CN114674415A - 一种xy运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及贴片机设备测试技术领域，具体公开了XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法及系统，所述方法包括以下步骤：在吸嘴杆上设置测试点；预设吸嘴杆的运动状态；在吸嘴杆以预设状态运动下，从吸嘴杆下方的固定位点记录吸嘴杆上测试点的运动图像；分析运动图像，获取吸嘴杆抖动状况。本发明利用相机从XY运动平台底部的固定位点拍摄贴装头上吸嘴杆在XY高速移动时的抖动情况，能够直观地、准确且快速地检测XY高速运动后的吸嘴杆的抖动情况，从而准确的反应出贴片设备生产精度低的部分原因，并且有利于及时检测这种抖动，及时对设备进行维护，提高吸嘴杆使用寿命和保证吸嘴杆安装牢固程度。

Description

一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法及系统
技术领域
本发明涉及贴片机设备测试技术领域，特别涉及一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法及系统。
背景技术
贴片机是现代电子制造装备的标志性设备，它横跨电子、机械、自动化、光学和计算机等众多学科，涉及精密视觉检测、高速高精度控制、精密机械加工计算机集成制造等核心技术，是典型的机光电一体化高科技领域。贴片机的正确选择、应用和维护，是发展电子制造业重要技术环节。贴片机由贴装头模块，XY模块，传送装置模块，自动托盘模块，吸嘴交换站模块，飞达切带机模块等模块组合的高精度贴片仪器。
贴片机的贴装流程：在进行贴装流程时，贴装头模块上的吸嘴杆将元件从送料的位置吸取，然后经过识别计算后确认元件的形状以及贴装位置后贴装头模块运动到待贴装位置进行贴装，由于XY模块的高速运动，会出现贴装头上吸嘴杆在XY轴运动时由于惯性等因素造成在XY轴停止和开始。运动时会出现抖动的情况，为了提高贴装效率，需要避免或减小XY模块运动过程中识别图像因抖动造成的影响，需要对XY模块运动过程中识别时的抖动误差进行测试。
目前已有测试方法系统组成如下：在贴片设备的视觉系统中，采用贴装头模块、XY模块以及XY运动平台进行测试。已有测试方法的原理如下：XY模块高速运动后停止，视觉系统连续拍摄XY运动平台上固定识别点，通过识别算法识别该识别点在图片中的位置变化，确定抖动数据以及抖动幅度。测试方法步骤包括：1、通过上位机软件设置XY轴的运动速度，运动路径，停止时拍照数量；2、设备开始运动，进行测试；3、使用识别算法对图像数据进行分析，统计数据，总结。
现有技术的不足之处在于，使用贴装头拍摄XY运动平台上的识别点，由于吸嘴杆和贴装头之间是由滑块和导轨进行连接的，测试结果不能够说明测试结果与吸嘴杆的抖动结果一致。同时，XY运动平台上识别点安装的结构有一定高度以及安装框架在XY模块高速运动下也会产生震动。因此，现有的技术无法准确反应吸嘴杆的抖动情况。
发明内容
本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明第一方面提供一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法，包括以下步骤：
在吸嘴杆上设置测试点；
预设吸嘴杆的运动状态；
在吸嘴杆以预设状态运动下，从吸嘴杆下方的固定位点记录吸嘴杆上测试点的运动图像；
分析运动图像，获取吸嘴杆抖动状况。
本发明第二方面提供一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统，包括XY运动平台、设置在所述XY运动平台上的吸嘴杆、相机、标准治具和分析控制设备，
所述标准治具固定设于所述吸嘴杆的下端面上，用于作为所述吸嘴杆的测试点；
所述相机固定设于XY运动平台上并位于所述吸嘴杆下方，用于记录所述吸嘴杆上测试点的运动图像；
所述分析控制设备分别与所述XY运动平台和相机电性连接，用于预设所述XY运动平台上的吸嘴杆的运动状态，控制所述相机记录所述运动图像，分析运动图像，获取吸嘴杆抖动状况。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
通过采用上述的技术方案，建立独立的测试系统，搭建测试环境，利用面阵相机固定于XY运动平台上，调整吸嘴杆的高度为工作高度，并对相机进行调焦，通过相机连续高速拍摄XY模块在高速运动在停止时刻时吸嘴杆上标准治具的图像，并通过识别计算图像中的偏移量获取吸嘴杆的抖动量和抖动趋势，得到吸嘴杆在XY运动平台的XY模块高速运动下的抖动情况。本发明的方法，利用相机从XY运动平台底部的固定位点拍摄贴装头上吸嘴杆在XY高速移动时的抖动情况，能够直观地、准确且快速地检测XY高速运动后的吸嘴杆的抖动情况，从而准确的反应出贴片设备生产精度低的部分原因，并且有利于及时检测这种抖动，及时对设备进行维护，提高吸嘴杆使用寿命和保证吸嘴杆安装牢固程度。
附图说明
图1为本发明公开的实施例的XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统工作流程的示意图；
图2为本发明公开的实施例的标准冶具的下端面示意图；
图3为XY运动平台进行Y方向的运动时的抖动分析的X方向抖动测试结果；
图4为XY运动平台进行Y方向的运动时的抖动分析的Y方向抖动测试结果；
图5为XY运动平台进行X方向的运动时的抖动分析的X方向抖动测试结果；
图6为XY运动平台进行X方向的运动时的抖动分析的Y方向抖动测试结果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法，包括以下步骤：
在吸嘴杆上设置测试点；
采用标准治具作为测试点固定设置在所述吸嘴杆的下端，示例性地，标准治具粘贴固定在吸嘴杆下端面；其中，所述标准治具下端面上设有测试区域，所述测试区域的颜色与标准治具下端面其他区域颜色不同。示例性地，标准治具为圆柱形结构，测试区域为圆形位于标准治具下端面的中心点，标准治具下端面如图2所示，测试区域设置为黑色，标准治具下端面其他区域设置为白色。
预设吸嘴杆的运动状态；
示例性地，所述运动状态包括运动速度、运动路径和运动距离。
在吸嘴杆以预设状态运动下，从吸嘴杆下方的固定位点记录吸嘴杆上测试点的运动图像；
示例性地，通过磁力座将面阵相机固定在XY运动平台底部作为拍摄记录的固定位点，要求空旷，无遮挡，面阵相机能够拍摄到移动到相机上方的吸嘴杆。将吸嘴杆移动至预设高度，并移动至所述固定位点的上方（即对应面阵相机的上方），对位于所述固定位点的面阵相机进行调焦。随后，保持预设高度不变，启动吸嘴杆处于预设运动状态，在吸嘴杆以预设的运动状态运动起到运动结束的时间内，面阵相机以预设的时间间隔拍摄标准治具的运动图像以及以预设的数量拍摄运动结束（即到达设定位置）后的标准治具的图像。
分析运动图像，获取吸嘴杆抖动状况：
吸嘴杆在停止时刻相机所获取的若干张运动图像中，比较若干张运动图像中测试点的位置之间的偏差，获取所述吸嘴杆的抖动幅度、抖动时间和抖动时长。
本发明方法采用固定于XY运动平台上底部的相机拍摄贴装头上的吸嘴杆，而不是通过贴装头的视觉系统拍摄XY运动平台上的识别点，可以直观地，快速地检测XY高速运动后的吸嘴杆的抖动量，且通过标准治具直接对吸嘴杆进行测试，更能反映吸嘴杆在实际工作时的真实抖动情况。此外，本发明方法反映的抖动情况包括抖动幅度、抖动时间和抖动时长，测试的结果更加细分且精确，有利于精确校准及查找吸嘴杆在XY运动平台停止运行时出现抖动的问题，可针对性的对吸嘴杆的抖动进行分析与调整，及时对设备进行维护，对于提高吸嘴杆使用寿命和保证吸嘴杆安装牢固程度具有重要意义。
实施例2
一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统，包括XY运动平台、设置在所述XY运动平台上的吸嘴杆、相机、标准治具和分析控制设备，
所述标准治具固定设于所述吸嘴杆的下端面上，用于作为所述吸嘴杆的测试点；
所述相机固定设于XY运动平台上并位于所述吸嘴杆下方，用于记录所述吸嘴杆上测试点的运动图像；
所述分析控制设备分别与所述XY运动平台和相机电性连接，用于预设所述XY运动平台上的吸嘴杆的运动状态，控制所述相机记录所述运动图像，分析运动图像，吸嘴杆在停止时刻相机所获取的若干张运动图像中，比较若干张运动图像中测试点的位置之间的偏差，获取吸嘴杆抖动状况，包括所述吸嘴杆的抖动幅度、抖动时间和抖动时长。
进一步地，所述标准治具的下端面上设有测试区域，所述测试区域的颜色与标准治具下端面其他区域颜色不同。标准治具可以是任意形状的结构，如圆柱体、圆锥体、多面体等，测试区域可以是圆形或正多边形。示例性地，标准治具为圆柱形结构，测试区域为圆形位于标准治具下端面的中心点，标准治具下端面如图2所示，测试区域设置为黑色，标准治具下端面其他区域设置为白色。
进一步地，所述相机和XY运动平台之间设有用于支撑所述相机的磁力座；所述相机为面阵相机。
XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统的工作过程如下，如图1所示：
1、搭建测试环境，安装相机：通过磁力座将面阵相机固定在XY运动平台上，要求空旷，无遮挡，相机能够拍摄到移动到相机上方的吸嘴杆；
2、调整吸嘴杆高度，安装标准治具：在吸嘴杆上固定标准治具，并调整吸嘴杆高度，使其下降到实际工作高度并保持此高度；结合XY运动平台工作时，吸嘴杆的工作高度分为多个等级，可以调整吸嘴杆模块在不同高度等级下进行测试，并对吸嘴杆模块处于不同高度等级测试时的面阵相机进行对焦；
3、相机对焦：将吸嘴杆移动到面阵相机上，对面阵相机进行调焦。注意不能移动吸嘴杆高度，通过调整相机高度进行对焦；
4、设置XY运动参数和拍照参数：通过分析控制设备的上位机软件设置XY模块的运动速度、运动路径和到达设定位置后连续拍照的时间间隔和拍照数量；
5、开始运动并记录图像数据：设置XY模块运动和拍照参数：开始进行XY模块运动带动吸嘴杆以预设状态运动，在分析控制设备的控制下采用面阵相机记录运动图像数据；
6、分析图像：利用分析控制设备的软件对运动图像数据进行分析，对比单一变量：速度，路径距离下的抖动数据，并进行总结，比较吸嘴杆在停止时刻相机所获取的若干张运动图像中测试点位置的偏差，获取吸嘴杆抖动状况，包括所述吸嘴杆的抖动幅度、抖动时间和抖动时长。
本发明系统的测试原理：利用面阵相机从XY运动平台的底部拍摄贴装头上吸嘴杆在XY高速移动时的抖动情况，通过标准治具固定在吸嘴杆上，通过分析治具的抖动直接反应吸嘴杆在XY高速运动下的抖动情况。本发明的系统通过搭建独立的测试平台，不使用贴片设备的视觉系统进行测试，采取相机拍摄贴装头上吸嘴杆，而不是通过贴装头的视觉系统拍摄XY运动平台上的识别点，相比与传统和常用的测试方法来说，可以直观地，快速地检测XY高速运动后的吸嘴杆的抖动量，直接对吸嘴杆的测试，更能反映吸嘴杆在实际工作时的真实抖动情况。因此不存在使用贴装头拍摄XY运动平台上的识别点，由于吸嘴杆和贴装头之间是由滑块和导轨进行连接的，测试结果不能够说明测试结果与吸嘴杆的抖动结果一致；以及，XY运动平台上识别点安装的结构有一定高度以及安装框架在XY模块高速运动下也会产生震动的问题。本发明系统反映的抖动情况包括抖动幅度、抖动时间和抖动时长，测试的结果更加细分且精确，有利于精确校准及查找吸嘴杆在XY运动平台运行停止时中出现抖动的问题，可针对性的对吸嘴杆抖动进行分析与调整，及时对设备进行维护，对于提高吸嘴杆使用寿命和保证吸嘴杆安装牢固程度具有重要意义。
示例性地，基于本发明的XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统，采用本发明的XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法进行测试的结果如表1所示，表1中所述圆心位置以所拍摄的图像的左下角为原点进行选取的。表1记录了每次连续拍摄的10张图中，测试点位于图像中的位置，分别对XY运动平台的X方向和Y方向运动进行了测试，记录的是测试轴行程为400mm时吸嘴杆的抖动数据，拍摄的时间间隔是60ms，吸嘴杆高度57067μm。
表1 采用XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统的测试结果
Figure 937283DEST_PATH_IMAGE002
对于以上表格中数据的分析如下：
由于抖动的数值相对于圆心的位置的数据偏小，需要对以上数据进行简化后才能明显的查看其抖动幅度以及抖动时间范围，因此采用把每项数据都减去了平均值进行简化，简化结果如表2所示，其中，平均值为数据所在列的所有数据的平均值。
表2 采用XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统的测试简化结果
Figure 995369DEST_PATH_IMAGE003
这里我们需要区分XY运动平台进行X方向和Y方向运动时对吸嘴杆的抖动。表1和表2中所述的最大误差是极差值，是整个抖动过程中的最大值和最小值的相差，表示的是整个系统的最大抖动范围。
XY运动平台进行Y方向的运动时的抖动分析：
直接通过表2查看并不能够直观看出抖动的趋势以及抖动时间，将数据放进图中我们可以更加清晰的观察其变化规律，如图3和图4所示，从数据以及曲线图中可以看出以下几点，其中，图3-图6中横轴表示拍摄的顺序，纵轴表示抖动量：
1.进行Y方向运动时吸嘴杆在Y方向的抖动幅度（如图4所示）明显大于吸嘴杆在X方向的抖动幅度（如图3所示）。
2.吸嘴杆Y方向的抖动范围达到±30μm的范围，X方向的抖动范围为-1.5μm-1μm之间。
3.吸嘴杆的抖动呈现往复的趋势。
4.均在第8张图时吸嘴杆的抖动幅度趋于平稳，每张图之间的间隔为60ms。抖动时间大致为7*60ms=420ms（图片的采样方式为，XY运动平台到达指定位置时立刻进行拍照，在第一张照片前的时间无需计算）。
5.标准偏差S：
Figure 740819DEST_PATH_IMAGE004
，其中，Xi表示第i个数据X，N表示数据的个数，
Figure 73712DEST_PATH_IMAGE005
表示N个 数据X的平均值。
经计算：Y方向的标准偏差：Sy=16.139 μm，X方向的标准偏差：Sx=0.738μm。
根据标准偏差可以直观的看出Y方向采集图片中识别的位置波动的离散程度较大，当XY运动平台进行Y方向运动时吸嘴杆在Y方向的抖动幅度大于X方向。抖动时间基本一致。
接下来再进行XY运动平台进行X方向的运动时的抖动分析，如图5和图6所示，从数据以及曲线图中可以看出以下几点：
1.进行X方向运动时吸嘴杆在X方向的抖动幅度（如图5所示）明显大于吸嘴杆Y方向的抖动幅度（如图6所示）。
2.吸嘴杆X方向的抖动范围达到-1μm-7μm的范围，Y方向的抖动范围为-1.5μm-1μm之间。
3.X方向的抖动趋势出现往复现象，但幅度较小，Y方向的抖动趋势呈现往复趋势。
4.X方向和Y方向的抖动均在第五张图时趋于平稳的趋势，抖动时间大致为4*60ms=240ms。
5.标准偏差S：
经计算，Y方向上的标准偏差：Sy=0.621μm，X方向上的标准偏差：Sx=2.247μm。
根据标准差可以直观的看出X方向采集图片中识别的位置波动的离散程度较大，当XY运动平台进行X方向运动时吸嘴杆在X方向的抖动幅度大于Y方向。抖动时间基本一致。
总结：由于治具是粘附在吸嘴杆上，治具与吸嘴杆之间基本无相对位移，且整个测试过程中测试用面阵相机是固定与平台上，不会产生晃动，故治具的抖动就能够直接反应出吸嘴杆的抖动情况，从测试结果可以明显看出，当XY运动平台进行Y方向的高速移动时，治具圆心在图中的Y方向位置变化波动较大，到达59.024μm，而X方向的位置变化则相对较小。在进行X方向高速移动时，治具圆心在图中的X方向位置变化波动较大，到达7.8064μm，同样的Y方向的点位置变化相对较小。并且对比XY运动平台进行X方向和Y方向运动时吸嘴杆的整体抖动情况，不难看出，Y方向的高速移动对吸嘴杆的抖动影响更大，整个系统需要对Y方向的运动控制，以及结构方面的调整降低吸嘴杆的抖动，提高贴片机系统的稳定性。本发明的XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法能够准确并详细测试出抖动幅度以及抖动时间范围。
以上测试过程避免了由于吸嘴杆和贴装头之间是由滑块和导轨进行连接的，测试结果能够说明测试结果与吸嘴杆的抖动结果一致的问题，同时还避免了由于XY运动平台上识别点安装的结构有一定高度以及安装框架在XY模块高速运动下也会产生震动导致误差的问题。
本发明的XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法可以基于本发明的XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统来实现。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
在吸嘴杆上设置测试点；
预设吸嘴杆的运动状态；
在吸嘴杆以预设状态运动下，从吸嘴杆下方的固定位点记录吸嘴杆上测试点的运动图像；
分析运动图像，获取吸嘴杆抖动状况。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述在吸嘴杆上设置测试点包括：采用标准治具作为测试点固定设置在所述吸嘴杆的下端；其中，所述标准治具下端面上设有测试区域，所述测试区域的颜色与标准治具下端面其他区域颜色不同。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述运动状态包括运动速度、运动路径和运动距离。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的测试方法，其特征在于，所述在吸嘴杆以预设状态运动下，从吸嘴杆下方的固定位点记录吸嘴杆上测试点的运动图像具体包括：
将吸嘴杆移动至预设高度，并移动至所述固定位点的上方，对位于所述固定位点的相机进行调焦；
保持预设高度不变，启动吸嘴杆处于预设运动状态，相机在测试时间内以预设的时间间隔拍摄测试点的运动图像。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述测试时间指所述吸嘴杆以预设的运动状态运动起到运动结束的时间。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述分析运动图像，获取吸嘴杆抖动状况包括：比较运动图像中测试点的位置之间的偏差，获取所述吸嘴杆的抖动幅度、抖动时间或抖动时长。
7.一种XY运动平台的吸嘴杆抖动的测试系统，其特征在于，包括XY运动平台、设置在所述XY运动平台上的吸嘴杆、相机、标准治具和分析控制设备，
所述标准治具固定设于所述吸嘴杆的下端面上，用于作为所述吸嘴杆的测试点；
所述相机固定设于XY运动平台上并位于所述吸嘴杆下方，用于记录所述吸嘴杆上测试点的运动图像；
所述分析控制设备分别与所述XY运动平台和相机电性连接，用于预设所述XY运动平台上的吸嘴杆的运动状态，控制所述相机记录所述运动图像，分析运动图像，获取吸嘴杆抖动状况。
8.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述标准治具的下端面上设有测试区域，所述测试区域的颜色与标准治具下端面其他区域颜色不同。
9.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述相机和XY运动平台之间设有用于支撑所述相机的磁力座。
10.根据权利要求7-9中任意一项所述的测试系统，其特征在于，所述相机为面阵相机。
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