CN205587323U - 一种智能外观缺陷高速检测机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子元器件制造检测领域的一种智能外观缺陷高速检测机，包括顺序设置的送料机构、导料机构、透明转盘输送机构、检测机构、分选机构和控制系统，送料机构设置补料器、圆盘送料器、直线送料器和回料器，还设置有能控制补料器补料的检料传感器；透明转盘输送机构由伺服驱动系统、连轴器、轴承安装座、高透光透明玻璃转盘组成；检测机构包括位置检测单元、高速ＣＣＤ摄像单元、对焦调整镜头、超高亮度光源照明单元；高速ＣＣＤ摄像单元和超高亮度光源照明单元设置六个，送料机构的补料器和回料器，实现及时补料，检测效率提高；使用双光源配合高速ＣＣＤ摄像单元和对焦调整镜头，图像清晰，拍摄、传送及判定速度加快，提高了检测精度。

Description

一种智能外观缺陷高速检测机

技术领域

本发明涉及电子元器件制造检测设备领域，具体是指以超高速实现片式电子元件供料、输送、外观检测及图像处理、分选的一种智能外观缺陷高速检测机。

背景技术

中国改革开放政策的成功实施，极大地促进了经济的飞速发展，国家日益繁荣昌盛，人民生活水平迅速提高，家用电器进入千千万万家庭。家用电器的核心电路就是由里面的大量电子元件组成，尤其是电容、电感、电阻等三大片式元件，这三大元件的市场需求量每年均以两位数增长。由于家用电器的功能越来越多，体积越来越小，迫使片式元件必须向微型化的方向发展，元件尺寸越做越小，从0805、0603，发展到0402、0201，乃至更小，0402表示片式元件的长宽高为0.04╳0.02╳0.02英寸，即1.0╳0.5╳0.5mm。

随着片式元件的微型化，在生产当中对片式元件外观质量的检测，变得越来越困难；传统的外观检测，是依靠人工，用肉眼直接观察或用肉眼通过显微镜观察，剔除存在外观缺陷的元件。这种工艺存在很大的弊端：一、人的眼睛容易疲劳，出错率及漏检率都相当高，检验质量也不稳定；二、不同的人判断缺陷的标准存在差异，使得检验结果缺乏统一标准；三、生产效率低，尤其不适合微小元器件高速、高效率生产需求；四、人工成本高。

基于上述原因，为了产品提高质量，降低成本，电子元件的检测分选迟早要走自动检测分选这条路，而且谁早一日采用自动分选机，谁就能在质量和成本上占有竞争优势，这是大多数元件制造商的共识。

根据这种状况，国外已研制出了用于片式元件尤其是微小元件的自动外观检测分选设备，比如，韩国RTS公司研制出的外观检测机，已经在中国申请专利并取得授权，专利名称：电子器件双轨检测设备及方法2007100904491，授权公告号CN101049596B，此类设备已在中国大陆多家企业试运行。不过，这类设备价格高，结构复杂，操作难，维修也难，而且检测速度比较慢。存在的主要问题：一是光源照明单元亮度不足，图像采集不清楚，二是拍摄装置非高清高速拍摄设备且缺乏自动调焦功能，图像采集速度低下，三是在圆盘送料器上方没有设置补料器，大量的片式元件在圆盘送料器中反复旋转，造成片式元件表面磨损，四是直线送料器旁边没有设置回料器，直线送料器送出的片式元件相互间影响造成传送步调难以保持一致,难以实现高速传送；由于没有回料，元件尺寸大小和碎料不能排走易造成卡料停顿现象。综上四点，检测速度比较慢，检测准确性较低，工作效率低下。

发明内容

为了解决现有技术外观检测机存在的效率低，价格高，结构复杂问题，本发明提出了一种效率高，检测精度高、性能可靠的一种智能外观缺陷高速检测机。

本发明使用的技术方案如下：

一种片式电子元件高速外观检测机，其包括顺序设置的送料机构、导料机构、透明转盘输送机构、检测机构、分选机构和控制系统。

所述送料机构，包括按检测流程顺序设置的补料器、圆盘送料器、直线送料器和回料器，圆盘送料器上设置有能控制补料器补料的检料传感器，直线送料器设置有回料口连通回料器，回料器的出口连通圆盘送料器,回料器实际上是小型的直线送料器，其送料方向与直线送料器送料方向刚好相反，其动力为电磁振荡器，回料器的作用是把直线送料器上的速度慢、尺寸大的元件和碎料排到回料槽，确保直线送料器的电子元件一直处于最高速度下移动。

片式电子元件放置在补料器和圆盘送料器中，通过圆盘送料器输送到直线送料器上，直线送料器多余的片式电子元件通过回料口进入回料器并返回圆盘送料器，圆盘送料器上的检料传感器，检测到料少时控制补料器自动补料到圆盘送料器，避免过多片式电子元件在圆盘送料器里摩擦碰撞；即从直线送料器入口端至回料口处的片式电子元件为自然的稀疏的双行排列，经过回料口后至直线送料器出料口处的片式电子元件改为单行的紧密排列，确保直线送料器高速输送过程满料连续运行，实现超高速送料功能。

所述透明转盘输送机构由伺服驱动系统、连轴器、轴承安装座、高透光透明玻璃转盘组成。

所述检测机构包括位置检测单元、高速ＣＣＤ摄像单元、对焦调整镜头、超高亮度光源照明单元；所述位置检测单元，设于透明玻璃转盘的上部且位于直线送料器出口和高速ＣＣＤ摄像单元之间。

所述高速ＣＣＤ摄像单元的设置数量至少一个，至多六个，设于透明玻璃转盘的上、下或边缘位置，完成片式电子元件上侧、下侧、内侧、外侧、前侧和后侧的图像采集，在高速ＣＣＤ摄像单元前端，连接对焦调整镜头，在对焦调整镜头前方，设置超高亮度光源照明单元，用于对片式电子元件上下两个侧面的图像采集；在对焦调整镜头与超高亮度光源照明单元之间，可增设能使光线路径变向的直角棱镜，用于对片式电子元件内外、前后四个侧面的图像采集；设置多级对焦调整镜头可实现较大跨度范围尺寸片式电子元件的检测，适用性强。

所述超高亮度光源照明单元设置数量与高速ＣＣＤ摄像单元相同，按检测片式电子元件各个侧面的需要，可以设置上侧光源、下侧光源、内侧光源、外侧光源、前侧光源和后侧光源；各侧光源分别由双光源组成，其中上下侧光源的双光源组合为1/4球面高亮度LED灯和点光源，内外、前后侧光源的双光源组合为1/4球面高亮度LED灯和三面板状光源；1/4球面高亮度LED灯、三面板状光源和点光源分别设有多路可控LED灯组，可调整各方向亮度及产生频闪高亮度控制，也可分别设置红、绿、蓝、白灯珠；所述各侧光源设有高速ＣＣＤ摄像单元采集图像缺口。

双光源主要适合高速ＣＣＤ摄像采集清晰图像进行处理，由于该高速检测要求高速ＣＣＤ摄像采集时间达到微秒级别，在通常光源亮度条件下，高速ＣＣＤ入光量不足很难实现采集清晰图像，本发明通过采用双光源特征和频闪高亮度控制方式以超高亮度照射在片式电子元件表面，使高速ＣＣＤ摄像在微秒级别时间内采集高清晰图像，从而使超高速检测能够实现。

所述导料机构是由前后错开的内外两组导料块组成，导料块采用弧形导料轨迹结构，实现对片式电子元件进行内边和外边分别两次自动导正位置，确保每一片式电子元件经过ＣＣＤ摄像单元的轴中心位置，从而提高高速检测电子元件的效率和准确性。

所述分选机构设于检测机构之后，包括超高速电磁阀、针孔吹料头和料箱机构，料箱机构设置有合格仓、不合格仓、重测仓和排气室，所述超高速电磁阀的响应频率达到每秒一万次，设置排气室减少高速气流进入合格仓、不合格仓、重测仓，消除片式电子元件在气流带动下碰撞造成二次损伤，针孔吹料头为针孔式有利于气流短时间内最大集聚，提高吹力。

所述控制系统和送料机构、导料机构、透明转盘输送机构、检测机构、分选机构电连接,控制系统由工业控制计算机、运动控制模块、图像采集模块和光源控制模块系列组成，通过人机操作软件系统运行控制，工业控制计算机的CPU为intel i5或以上系列配置。

本发明采用的伺服系统由伺服电机和高精度编码器组成一体化系统，编码位置精度高，该输送的特征可实现高速输送过程以位置的高分辨率进行定位，确保多工序高速性和准确性。

本发明工作过程如下：

1、开机之前，先将片式电子元件的大部分倒进补料器，小部分倒进圆盘送料器中，开机后, 圆盘送料器沿着圆周方向振动，将部分片式电子元件输送至沿着直线方向振动的直线送料器,多余的部分返回圆盘送料器；

2、进入直线送料器后，片式电子元件自然地排列成一至二行的松散队形，经过回料口后，直线送料器通道由宽变窄，片式电子元件被迫收缩为单行的紧密排列队形，多余的通过回料器，返回圆盘送料器；

3、片式电子元件从直线送料器进入旋转的透明转盘输送机，跟随透明玻璃转盘一起转动，经过导料机构的两次自动导正位置，确保每一片式电子元件经过ＣＣＤ摄像单元的轴中心位置，即在透明玻璃转盘周边的固定位置；

4、到达位置检测单元时，确认每一片式电子元件的起始位置，记录于电脑之中，以对应若干时间间隔后，分别对该片式电子元件的上侧、下侧、内侧、外侧、前侧和后侧的图像采集，然后合成该片式电子元件的各个侧面的图像情况，对照标准判定是否为合格品；

5、控制系统指示设置于玻璃圆盘上下的多个ＣＣＤ摄像单元和超高亮度光源照明单元工作，分别摄取片式电子元件六个侧面的清晰图像，随后图像信息进入控制系统进行处理；

6、控制系统与事先储存的不合格品图像数据进行对比，如果两者图像相同或者近似，说明此电子元件为不合格品，分选机构根据数据处理结果将不合格品高速吹进不合格品仓，合格品则进入合格品仓，图像数据不清晰不能判定的则进入重测仓，便于下次进行重新检测。

本发明采用超高亮度光源照明的灵感来自于动态摄影：拍摄运动中的透明玻璃转盘上的片式电子元件，相当于拍摄体育运动中运动员在运动中的瞬间状态，其原则是爆光时间越短，拍摄的图像越清晰，其前提是摄像机需要调大光圈，或者在光圈不变的前提下，提高照明光源的亮度，本发明就采取了提高照明光源亮度的办法，配合自动调整焦距技术，当片式电子元件进入ＣＣＤ摄像单元的视野时，快速自动调整焦距，快速自动摄取图像，快速送往控制系统。

背景技术中介绍的韩国RTS公司研制出的外观检测机2007100904491，是现有技术的代表性机器，其缺点之一是在高速检测时照明光源亮度不足，导致拍摄时爆光时间无法缩短，否则图像偏黑，图像中细节不清晰，爆光时间长的运动图像则会出现拖尾现象，也不清晰。为了提高拍摄图像清晰度，不得不降低透明玻璃转盘转速，因此外观检测机检测速度下降，检测准确率也下降。

本发明的有益效果是：

1）在送料机构中，增加补料器和回料器，实现及时补料，使直线送料器出口处的片式电子元件呈现单行的紧密排列队形，进入透明玻璃转盘后，能按设定的间隔排列，避免了断料、缺料情况发生，检测效率提高，防止大量的片式电子元件在圆盘送料器中反复旋转回落，造成的二次损伤；

2）使用透明玻璃转盘，实现一次过完成对片电子元件的六个侧面进行检测，效率大大提高，而且避免了人工检测容易出现的差错；

3）使用双光源的超高亮度光源照明单元，配合高速ＣＣＤ摄像单元和对焦调整镜头，完成对片式电子元件各个侧面的图像进行高速采集，图像清晰，拍摄、传送及判定速度加快；

4）使用导料机构，对片式电子元件进行内边和外边分别两次自动导正位置，确保每一片式电子元件放置于透明玻璃转盘上的正确位置，使检测顺畅无阻滞；

5）分选机构设置超高速电磁阀、针孔吹料头和设有排气室的料箱机构，提高吹料速度，排气室的设置，可以释放针孔吹料头的高速气流，减少对片式电子元件可能造成的损伤；合格仓、不合格仓和重测仓底部设置的45度倾斜金属网布，也对片式电子元件有保护作用；

6）到达位置检测单元时，确认每一片式电子元件的起始位置，记录于电脑之中，以对应若干时间间隔后，分别对该片式电子元件的上侧、下侧、内侧、外侧、前侧和后侧的图像采集，然后合成该片式电子元件的各个侧面的图像情况，对照标准判定是否为合格品。

附图说明

图1为本发明一种智能外观缺陷高速检测机俯视示意图。

图2为送料机构立体示意图。

图3为送料机构另一视角立体示意图。

图4为透明转盘输送机构立体示意图。

图5为用于左侧面检测之ＣＣＤ摄像单元和照明单元组合立体示意图。

图6为超高亮度光源照明单元之1/4球面高亮度LED灯和三面板状光源组合立体放大示意图。

图7为超高亮度光源照明单元之点光源分解立体放大示意图。

图8为图1中导料机构放大示意图。

图9为导料机构立体示意图。

图10为分选机构立体示意图。

图11本发明与现在技术韩国R公司设备的技术经济指标对比表。

图中1—送料机构,2—导料机构,3—透明转盘输送机构,4—位置检测单元,5—分选机构,6—用于上侧面检测的ＣＣＤ摄像单元和照明单元组合,7—用于下侧面检测之ＣＣＤ摄像单元和照明单元组合，8—用于左侧面检测之ＣＣＤ摄像单元和照明单元组合，9—用于右侧面检测之ＣＣＤ摄像单元和照明单元组合，10—用于前侧面检测之ＣＣＤ摄像单元和照明单元组合，11—用于后侧面检测之ＣＣＤ摄像单元和照明单元组合，12—补料器，13－圆盘送料器，14－直线送料器，15－回料器，21－导料块，22－调整机构，23－X轴滑台，31－透明玻璃转盘，32－轴承安装座，33－连轴器，34－高精度编码器一体，35－伺服电机，51－针孔吹料头，52－超高速电磁阀，53－排气室，54－重测仓，55－不合格仓，56－合格仓，61－点光源之灯盖，62－点光源之LED灯，63－点光源之灯座，64－采集图像缺口，81－1/4球面高亮度LED灯，82－三面板状光源，83－高速ＣＣＤ摄像单元，84－对焦调整镜头，85－滑台，86－直角棱镜。

具体实施方式

图1为本发明一种智能外观缺陷高速检测机俯视示意图，设置有送料机构、导料机构、透明转盘输送机构、检测机构、分选机构和控制系统。送料机构包括补料器、圆盘送料器、直线送料器和回料器，还设有能控制补料器补料的检料传感器，直线送料器设置有回料口连通回料器，回料器的出口连通圆盘送料器，见图2、3所示。

透明转盘输送机构由伺服驱动系统、连轴器、轴承安装座、高透光透明玻璃转盘组成，见图4所示。检测机构包括位置检测单元、高速ＣＣＤ摄像单元、对焦调整镜头、超高亮度光源照明单元。

高速ＣＣＤ摄像单元的设置数量六个，设于透明玻璃转盘的上、下或边缘位置，高速ＣＣＤ摄像单元前端连接对焦调整镜头。在对焦调整镜头前方，设置超高亮度光源照明单元，用于对片式电子元件上下两个侧面的图像采集。在对焦调整镜头与超高亮度光源照明单元之间，可增设能使光线路径变向的直角棱镜，用于对片式电子元件内外、前后四个侧面的图像采集，见图1、5所示。

超高亮度光源照明单元设置数量与高速ＣＣＤ摄像单元相同，按检测片式电子元件各个侧面的需要，设置上侧光源、下侧光源、内侧光源、外侧光源、前侧光源和后侧光源，用于对片式电子元件的上侧、下侧、内侧、外侧、前侧和后侧检测。

各侧光源分别由双光源组成，其中上下侧光源的双光源组合为1/4球面高亮度LED灯和点光源，点光源靠近高速ＣＣＤ摄像单元，1/4球面高亮度LED灯靠近片式电子元件。对于内外侧、前后侧光源的双光源组合为1/4球面高亮度LED灯和三面板状光源，三面板状光源靠近高速ＣＣＤ摄像单元，1/4球面高亮度LED灯靠近片式电子元件。各侧光源设有高速ＣＣＤ摄像单元采集图像缺口，见图5、6、7所示。

导料机构主要部件是导料块，导料块21采用弧形导料轨迹结构，其弧形如刀口厚变薄结构,与产品接触侧极薄,该结构可减少片式电子元件在高速传送时与弧形导料轨迹的冲击力和摩擦力,不产生元件反弹和翘尾现象, 弧形导料轨迹太厚对高速传送影响特别大,高速传送碰撞后自适应调整时间特别短,极易出现反弹和翘尾现象。实现对片式电子元件进行内边和外边分别两次自动导正位置。分选机构包括超高速电磁阀、针孔吹料头和料箱机构，料箱机构设置有合格仓、不合格仓、重测仓和排气室，所述超高速电磁阀的响应频率达到每秒一万次，设置排气室减少高速气流进入合格仓、不合格仓、重测仓，消除片式电子元件在气流带动下碰撞造成二次损伤；

控制系统和送料机构、导料机构、透明转盘输送机构、检测机构、分选机构电连接,控制系统由工业控制计算机、运动控制模块、图像采集模块和光源控制模块系列组成，通过人机操作软件系统运行控制，工业控制计算机的CPU为intel i5或以上系列配置。

图8为图1中导料机构放大示意图，图9为导料机构立体示意图。

本发明双光源的设计灵感来自于专业的摄影棚灯光配置和医疗机构使用的无影灯系统，专业的摄影棚灯光分为主光源，左上侧光源，右下侧光源，后侧光源。这样打开灯光后，拍摄出来的被攝对象形象饱满，不存在曝光不足导致图像不清晣问题，应用于本发明后，片式电子元件拍摄的图像清晰度两倍以上，检测效果及效率大大提高，本申请人生产的二台样机被客户一抢而光，客户试用后反馈效果极好，现在已经提出意向订单五十多台，均为国内片式电子元件产销量前十名的大客户。

本发明与现在技术韩国R公司设备的技术经济指标对比表，见附图11。图中可见，本发明的各项技术经济指标均比韩国R公司设备先进，而且已经进入了推广应用阶段，前途无限光明。

Claims (2)

1.一种片式电子元件高速外观检测机，其包括顺序设置的送料机构、导料机构、透明转盘输送机构、检测机构、分选机构和控制系统，其特征在于：

所述送料机构，包括按检测流程顺序设置的补料器、圆盘送料器、直线送料器和回料器，圆盘送料器上设置有能控制补料器补料的检料传感器，直线送料器设置有回料口连通回料器，回料器的出口连通圆盘送料器；

所述透明转盘输送机构由伺服驱动系统、连轴器、轴承安装座、高透光透明玻璃转盘组成；

所述检测机构包括位置检测单元、高速ＣＣＤ摄像单元、对焦调整镜头、超高亮度光源照明单元；所述位置检测单元，设于透明玻璃转盘的上部且位于直线送料器出口和高速ＣＣＤ摄像单元之间；

所述高速ＣＣＤ摄像单元的设置数量至少一个，至多六个，设于透明玻璃转盘的上、下或边缘位置，完成片式电子元件上侧、下侧、内侧、外侧、前侧和后侧的图像采集，在高速ＣＣＤ摄像单元前端，连接对焦调整镜头，在对焦调整镜头前方，设置超高亮度光源照明单元，用于对片式电子元件上下两个侧面的图像采集；在对焦调整镜头与超高亮度光源照明单元之间，可增设能使光线路径变向的直角棱镜，用于对片式电子元件内外、前后四个侧面的图像采集；

所述超高亮度光源照明单元设置数量与高速ＣＣＤ摄像单元相同，按检测片式电子元件各个侧面的需要，可以设置上侧光源、下侧光源、内侧光源、外侧光源、前侧光源和后侧光源；各侧光源分别由双光源组成，其中上下侧光源的双光源组合为1/4球面高亮度LED灯和点光源，内外、前后侧光源的双光源组合为1/4球面高亮度LED灯和三面板状光源；1/4球面高亮度LED灯、三面板状光源和点光源分别设有多路可控LED灯组，可调整各方向亮度及产生频闪高亮度控制，也可分别设置红、绿、蓝、白灯珠；所述各侧光源设有高速ＣＣＤ摄像单元采集图像缺口。

2.根据权利要求1所述的一种片式电子元件高速外观检测机，其特征在于：

所述导料机构是由前后错开的内外两组导料块组成，导料块采用弧形导料轨迹结构，实现对片式电子元件进行内边和外边分别两次自动导正位置；

所述分选机构设于检测机构之后，包括超高速电磁阀、针孔吹料头和料箱机构，料箱机构设置有合格仓、不合格仓、重测仓和排气室，所述超高速电磁阀的响应频率达到每秒一万次，设置排气室减少高速气流进入合格仓、不合格仓、重测仓，消除片式电子元件在气流带动下碰撞造成二次损伤；

所述控制系统和送料机构、导料机构、透明转盘输送机构、检测机构、分选机构电连接,控制系统由工业控制计算机、运动控制模块、图像采集模块和光源控制模块系列组成，通过人机操作软件系统运行控制，工业控制计算机的CPU为intel i5或以上系列配置。