CN114367715A - 一种基于机器视觉的pcb板焊接设备及焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的PCB板焊接设备，包括出料模块、上料模块以及焊接模块；出料模块设置在上料模块的一侧，其能够将端子按规则排列；上料模块包括抓取组件以及固定组件；抓取组件用于将出料模块中的端子取放到PCB板的指定位置；固定组件用于将端子与PCB板夹持定位；焊接模块与出料模块位于上料模块的两侧；焊接模块用于对端子与PCB板进行焊接；焊接模块包括六轴机械臂、视觉相机以及执行装置；视觉相机用于获取PCB板的图像，以获取端子与PCB板的位置信息。该设备的出料模块可以一次出不同数量的端子，适应性强，同时其焊接模块具有视觉系统，可以大大的增加焊接精度，提高设备的智能化水平。

Description

一种基于机器视觉的PCB板焊接设备及焊接工艺

技术领域

本发明涉及PCB焊接领域，特别涉及一种基于机器视觉的PCB板焊接设备及焊接工艺。

背景技术

PCB板焊接工序是PCB板加工工艺中最重要的环节，其焊接精度以及焊接质量直接关系到PCB板的良品率；目前比较常见的焊接方式包括手工焊接以及自动焊接，一般手工焊接主要应用于两比较小且精度要求不高的的产品，自动焊接应用在大批量，精度要求较高的PCB板，但适应性较弱；对于小批量、精度要求较高的焊接需求，目前市场上比较欠缺。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够每次焊接不同数量的端子，且焊接精度高的基于机器视觉的PCB板焊接设备及加工工艺。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于机器视觉的PCB板焊接设备，包括出料模块、上料模块以及焊接模块；

所述出料模块与所述焊接模块分别位于所述上料模块的两侧；

所述出料模块能够将端子按规则输出；

所述上料模块包括抓取组件以及固定组件；所述抓取组件用于将所述出料模块中的端子取放到PCB板的指定位置；所述固定组件用于将所述端子与所述PCB板夹持定位；

所述焊接模块包括六轴机械臂、视觉相机以及执行装置，所述视觉相机以及所述执行装置均设置在所述六轴机械臂的末端；

所述视觉相机用于获取所述PCB板的图像以及位置信息；所述执行装置用于对所述端子与所述PCB板进行焊接。

优选地，其特征在于，所述出料模块包括排序组件以及顶出组件；所述排序组件能够将所述端子按顺序输送到所述顶出组件上，所述顶出组件用于对所述端子按需要的数量顶出；

所述顶出组件包括固定架、两个上下放置的固定在所述固定架上的摆放槽、顶出介质以及能够将端子按需求数量顶出的顶出块；

所述端子与所述顶出介质分别位于、上下放置的两个所述摆放槽上；所述顶出介质的数量为多个，每个所述顶出介质均对应一个所述端子，所述顶出介质设置在所述端子与所述顶出块之间；

所述顶出组件还包括第一推进气缸，其用于推动所述端子沿所述摆放槽水平移动。

优选地，所述顶出块能够相对所述固定架在水平方向以及竖直方向移动；

所述顶出块上阵列设置有多个的顶出销，所述顶出销与所述顶出介质两者的数量相等，且一一对应。

优选地，所述顶出组件还包括第二推进气缸以及第三推进气缸；

所述第二推进气缸固定在所述固定架底部，用于推动所述顶出块上下移动；

所述第三推进气缸，固定设置在所述固定架的侧面，用于推动所述顶出块水平移动。

优选地，所述第三推进气缸的移动端设置有竖直沿伸的滑槽；所述顶出块具有与所述滑槽配合的滑轨。

优选地，所述固定组件包括摆料平台以及固定夹具；

所述固定夹具的数量为多个，其用于对所述PCB板以及所述端子进行固定；

所述固定夹具包括支撑架、旋转板以及第一驱动电机；所述支撑架与所述摆料平台固定连接；所述第一驱动电机能够驱动所述旋转板相对所述支撑架沿水平轴旋转。

优选地，所述固定夹具还包括多个阵列设置的按压板；每个所述按压板均通过一个第二驱动电机转动连接在所述旋转板上；所述第二驱动电机能够驱动所述按压板沿竖直轴做旋转运动；所述按压板能够将所述端子与所述PCB板按压固定。

优选地，所述抓取组件包括三自由度直角坐标机器人以及设在所述三自由度直角坐标机器人末端的抓取机构；所述三自由度直角坐标机器人设置在所述摆料平台上。

本发明还公开了一种基于机器视觉的PCB板焊接工艺，其基于上述的机器视觉的PCB板焊接设备，所述焊接工艺包括：

步骤1：控制所述出料模块输出指定数量的所述端子；

步骤2：控制所述抓取组件将所述端子放置到所述PCB板的指定位置；

步骤3：控制所述固定组件将所述端子与所述PCB板进行按压固定；

步骤4：控制所述视觉相机获取所述PCB板的图像，以获取所述端子与所述PCB板的位置信息；

步骤5：根据所述视觉相机获取的位置信息为所述六轴机械臂设定焊接运动轨迹；

步骤6：控制所述执行装置将所述端子与所述PCB焊接。

有益效果：本发明的基于机器视觉的PCB板焊接设备及焊接工艺，其端子出料模块可以一次出不同数量的端子，适应性强，同时其焊接模块具有视觉系统，可以大大的增加焊接精度，提高设备的智能化水平。

附图说明

图1为基于机器视觉的PCB板焊接设备整体视图；

图2为出料模块俯视图；

图3为出料模块局部视图；

图4为第三推进气缸与顶出块连接图；

图5为顶出介质正视图；

图6为固定夹具第一状态俯视图；

图7为固定夹具第二状态正视图；

图8为固定夹具第二状态背面视图；

图9为调节装置整体视图；

图10为调节装置右视剖视图；

图11为调节装置俯视剖视图。

附图中各附图标记表示的零部件名称如下：

1-出料模块、2-上料模块、3-焊接模块、11-排序组件、12-顶出组件、121-固定架、122-摆放槽、123-顶出介质、123-1-横槽、124-顶出块、124-1-顶出销、124-2-滑轨、125-第一推进气缸、126-第二推进气缸、127-第三推进气缸、127-1-滑槽、21-抓取组件、22-固定组件、221-摆料平台、222-支撑架、223-旋转板、31-六轴机械臂、32-视觉相机、33-调节装置、331-调节基座、331-1-固定底板、331-2-固定背板、331-3-安装前板、331-4-安装侧板、332-调节平台、332-1-调节竖板、332-2-调节横版、333-球铰链、334-第一弹性元件、335-第一调节旋钮、336-第二弹性元件、337-第二调节旋钮、338-光轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示的基于机器视觉的PCB板焊接设备，用于对PCB板进行焊接，主要实现将需要焊接的端子放置在PCB板的指定位置，然后对其进行焊接，其中每次需要取放的端子数量可以不同，焊接精度比较高。

该设备包括出料模块1、上料模块2以及焊接模块3；所述出料模块1与所述焊接模块3分别位于所述上料模块2的两侧；所述出料模块1能够将端子按规则输出；所述上料模块2包括抓取组件21以及固定组件22；所述固定组件22上放置需要与所述端子进行焊接的PCB板；所述抓取组件21用于将所述出料模块1中的端子取放到固定组件22上的PCB板的指定位置；所述固定组件22用于将端子与PCB板夹持固定；所述焊接模块3包括六轴机械臂31、视觉相机32以及执行装置；所述六轴机械臂31固定设置在固定平台35上；所述视觉相机32以及执行装置设置在所述六轴机械臂31的末端；所述视觉相机32用于获取所述PCB板的图像，以获取所述端子与所述PCB板的位置信息；所述执行装置用于对所述端子与所述PCB板进行焊接。

该实施例中，视觉相机32负责采集放置在固定组件22上的端子与PCB板的位置信息，将信息传递给六轴机械臂31，六轴机器臂31根据位置信息计算出自己的运动轨迹，带动执行装置进行焊接工作。

优选地，所述出料模块1包括排序组件11以及顶出组件12，所述出料模块1所在的方向为后方，所述顶出组件12所在的方向为前方；所述排序组件11能够将所述端子按顺序输送到所述顶出组件12上，所述顶出组件12用于对所述端子按需要的数量顶出；所述排序组件11为震动盘，通过震动，将端子输出。

如图2-3所示，所述顶出组件12包括固定架121、两个上下放置的固定在所述固定架121上的摆放槽122、顶出介质123以及能够将端子按需求数量顶出的顶出块124；所述端子与所述顶出介质123分别位于、上下放置的两个所述摆放槽122上，两个所述摆放槽122均水平放置；所述顶出介质123的数量为多个，每个所述顶出介质123均对应一个所述端子，顶出介质123的上表面与端子的下表面接触，所述顶出介质123设置在所述端子与所述顶出块124之间；所述顶出组件12还包括第一推进气缸125，其用于推动所述端子沿所述摆放槽122水平移动；所述第一推进气缸125用于将所述端子沿所述摆放槽122向前推进；所述顶出块124上固定阵列设置有多个等距的顶出销124-1，所述顶出销124-1与所述顶出介质123两者的数量相等，且一一对应，顶出介质123与顶出销124-1衔接；所述顶出块124能够相对所述固定架121在水平方向以及竖直方向移动。

优选地，所述顶出组件12还包括第二推进气缸126以及第三推进气缸127；所述第二推进气缸126固定在所述固定架121底部，用于推动所述顶出块124上下移动；所述第三推进气缸127，固定设置在所述固定架121的侧面，用于推动所述顶出块124水平移动的第三推进气缸127；所述第三推进气缸127位于所述顶出组件12的前端。

优选地，如图4所示，所述第三推进气缸127的移动端设置有竖直沿伸的滑槽127-1；所述顶出块124具有与所述滑槽127-1配合的滑轨124-2，该结构在顶出块124竖直移动时，滑轨124-2在滑槽127-1内移动，可以实现第三推进气缸127不随顶出块124竖直移动，增加了结构稳定性。

该实施例中，如图5所示，所述顶出介质123与顶出销124-1衔接处开设有横槽123-1，所述顶出块124在第三推进气缸127的作用下水平移动时，能够带动顶出销124-1进出横槽123-1；所述顶出销124-1在横槽123-1内能够移动的最大距离为a，所述顶出介质123的间距为L，所述顶出销124-1的宽度为e，数量为n，使两个相邻的所述顶出销124-1之间的距离为L-e，所述顶出销124-1由后到前的序号分别为1，2，3...n，将第一个顶出销124-1后端面距离第一个横槽123-1后端面的距离调整为e，因此，第n个顶出销124-1的后端面距离第n个横槽123-1后端面的距离为n×e；

优选地，如图1所示，所述抓取组件21包括三自由度直角坐标机器人211以及设在所述三自由度直角坐标机器人211末端的抓取机构212。

当抓取机构212需要抓取端子时，顶出组件12根据抓取机构212需要抓取的端子数量m，控制第三推进气缸127推动顶出块124水平向前移动m×e的距离，此时m个顶出销124-1分别进入了m个横槽123-1的内部，接下来控制第二推进气缸126向上移动，第二推进气缸126驱动动顶出块124向上移动设定的距离，进而顶出销124-1通过m个顶出介质123带动个m端子向上运动一定的距离，此时m个端子已经被顶出；控制抓取机构212将顶出的m个端子取走，如此能够实现每次取不同端子的功能。

优选地，如图6-8所示，所述固定组件22包括摆料平台221以及固定夹具；所述固定夹具的数量为多个，其用于对所述PCB板以及所述端子进行固定；

所述固定夹具包括支撑架222、旋转板223以及第一驱动电机224；所述支撑架222与所述摆料平台221固定连接；所述第一驱动电机224能够驱动所述旋转板223相对所述支撑架222绕水平轴旋转；所述旋转板223上放置多个待焊接的PCB板。

所述固定夹具还包括多个阵列设置的按压板225；每个所述按压板225均通过一个第二驱动电机226转动连接在所述旋转板223上；所述第二驱动电机226固定设置在所述旋转板223下表面，其输出轴与所述按压板225的一端固定连接，所述第二驱动电机226能够驱动所述按压板225沿竖直轴做旋转运动；所述按压板225与端子的数量相等，且一一对应，按压板225设置在所述PCB板的一侧，能够将所述端子与所述PCB板按压固定；初始状态为：按压板225与PCB板无交叉重叠部分(如图6所示)；当需要焊接端子时，所述第二驱动电机226能够驱动所述按压板225沿竖直轴做旋转运动；所述按压板225在旋转后能够将所述端子与所述PCB板按压固定(如图7所示)。

该实施例中，抓取机构212将端子插入到PCB板指定的位置后，端子会有一部分金属头露出到PCB板的背面，该露出的部分需要与PCB板进行焊接，因此焊接时，需要将PCB板的背面朝上(如图8所示)；当执行焊接程序时，按压板225在第二驱动电机226的带动下沿竖直轴做旋转运动，按压板225旋转到PCB板的上方，将待焊接的端子与PCB板按压固定；按压固定完成后，第一驱动电机224驱动所述旋转板223沿水平轴旋转180°；旋转完成后，PCB板的背面朝上，所述焊接模块3对所述端子与所述PCB板进行焊接。

优选地，如图9所示，所述执行装置，包括调节装置33以及焊接抢34，所述焊接抢34通过所述调节装置33安装在所述六轴机械臂31的末端；所述调节装置33能够调节所述焊接抢34相对所述六轴机械臂31的位姿。

本实施例中，由于焊接抢34需要经常更换，因此焊接抢34现对于六轴机械臂31末端的定位会出现偏差，此时调节装置33能够对该偏差进行调节，能够增加焊接的准确性。

优选地，如图10-11所示所述调节装置33包括调节基座331以及调节平台332，所述所述调节基座331具有固定底板331-1以及与固定底板331-1垂直设置的固定背板331-2，固定底板331-1与固定背板331-2均用于与所述六轴机械臂31的末端的连接；所述调节平台332通过调节横版332-2与焊接抢34连接，调节基座331与调节平台332之间的位姿能够调节(定义：与所述固定底板331-1垂直的方向为Z轴方向，与所述固定背板331-2垂直的方向为X轴方向，与Z轴、X轴均垂直的方向为Y轴方向)。

优选地，本实施例中，能够根据实际加工需求以及焊接抢34与PCB板的位置关系，确定调节装置33与六轴机械臂31的安装平面，使用起来更加灵活方便，同时可以对焊接抢34在X、Y、Z轴三个轴的方向进行调节。

优选地，所述调节基座331还具有安装前板331-3，所述调节平台332具有调节竖板332-1，调节竖板332-1与安装前板331-3之间的位姿能够调整，进而实现调节基座331与调节平台332之间的位置调节。

优选地，调节竖板332-1与安装前板331-3通过球铰链333浮动连接，所述球铰链333设置在安装前板331-3的上侧(定义固定底板331-1所在的方向为下，与之相对的为上)，且位于安装前板331-3的中线上，该连接处还设置有第一弹性元件334，所述第一弹性元件334具有使安装前板331-3向远离调节竖板332-1方向运动的趋势，该第一弹性元件334能增加球铰链333连接的稳定性；

优选地，调节竖板332-1与安装前板331-3通过第一调节旋钮335实现Z轴与Y轴方向的调节，具体地，所述第一调节旋钮335的数量为两个，两个所述第一调节旋钮335对称设置在安装前板331-3的下侧，两个第一调节旋钮335相对球铰链333的距离相等，且球铰链333不在两个第一调节旋钮335的连线上；第一调节旋钮335具有与调节竖板332-1接触的顶出端，当两个第一调节旋钮335旋动相同的距离时，能够实现焊接抢34绕Y轴方向调节，当两个第一调节旋钮335旋动不同的距离时，能够实现焊接抢34绕Z轴方向调节。

所述调节装置33还包括多个第二弹性元件336，其作用在调节竖板332-1与安装前板331-3之间，能够使节竖板332-1始终与第一调节旋钮335的顶出端接触；具体地，安装前板331-3上固定设置有与第二弹性元件336配合光轴338，该光轴338穿过调节竖板332-1，与调节竖板332-1滑动配合，光轴338末端具有限位装置，第二弹性元件336设置在调节竖板332-1与限位装置之间。

优选地，所述调节基座331还具有两个安装侧板331-4，其垂直设置在安装前板331-3的左右两侧，在每个安装侧板331-4上均设置有一个第二调节旋钮337，两个第二调节旋钮337对置设置，位于远离所述球铰链333的一侧；两个第二调节旋钮337的凸出端调节竖板332-1的两侧面接触，旋动第二调节旋钮337时，凸出端能够相对安装侧板331-4做靠近和远离运动，进而实现实现焊接抢34绕X轴方向调节。

该调节装置33能够对安装在调节平台332上的焊接抢34进行X轴、Y轴以及Z轴三个旋转方向的精密调节，其调节方式简单、易操作，而且结构简单，加工以及装配成本低，具有显著的技术优势。

本发明还包括一种基于机器视觉的PCB板焊接工艺，其上述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，所述焊接工艺包括：

步骤1：控制所述出料模块1输出指定数量的所述端子；

步骤2：控制所述抓取组件21将所述端子放置到所述PCB板的指定位置；

步骤3：控制所述固定组件22将所述端子与所述PCB板进行按压固定；

步骤4：控制所述视觉相机32获取所述PCB板的图像，以获取所述端子与所述PCB板的位置信息；

步骤5：根据所述视觉相机32获取的位置信息为所述六轴机械臂31设定焊接运动轨迹；

步骤6：控制所述执行装置将所述端子与所述PCB焊接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还能够做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，包括出料模块（1）、上料模块（2）以及焊接模块（3）；

所述出料模块（1）与所述焊接模块（3）分别位于所述上料模块（2）的两侧；

所述出料模块（1）能够将端子按规则输出；

所述上料模块（2）包括抓取组件（21）以及固定组件（22）；所述抓取组件（21）用于将所述出料模块（1）中的端子取放到PCB板的指定位置；所述固定组件（22）用于将所述端子与所述PCB板夹持定位；

所述焊接模块（3）包括六轴机械臂（31）、视觉相机（32）以及执行装置，所述视觉相机（32）以及所述执行装置均设置在所述六轴机械臂（31）的末端；

所述视觉相机（32）用于获取所述PCB板的图像以及位置信息；所述执行装置用于对所述端子与所述PCB板进行焊接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，所述出料模块（1）包括排序组件（11）以及顶出组件（12）；所述排序组件（11）能够将所述端子按顺序输送到所述顶出组件（12）上，所述顶出组件（12）用于对所述端子按需要的数量顶出；

所述顶出组件（12）包括固定架（121）、两个上下放置的固定在所述固定架（121）上的摆放槽（122）、顶出介质（123）以及能够将端子按需求数量顶出的顶出块（124）；

所述端子与所述顶出介质（123）分别位于、上下放置的两个所述摆放槽（122）上；所述顶出介质（123）的数量为多个，每个所述顶出介质（123）均对应一个所述端子，所述顶出介质（123）设置在所述端子与所述顶出块（124）之间；

所述顶出组件（12）还包括第一推进气缸（125），其用于推动所述端子沿所述摆放槽（122）水平移动。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，所述顶出块（124）能够相对所述固定架（121）在水平方向以及竖直方向移动；

所述顶出块（124）上阵列设置有多个的顶出销（124-1），所述顶出销（124-1）与所述顶出介质（123）两者的数量相等，且一一对应。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，所述顶出组件（12）还包括第二推进气缸（126）以及第三推进气缸（127）；

所述第二推进气缸（126）固定在所述固定架（121）底部，用于推动所述顶出块（124）上下移动；

所述第三推进气缸（127），固定设置在所述固定架（121）的侧面，用于推动所述顶出块（124）水平移动。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，所述第三推进气缸（127）的移动端设置有竖直沿伸的滑槽（127-1）；所述顶出块（124）具有与所述滑槽（127-1）配合的滑轨（124-2）。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，所述固定组件（22）包括摆料平台（221）以及固定夹具；

所述固定夹具的数量为多个，其用于对所述PCB板以及所述端子进行固定；

所述固定夹具包括支撑架（222）、旋转板（223）以及第一驱动电机（224）；所述支撑架（222）与所述摆料平台（221）固定连接；所述第一驱动电机（224）能够驱动所述旋转板（223）相对所述支撑架（222）沿水平轴旋转。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，所述固定夹具还包括多个阵列设置的按压板（225）；每个所述按压板（225）均通过一个第二驱动电机（226）转动连接在所述旋转板（223）上；所述第二驱动电机（226）能够驱动所述按压板（225）沿竖直轴做旋转运动；所述按压板（225）能够将所述端子与所述PCB板按压固定。

8.根据权利要求6所述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，所述抓取组件（21）包括三自由度直角坐标机器人（211）以及设在所述三自由度直角坐标机器人（211）末端的抓取机构（212）；所述三自由度直角坐标机器人（211）设置在所述摆料平台（221）上。

9.一种基于机器视觉的PCB板焊接工艺，其基于如权利要求1-8任一项所述的基于机器视觉的PCB板焊接设备，其特征在于，所述焊接工艺包括：

控制所述出料模块（1）输出指定数量的所述端子；

控制所述抓取组件（21）将所述端子放置到所述PCB板的指定位置；

控制所述固定组件（22）将所述端子与所述PCB板进行按压固定；

控制所述视觉相机（32）获取所述PCB板的图像，以获取所述端子与所述PCB板的位置信息；

根据所述视觉相机（32）获取的位置信息为所述六轴机械臂（31）设定焊接运动轨迹；

控制所述执行装置将所述端子与所述PCB焊接。

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