至针床的正上方。在初始状态下，所述按压板位于横梁上方。

所述气压站包括高压气瓶、若干电磁阀、若干继电器，所述高压气瓶通过所述电磁阀分别与所述检测气缸、抓取机械手的上下气缸、分拣机械手的上下气缸相连。为了叙述方便，根据连接部件的不同将电磁阀分别命名为检测电磁阀、抓取电磁阀、分拣电磁阀。

所述PLC控制器通过继电器与所述纵走电机、横走电机、检测电磁阀、抓取电磁阀、分拣电磁阀相连，用于控制抓取机械手、分拣机械手的运动。所述PLC控制器之所以通过继电器与这些部件相连而不是直接连接，一方面是因为PLC控制器不足以直接驱动这些设备，另一方面是也是为了隔绝控制电路与驱动电路，这样可以有效的确保控制电路的安全，防止控制电路受到干扰。同时，所述PLC控制器也与所述光电开关、针床及设置在本装置上的各种监测传感器相连，用于实时获知本装置的运行状态。所述监测传感器包括若干温度传感器、若干转速传感器，这些传感器可以检测本装置的运行状态，防止某个部件因温度过高、转速过快等因素损坏。其中，所述PLC控制器的型号为：西门子L7-1200；所述电磁阀的型号为：FPD-J2C2B 24V；所述光电开关的型号为：E3JK-RR12-C；所述继电器的型号为：SRD-12VDC-SL-C。

一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统，包括运行在工控机上的监控模块、运行在PLC上的控制模块；

所述监控模块包括：

数据输入子模块：用于输入修改机械手运动位置相关参数，所述参数包括取板位置(初始位置)、放板位置、各个分拣工位位置以及运动速度；

上位机数据存储子模块：与所述数据输入子模块相连，用于存储输入输出数据；

数据处理计算子模块：与所述上位机数据存储子模块相连，用于对输入、输出参数数据进行处理、计算；

选择子模块：用于选择抓取机械手、分拣机械手的控制方式，也用于操作界面的选择；

监视子模块：用于显示当前系统运行状态，所述运行状态包括运行模式、工作状态、抓取机械手与分拣机械手的当前位置、实时报警信息；本模块可以在设备过热或其他意外情况下及时报警并暂停设备，防止设备损坏。

上位机数据通信子模块，与所述数据处理计算子模块、选择子模块、监视子模块及所述控制模块相连，用于数据交换。所述工控机通过以太网口与PLC控制器进行连接。

所述控制模块包括：

数据移位子模块：用于根据用户操作指令或者现场实时数据分别把PLC内部高速计数脉冲值、上位机数据存储子模块储存的数据值、控制代码参数值实时位移到PLC编程分配的下位机数据存储子模块中；

下位机数据存储子模块：与所述数据移位子模块相连，用于存储数据移位子模块传递来的数据；

自动化测试子模块：与所述下位机数据存储子模块相连，用于检测PCBA是否合格；通过控制针床上的弹簧探针发送电流、接受电流，并将接受到的电流与下位机数据存储子模块内储存的标准值进行比较，检测PCBA上的印刷电路及电子元件是否完好。

数据计算子模块：与所述自动化测试子模块相连，用于计算PCBA检测的总数、合格数量、不合格数量、通过率；

数据信号输出子模块：用于输出高电平控制继电器和电磁阀动作；

伺服电机驱动子模块：用于将脉冲信号转换成相应的角位移，通过发送的脉冲数和电子齿轮比决定伺服电机的转动圈数，进而控制抓取机械手、分拣机械手的运动距离；

数据开关子模块：用于接通/断开，控制整个系统是否运行。

控制方式确定子模块：用于确定抓取机械手与分拣机械手运行时的控制方式，所述控制方式包括手动控制、程控；

数据比较子模块：用于比较传感器实时输入信号与预设值是否一致，当输入值与设定值不同时，产生报警，系统急停。

下位机数据通信子模块，与所述数据移位子模块、数据计算子模块、伺服电机驱动子模块、数据开关子模块、数据比较子模块相连，用于数据交换。所述PLC控制器通过I/O串口与继电器、开关、光电开关、各传感器相连，通过RS485与所述伺服电机相连。

具体的，本控制系统的控制方法为：

所述抓取单元的控制流程为：

S1.PCBA到位检测，PCBA到位后光电开关被遮挡，PLC控制器收到PCBA到位信号；

S2.准备抓取，PLC控制电磁阀改变气体流向，抓取机械手的上下气缸的活塞杆伸出，机械手下降到位；

S3.抓取PCBA，机械手通过设置在其上的吸盘或气动手指或其他抓取设备完成PCBA抓取动作；

S4.活塞杆回缩，PLC控制电磁阀改变气体流向，抓取机械手的气缸的活塞杆上升，上升到位；

S5.放入测试工位，PLC控制抓取机械手移动到针床上方，抓取机械手的气缸下降，下降到位，放下PCBA，将PCBA放入测试工位；

S6.抓取机械手复位，抓取机械手的气缸上升，上升到位，抓取机械手返回初始位置。

所述测试单元的控制流程为：

S1.按压板下压，PLC控制检测气缸活塞杆伸出，按压板下降到位；

S2.PCBA检测，PLC控制器发送测试指令，检测单元开始测试，测试完成，数据通过串口上传至PLC控制器；

S3.检测单元复位，检测气缸活塞杆回缩，按压板上升至初始位置。

所述分拣单元的控制流程为：

S1.准备抓取，PLC控制抓取机械手运动到测试工位(指定位置，即针床正上方)；

S2.抓取PCBA，PLC控制分拣机械手的气缸伸出，机械手下降，抓取PCBA，机械手上升，分拣机械手将PCBA放入相应工位；

S3.分拣PCBA，不断重复S2，PLC控制器根据测试结果将PCBA放入不同工位(包括合格区、废品台)；

S4.分拣机械手复位，PLC控制器控制分拣机械手回到初始位置。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统，其特征在于：包括工控机、气压站、带有进料台的壳体和设置在所述壳体上的抓取单元、检测单元、分拣单元、PLC控制器，所述气压站分别与所述抓取单元、检测单元、分拣单元相连，所述PLC控制器分别与所述工控机、气压站、抓取单元、检测单元、分拣单元相连、运行在工控机上的监控模块、运行在PLC上的控制模块；

所述抓取单元包括抓取机械手、光电开关；所述检测单元包括检测台、针床、检测气缸、按压板；所述分拣单元包括分拣机械手、废品台；所述气压站包括高压气瓶、若干电磁阀、若干继电器；

所述监控模块包括：

数据输入子模块：用于输入修改机械手运动位置相关参数，所述参数包括取板位置、放板位置、各个分拣工位位置以及运动速度；

上位机数据存储子模块：与所述数据输入子模块相连，用于存储输入输出数据；

数据处理计算子模块：与所述上位机数据存储子模块相连，用于对输入、输出参数数据进行处理、计算；

所述控制模块包括：

数据移位子模块：用于根据用户操作指令或者现场实时数据分别把PLC内部高速计数脉冲值、上位机数据存储子模块储存的数据值、控制代码参数值实时位移到PLC编程分配的下位机数据存储子模块中；

下位机数据存储子模块：与所述数据移位子模块相连，用于存储数据移位子模块传递来的数据；

自动化测试子模块：与所述下位机数据存储子模块相连，用于检测PCBA是否合格；

数据计算子模块：与所述自动化测试子模块相连，用于计算PCBA检测的总数、合格数量、不合格数量、通过率；

数据信号输出子模块：用于输出高电平控制继电器和电磁阀动作；

伺服电机驱动子模块：用于将脉冲信号转换成相应的角位移，通过发送的脉冲数和电子齿轮比决定伺服电机的转动圈数，进而控制抓取机械手、分拣机械手的运动距离；

数据开关子模块：用于接通/断开，控制整个系统是否运行。

2.根据权利要求1所述的一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统，其特征在于：所述监控模块还包括：

选择子模块：用于选择抓取机械手、分拣机械手的控制方式，也用于操作界面的选择；

监视子模块：用于显示当前系统运行状态，所述运行状态包括运行模式、工作状态、抓取机械手与分拣机械手的当前位置、实时报警信息。

3.根据权利要求1所述的一种PCBA自动测试分拣装置的控制系统，其特征在于：所述控制模块还包括：

控制方式确定子模块：用于确定抓取机械手与分拣机械手运行时的控制方式，所述控制方式包括手动控制、程控；

数据比较子模块：用于比较传感器实时输入信号与预设值是否一致，当输入值与设定值不同时，产生报警，系统急停。

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