CN112787185B - 一种用于fpc线装配的机器人末端操作治具及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于FPC线装配的机器人末端操作治具及其应用，所述操作治具包括用于固接到机器人末端的夹具本体以及力传感器、弓形件、负压吸嘴和视觉检测组件，所述力传感器安装于夹具本体下端，所述负压吸嘴经弓形件连接于力传感器下部，所述负压吸嘴经气嘴与真空管连接，所述真空管连接负压气源，所述视觉检测组件安装于夹具本体上。将所述操作治具应用于手机FPC线的自动装配。该操作治具有利于提高手机FPC线装配的自动化程度。

Description

一种用于FPC线装配的机器人末端操作治具及其应用

技术领域

本发明属于手机生产技术领域，具体涉及一种用于BTB结构的FPC线装配的机器人末端操作治具及其应用。

背景技术

目前人们对智能手机的需求越来越大，要求也越来越多，这使得手机的需求量大，更新换代快。这就要求手机必须高自动化生产以适应当代的手机需求。现在手机生产大部分已经实现了自动化，但是手机组装和装配中，FPC线的装配还是以人工手动装配完成。这就必然会在大批量转配过程中，由于人员的疲劳从而影响产品的质量和降低生产效率，所以对手机中FPC线自动化装配提出了迫切的需求。在现有技术中，公开号为CN 111267024 A的专利公开了一种扣合智能手表的FPC的夹具，但是该夹具适用于手表，适用类型单一，且还是只能人工手动操作使用并不能用于自动化转配。因此，亟需一种能够用于智能手机FPC自动装配的夹具以满足智能手机FPC线的自动化装配的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于FPC线装配的机器人末端操作治具及其应用，该操作治具有利于提高手机FPC线装配的自动化程度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于FPC线装配的机器人末端操作治具，包括用于固接到机器人末端的夹具本体以及力传感器、弓形件、负压吸嘴和视觉检测组件，所述力传感器安装于夹具本体下端，所述负压吸嘴经弓形件连接于力传感器下部，所述负压吸嘴经气嘴与真空管连接，所述真空管连接负压气源，所述视觉检测组件安装于夹具本体上。

进一步地，所述负压吸嘴的下端面为吸附面，所述吸附面上开设有与FPC线的端子头背面相适应的凹槽，以吸附FPC线的端子头并将其扣合装配在手机上的端子座处。

进一步地，所述操作治具配设有多个不同的负压吸嘴，以适配于不同类型、规格的FPC线，所述负压吸嘴与弓形件为可拆连接，以便于更换不同的负压吸嘴。

进一步地，所述操作治具配设有定位件，所述定位件在安装弓形件时固定在夹具本体上，在弓形件装配完成后将其从夹具本体上取下。

进一步地，所述夹具本体与定位件通过定位孔进行定位固接，所述定位件上开设有与弓形件相适应的长槽导轨，所述弓形件嵌入长槽导轨中，并在其导向下定位安装于力传感器下部。

进一步地，所述视觉检测组件用于对FPC线的端子头和手机上的端子座进行位置检测，所述视觉检测组件包括相机、配套的镜头、配套的照明光源、相机固定件、相机位置调节件和光源固定件，所述镜头安装于相机上，所述相机安装于相机固定件上，所述相机固定件经相机位置调节件安装于夹具本体上，所述照明光源经光源固定件安装于相机固定件上。

进一步地，所述相机位置调节件上开设有长条形槽孔，通过上下调节用于固定相机固定件的紧固件在长条形槽孔上的位置，调节相机固定件的安装高度。

本发明还提供了所述机器人末端操作治具的应用方法，将所述操作治具应用于手机FPC线的自动装配，包括以下步骤：

步骤A1、安装于机器人末端的所述操作治具准确吸住FPC线的端子头背面，运动到预定初始定位点，使手机上与FPC线端子头扣合的端子座处于视觉检测组件的相机视野内；

步骤A2、相机拍照，获取手机上的端子座的一帧图像；

步骤A3、控制器对相机拍照所得图像进行图像处理，获取手机上的端子座在视野内的坐标；

步骤A4、控制器结合端子座在视野内的坐标和负压吸嘴与视野边界之间的相对位置坐标，得到端子座与负压吸嘴的相对位置坐标，并传送给机器人，所述机器人基于负压吸嘴与端子座之间的相对位置坐标进行运动，使FPC线的端子头与手机上的端子座重合对准，并实现扣合；

步骤A5、所述操作治具运动到另一个预定初始定位点，使FPC线的另一端子头背面处于相机视野内；

步骤A6、相机拍照，获取FPC线的另一端子头背面的一帧图像；

步骤A7、控制器对相机拍照所获图像进行图像处理，获取手机上FPC线的另一端子头背面在视野内的坐标；

步骤A8、控制器结合另一端子头背面在视野内的坐标和负压吸嘴与视野边界之间的相对位置坐标，得到端子头背面与负压吸嘴的相对位置坐标，并传送给机器人，所述机器人基于负压吸嘴与另一端子头之间的相对位置坐标进行运动，使操作治具的负压吸嘴与FPC线的另一端子头重合对准，并将其准确吸住；

步骤A9、重复步骤A1-A4，完成FPC线的另一端子头与手机上的另一端子座重合对准，并实现扣合。

进一步地，所述步骤A3中的图像处理，通过模板匹配算法获取手机上的端子座在视野内的坐标；所述步骤A4中，负压吸嘴与视野边界之间的相对位置坐标，通过相机标定和手眼标定得到。

进一步地，所述步骤A7中，对FPC线端子头图像的图像处理包括以下步骤：

步骤B1、将相机输入的RGB格式图像转换成灰度图像，并对得到的灰度图像进行图像滤波；或者直接对相机输入的RGB格式图像进行颜色分割；

步骤B2、对步骤B1处理后的图像进行轮廓检测，得到轮廓的点集；

步骤B3、对轮廓点集进行轮廓提取及轮廓筛选，得到端子头背面的轮廓点集；

步骤B4、基于端子头背面的轮廓点集进行矩形拟合，得到矩形的顶点作为端子头背面的坐标。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该操作治具通过负压吸嘴自动吸附FPC线的端子头扣合装配在手机上的端子座处，并通过视觉检测组件保证自动装配过程的准确高效完成，适用于智能手机FPC线的自动装配。此外，该操作治具还可以更换不同的负压吸嘴以适应不同类型、规格的手机FPC线。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例的操作治具结构示意图。

图2为本发明实施例的操作治具结构爆炸示意图。

图3为本发明实施例中定位件的工作状态示意图。

图4为本发明实施例中负压吸嘴吸附FPC线端子头的工作状态示意图。

图5为本发明实施例中负压吸嘴的结构示意图。

图6为本发明实施例中定位件的结构示意图。

图7为本发明实施例中相机固定件的结构示意图。

图8为本发明实施例中手机FPC线的结构示意图。

图9为本发明实施例中手机内与FPC线扣合的端子座的结构示意图。

图10为本发明实施例中端子头图像处理后的结果示意图。

图11为本发明实施例中端子座图像处理后的结果示意图。

图中：1、夹具本体，2、力传感器，3、弓形件，4、防松螺母，5、负压吸嘴，6、气嘴，7、真空管，8、视觉检测组件，8-1、工业相机，8-2、镜头，8-3、照明光源，8-4、相机固定件，8-5、相机位置调节件，8-6、光源固定件，9、定位件，10、FPC线，10-1、端子头，10-2、端子头背面，11、手机，11-1、端子座，12-相机视野。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种用于FPC线装配的机器人末端操作治具，包括夹具本体1、力传感器2、弓形件3、防松螺母4、负压吸嘴5和视觉检测组件8。其中夹具本体1是其他部件的载体并且可以固接到机器人末端，所述力传感器2安装于夹具本体1下端，所述负压吸嘴5经弓形件3连接于力传感器2下部，所述防松螺母4用于力传感器2与弓形件3的固定，所述负压吸嘴5经气嘴6与真空管7连接，所述真空管7连接负压气源，所述视觉检测组件8安装于夹具本体1上。所述操作治具的爆炸图如图2所示。

所述力传感器2是一维力传感器，用于检测FPC线的端子头与手机上的FPC端子座对位装配时的压力。所述弓形件3用于力传感器2和负压吸嘴5的连接，还用于将负压吸嘴5在装配进程中的力传递到力传感器2上。

所述负压吸嘴5用于吸附FPC线和用于FPC线端子头与手机上端子座的按压装配，其结构如图5所示。所述负压吸嘴5的下端面为吸附面，所述吸附面上开设有形状、尺寸与FPC线的端子头背面相适应的凹槽，以吸附FPC线的端子头并将其扣合装配在手机上的端子座处。FPC线、端子座的结构分别如图8、图9所示。负压吸嘴吸附FPC线的工作状态如图4所示。所述操作治具配设有多个不同的负压吸嘴5，以适配于不同类型、规格的FPC线，所述负压吸嘴5与弓形件3为可拆连接，以便于更换不同的负压吸嘴。

所述操作治具配设有定位件9，其结构如图6所示。所述定位件9在安装弓形件3时固定在夹具本体1上，在弓形件3装配完成后将其从夹具本体1上取下。所述夹具本体1与定位件9通过定位孔进行定位固接，所述定位件9上开设有与弓形件3相适应的长槽导轨，所述弓形件3嵌入长槽导轨中，并在其导向下定位安装于力传感器2下部。其使用方式如图3所示。

所述视觉检测组件8用于对FPC线的端子头和手机上的端子座进行位置检测，如图1所示，所述视觉检测组件包括工业相机8-1、配套的镜头8-2、配套的照明光源8-3、相机固定件8-4（其结构见图7）、相机位置调节件8-5和光源固定件8-6。所述镜头8-2安装于相机8-1上，所述相机8-1安装于相机固定件8-4上，所述相机固定件8-4经相机位置调节件8-5安装于夹具本体1上，所述照明光源8-3经光源固定件8-6安装于相机固定件8-4上。所述相机位置调节件8-5上开设有长条形槽孔，通过上下调节用于固定相机固定件8-4的紧固件在长条形槽孔上的位置，调节相机固定件的安装高度。

本发明将所述操作治具应用于手机FPC线的自动装配。如图8所示，手机FPC线的两端各有一端子头。如图9所示，手机内的FPC线安装位两端处各有一端子座，所述FPC线连接器属于BTB结构。所述操作治具准确吸住FPC线的端子头，并根据相机视觉检测出的位置信息准确移至手机上的端子座处完成扣合；所述操作治具再次根据相机视觉检测出的位置信息，准确吸住FPC线的另一端子头并准确与另一端子座完成扣合。自动装配的过程具体包括以下步骤：

步骤A1、安装于机器人末端的所述操作治具准确吸住FPC线的端子头背面10-2，参考图4，运动到预定初始定位点，使手机上与FPC线端子头10-1扣合的端子座11-1处于视觉检测组件的相机视野12内，如图10。

步骤A2、相机8-1拍照，获取手机上的端子座11-1的一帧图像。

步骤A3、控制器对相机拍照所得图像进行图像处理，得到如图10所示的图形处理结果，获取手机上的端子座11-1在视野12内的坐标(u _x , u _y )。

步骤A4、控制器结合端子座在视野内的坐标和负压吸嘴5与视野边界之间的相对位置坐标，得到端子座与负压吸嘴5的相对位置坐标(A-u _x , B+H-u _y )，并传送给机器人，所述机器人基于负压吸嘴5与端子座11-1之间的相对位置坐标进行运动，使FPC线的端子头10-1与手机上的端子座11-1重合对准，并实现扣合。其中A、B分别是吸嘴与视野边界的投影距离，属于已知的值。

步骤A5、所述操作治具运动到另一个预定初始定位点，使FPC线的另一端子头背面10-2处于相机视野13内，如图11。

步骤A6、相机拍照，获取FPC线的另一端子头背面的一帧图像。

步骤A7、控制器对相机拍照所获图像进行图像处理，得到如图11所示的图形处理结果，获取手机上FPC线的另一端子头背面10-2在视野12内的坐标(u _x , u _y )。

步骤A8、控制器结合另一端子头背面10-2在视野内的坐标和负压吸嘴5与视野边界之间的相对位置坐标，得到端子头背面与负压吸嘴的相对位置坐标(A-u _x , B+H-u _y )，并传送给机器人，所述机器人基于负压吸嘴5与另一端子头10-1之间的相对位置坐标进行运动，使操作治具的负压吸嘴5与FPC线的另一端子头10-1重合对准，并将其准确吸住。其中A、B分别是吸嘴与视野边界的投影距离，属于已知的值。

步骤A9、重复步骤A1-A4，完成FPC线的另一端子头与手机上的另一端子座重合对准，并实现扣合。

所述步骤A3中的图像处理，通过模板匹配算法获取手机上的端子座在视野内的坐标。所述步骤A4中，负压吸嘴与视野边界之间的相对位置坐标，通过相机标定和手眼标定得到。

所述步骤A7中，对FPC线端子头图像的图像处理包括以下步骤：

步骤B1、将相机输入的RGB格式图像转换成灰度图像，并对得到的灰度图像进行图像滤波；或者直接对相机输入的RGB格式图像进行颜色分割。

步骤B2、对步骤B1处理后的图像进行轮廓检测，得到轮廓的点集。

步骤B3、对轮廓点集进行轮廓提取及轮廓筛选，得到端子头背面的轮廓点集。

步骤B4、基于端子头背面的轮廓点集进行矩形拟合，得到矩形的顶点作为端子头背面的坐标(u _x , u _y )。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种机器人末端操作治具在FPC线自动装配中的应用，其特征在于，所述机器人末端操作治具包括用于固接到机器人末端的夹具本体以及力传感器、弓形件、负压吸嘴和视觉检测组件，所述力传感器安装于夹具本体下端，所述负压吸嘴经弓形件连接于力传感器下部，所述负压吸嘴经气嘴与真空管连接，所述真空管连接负压气源，所述视觉检测组件安装于夹具本体上；所述负压吸嘴的下端面为吸附面，所述吸附面上开设有与FPC线的端子头背面相适应的凹槽，以吸附FPC线的端子头并将其扣合装配在手机上的端子座处；

所述操作治具配设有多个不同的负压吸嘴，以适配于不同类型、规格的FPC线，所述负压吸嘴与弓形件为可拆连接，以便于更换不同的负压吸嘴；

所述操作治具配设有定位件，所述定位件在安装弓形件时固定在夹具本体上，在弓形件装配完成后将其从夹具本体上取下；所述夹具本体与定位件通过定位孔进行定位固接，所述定位件上开设有与弓形件相适应的长槽导轨，所述弓形件嵌入长槽导轨中，并在其导向下定位安装于力传感器下部；

所述视觉检测组件用于对FPC线的端子头和手机上的端子座进行位置检测，所述视觉检测组件包括相机、配套的镜头、配套的照明光源、相机固定件、相机位置调节件和光源固定件，所述镜头安装于相机上，所述相机安装于相机固定件上，所述相机固定件经相机位置调节件安装于夹具本体上，所述照明光源经光源固定件安装于相机固定件上；所述相机位置调节件上开设有长条形槽孔，通过上下调节用于固定相机固定件的紧固件在长条形槽孔上的位置，调节相机固定件的安装高度；

所述机器人末端操作治具在FPC线自动装配中的应用，包括以下步骤：

步骤A1、安装于机器人末端的所述操作治具准确吸住FPC线的端子头背面，运动到预定初始定位点，使手机上与FPC线端子头扣合的端子座处于视觉检测组件的相机视野内；

步骤A2、相机拍照，获取手机上的端子座的一帧图像；

步骤A3、控制器对相机拍照所得图像进行图像处理，获取手机上的端子座在视野内的坐标；

步骤A4、控制器结合端子座在视野内的坐标和负压吸嘴与视野边界之间的相对位置坐标，得到端子座与负压吸嘴的相对位置坐标，并传送给机器人，所述机器人基于负压吸嘴与端子座之间的相对位置坐标进行运动，使FPC线的端子头与手机上的端子座重合对准，并实现扣合；

步骤A5、所述操作治具运动到另一个预定初始定位点，使FPC线的另一端子头背面处于相机视野内；

步骤A6、相机拍照，获取FPC线的另一端子头背面的一帧图像；

步骤A7、控制器对相机拍照所获图像进行图像处理，获取手机上FPC线的另一端子头背面在视野内的坐标；

步骤A8、控制器结合另一端子头背面在视野内的坐标和负压吸嘴与视野边界之间的相对位置坐标，得到端子头背面与负压吸嘴的相对位置坐标，并传送给机器人，所述机器人基于负压吸嘴与另一端子头之间的相对位置坐标进行运动，使操作治具的负压吸嘴与FPC线的另一端子头重合对准，并将其准确吸住；

步骤A9、重复步骤A1-A4，完成FPC线的另一端子头与手机上的另一端子座重合对准，并实现扣合；

所述步骤A3中的图像处理，通过模板匹配算法获取手机上的端子座在视野内的坐标；所述步骤A4中，负压吸嘴与视野边界之间的相对位置坐标，通过相机标定和手眼标定得到；

所述步骤A7中，对FPC线端子头图像的图像处理包括以下步骤：

步骤B1、将相机输入的RGB格式图像转换成灰度图像，并对得到的灰度图像进行图像滤波；或者直接对相机输入的RGB格式图像进行颜色分割；

步骤B2、对步骤B1处理后的图像进行轮廓检测，得到轮廓的点集；

步骤B3、对轮廓点集进行轮廓提取及轮廓筛选，得到端子头背面的轮廓点集；

步骤B4、基于端子头背面的轮廓点集进行矩形拟合，得到矩形的顶点作为端子头背面的坐标。

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