TWI459165B - 零件辨識系統及零件辨識方法 - Google Patents

Description

零件辨識系統及零件辨識方法

本發明係與零件之自動化組裝有關，特別是關於一種零件辨識系統及一種零件辨識方法。

於製作一電路板，例如一電腦主機板時，許多電子零件必須逐一放置於PCB基板上，並加以焊接。前述的電子零件至少包含二插腳。例如，除了圓柱狀之本體外，電容還包含二插腳，二插腳有正極及負極之分。PCB基板包含預先設置的插孔，分別對應於二插腳。二插腳必須依據正極以及負極之分，插入正確的插孔，才能進行焊接工作。

將前述電子零件放置於基板上並將插腳插入正確插孔之作業，目前係以人力為主。雖然自動化自動化裝置可以快速地將零件放置於電路板上，但自動化裝置將插件零件拾取起來後，並無法判斷插腳之相對位置與插孔之相對位置的差異。因此，實務上係以人力排列插件零件，事先調整好插腳的相對位置，使得自動化裝置只需要平移插件零件，就可以使插腳插入正確的插孔。以人力排列插件零件，使得主機板等電路板產品的製作成為高人力需求的作業，致使人力成本難以下降。

先前技術中，自動化裝置將插件零件拾取起來後，並無法判斷插腳之相對位置與插孔之相對位置的差異。因此需要事先 以大量人力排列插件零件，並調整好插腳的相對位置。因此，主機板等電路板產品的製作成為高人力需求的作業。

鑑於上述問題，本發明提出一種零件辨識系統及一種零件辨識方法，係可提供旋轉角度至自動化裝置，使自動化裝置自動調整零件之腳位至正確的相對位置。

本發明提出一種零件辨識系統，用以產生一指令，以驅動一自動化裝置於拾取一零件，且調整零件的插腳至至一預設位置。零件包含一頂部、一底部及一組插腳，插腳設置於底部。頂部至少包含一定位特徵。零件辨識系統包含一送料裝置、一光學感應器及資料處理裝置。

送料裝置調整零件至一預定放置狀態供自動化裝置拾取。光學感應器設於該送料裝置之一側，並自位於預定放置狀態之零件之頂部擷取一取樣資料。資料處理裝置電性連接光學感應器與自動化裝置。資料處理裝置接收取樣資料，並依據取樣資料中的定位特徵產生指令、將指令傳輸至自動化裝置，以驅動自動化裝置拾取零件後，依據指令旋轉零件。

本發明更提出一種零件辨識方法，用以驅動一自動化裝置於拾取一零件後，旋轉零件並調整零件的插腳至一預設位置。零件包含一頂部、一底部以及至少一組插腳，插腳設置於底部，且頂部至少包含一定位特徵。

零件辨識方法包含下列步驟：以一送料裝置輸送零件至一給料軌道的前端，並調整零件 至一預定放置狀態，以一光學感應器自零件之頂部擷取一取樣資料；載入一預設位置至一資料處理裝置，代表定位特徵於頂部需對應之位置；以資料處理裝置接收取樣資料，分析定位特徵於頂部的位置；以資料處理裝置比對定位特徵於頂部之位置與預設位置資料；基於預設位置與定位特徵於頂部之位置，處料處理裝置判斷零件依據其長軸方向所需要的旋轉角度；及以該資料處理裝置傳送旋轉角度至自動化裝置。

依據本發明所揭露之系統及方法，自動化裝置於拾取零件之後，進一步旋轉該零件，使得零件的插腳可以配合主板的插孔。因此，零件不需透過人力排列，省去了人力的需求，同時也提昇零件安裝作業的效率。

請參閱「第1圖」所示，為本發明第一實施例所揭露之一種零件辨識系統，用以產生一指令，以驅動一自動化裝置900於拾取(Pick-up)一零件800(insertion-part)後，調整該零件800的插腳830至至一預設位置，並將零件800放置於一印刷電路板700上。

參閱「第2圖」所示，零件800包含一頂部810、一底部820以及設置於底部820上之至少一組插腳830。零件800之頂部810至少包含一定位特徵811。印刷電路板700包含插孔710，分別供對應之插腳830插入。自動化裝置900拾取該零件800，並將零件800安裝置印刷電路板700，使每一插腳830分別插入對應之插孔710。

如「第1圖」自動化裝置900包含一拾取單元910，用以拾取零件800。拾取單元910包含但不限定於真空吸嘴、夾具。自動化裝置900並對拾取單元910提供四軸向之作動，以移動該零件800。

四軸向包含三個線性軸向及一旋轉軸向。三個線性軸向包含於印刷電路板700上平移之第一軸向及第二軸向，以及垂直接近或遠離印刷電路板700表面的第三軸向。旋轉軸向平行於第三軸向，以使零件800進行旋轉。

如「第1圖」所示，零件辨識系統包含一送料裝置100、一光學感應器200及一資料處理裝置300。

如「第1圖」所示，送料裝置100設置於一輸送設備600旁，輸送設備600用以輸送印刷電路板700至一預定位置。送料裝置100用以提供零件800，調整零件800至一預定放置狀態。預定放置狀態為將插腳830調整至適於插入印刷電路板700插孔710之方向放置，以供自動化裝置900拾取零件800， 並將零件800放置於印刷電路板700上。

如「第1圖」及「第3圖」所示，送料裝置100用以供給零件800，並調整零件800至一預定放置狀態，例如插腳830皆向下的狀態，使得複數個零件800依序排列，並且皆呈現該預定放置狀態。

如「第3圖」所示，送料裝置100包含一震動選料機110及一給料軌道120。震動選料機110用以調整零件800至該預定放置狀態。震動選料機110包含一托盤111及一震動裝置112。

如「第4圖」所示，托盤111用以容置至少一零件800。震動裝置112連接於托盤111，以托盤111之中心而沿圓周方向震動該托盤111，藉以使得零件800朝向容托盤111a邊緣移動，並依靠托盤111的邊緣而沿圓周方向移動，而使其狀態逐漸改變為該預定放置狀態，例如插腳830向下的狀態。

如「第3圖」所示，給料軌道120連接於托盤111，用以自震動選料機110之托盤111接收零件800，並且該些零件800係被調整至預定放置狀態，並被輸送至給料軌道120之末端供自動化裝置900拾取。位於給料軌道120中的零件800係個別直立且逐一地排列。各零件800之底部820及插腳830位於給料軌道120上，而各零件800之頂部810係朝向給料軌道120外。

如「第2圖」及「第4圖」所示，零件800位於送料裝置100上時，插腳830的相對位置並不必然對應於印刷電路板700上插孔710的相對位置，因此該自動化裝置900拾取該零件800之後，必須沿著底部820之中心點旋轉零件800，使得插腳830移動至正確的配置位置，以對應於印刷電路板700之插孔710。如此一來，自動化裝置900以平移方式移動零件800至印刷電路板700上之後，插腳830才能插入正確的插孔710之中。

如「第2圖」及「第4圖」所示，於第一實施例中，若零件800為電容，且給料軌道120的底部820設置僅可供單一插腳830滑動通過的狹槽時，則零件800的放置狀態為插腳830相對位置正確之狀態，或二插腳830互為反置之狀態。因此零件800依據其長軸方向所需要的旋轉角度為零度或是180度。此時，於取樣資料中，定位特徵811可能位於預設位置，因此零件800需要被旋轉的角度為零度；定位特徵811可能完全偏離預設位置，因此零件800需要被旋轉的角度為180度。

如「第2圖」及「第4圖」所示，於零件800為電容之實施態樣，零件800包含二插腳830。二插腳830分別對應於電容之正極及負極。而常見的狀況為該零件800由震動選料機110移動至給料軌道120之後，電容之正極及負極反置；直接平移此一零件800至印刷電路板700上將使得二插腳830插入 錯誤的插孔710。

如「第2圖」及「第4圖」所示，零件800之定位特徵811可以是特地加上的標記，例如零件800之頂部810為圓形，該圓形之一半塗上顏料，而形成一半圓形之定位特徵811，且定位特徵811對應於零件800正極的插腳830。於其他具體實施例中，頂部810可以包含內凹之缺口或外凸之部分，以作為定位特徵811。

如「第1圖」及「第5圖」所示，光學感應器200裝設於送料裝置100之一側，用以自位於預定放置狀態之零件800之頂部810擷取一取樣資料。被取樣的零件800為給料軌道120最前端的零件800，此一零件800也是即將被自動化裝置900拾取的對象。於一具體應用例中，光學感應器200為一攝影鏡頭，例如CCD元件或CMOS元件，對應於給料軌道120設置，用以擷取零件800之頂部810的影像，而產生一取樣資料。

資料處理裝置300電性連接光學感應器200與自動化裝置900，且資料處理裝置300中儲存一預設位置資料，代表定位特徵811於零件800之頂部810需對應之位置。資料處理裝置300接收取樣資料，分析定位特徵811於零件800之頂部810的位置，並比對該位置與預設位置資料，從而判斷零件800依據其長軸方向所需要的旋轉角度，以依據取樣資料中的該定位特徵產生對應之一指令，並傳輸該指令至該自動化裝置900， 以驅動該自動化裝置900。

自動化裝置900由資料處理裝置300接收該指令之後，除了至給料軌道120上拾取(Pick-Up)零件800之外，並進一步依據該旋轉角度，轉動該零件800。例如沿該零件800的長軸方向旋轉180度，使得零件800的插腳830可以配合主板的插孔710。接著自動化裝置900平移該零件800至印刷電路板700上方對應插孔710的位置，並向下放置零件800於印刷電路板700上。自動化裝置900依據該旋轉角度調整該零件800，使得零件800的每一插腳830都可以正確地插入對應的插孔710中。

請參閱「第6圖」所示，為本發明第二實施例所揭露之一種零件辨識系統。於第二實施例中，光學感應器200係設置於自動化裝置900，大致與拾取單元910並列。當自動化裝置900之夾具移動至待拾取的零件800上方時，光學感應器200一併移動至該零件800上方，而擷取該頂部810之影像以作為取樣資料。

請參閱「第8圖」所示，為本發明第三實施例所揭露之一種零件辨識系統。於第三實施例中，零件辨識系統包含一光學感應器200、一指定波長光源210及一資料處理裝置300。如前所述，對於電容等零件800，零件800包含插腳830相對位置正確之狀態，以及二插腳830互為反置之狀態。於此一實施 例中，插腳830相對位置正確之狀態時，指定波長光源210係直接投射指定波長光至定位特徵811的預設位置，例如以光纖投射一紅光雷射至定位特徵811。且定位特徵811係為可對於指定波長光的反射率，不同於頂部810其他部分的反射率。

二插腳830互為反置之狀態時，指定波長光係投射至零件800之頂部810的其他部分，使得其指定波長光的反射強度不同於定位特徵811的反射強度；例如定位特徵811可為吸收指定波長光的塗料所形成之標記，因此頂部810的其他部分所產生之反射強度將遠高於定位特徵811的反射強度。

透過光學感應器200取得指定波長光的反射強度作為取樣資料，與指定波長光於定位特徵811上反射強度進行比較後，資料處理裝置300可判斷零件800是否處於插腳830相對位置正確之狀態，而產生指令以旋轉零件800至適於插件之角度。於第三實施例中，光學感應器200不需要為可擷取完整影像之CCD或CMOS，而可為光電開關加上特定之濾鏡，使光電開關僅能接收指定波長光，並於反射強度大於一特定數值後觸發。

如「第8圖」所示，基於上述零件辨識系統，本發明更提出一種零件辨識方法，用以產生一旋轉角度，以驅動一自動化裝置900於拾取(Pick-up)一零件800(insertion-part)後，自動旋轉該零件800，以調整零件800的插腳830至至一預設 位置。

依據該方法，係先以送料裝置100提供至少一零件800，如Step 110所示。零件800包含一頂部810、一底部820及至少一組插腳830，插腳830設置於底部820，對應於一印刷電路板700之複數個插孔710，且零件800之頂部810設置至少一定位特徵811。

接著，以送料裝置100輸送插件800至一給料軌道120的前端，並調整零件800至一預定放置狀態，例如零件800之底部820及插腳830位於給料軌道120上且向下的狀態，而各零件800之頂部810係朝向給料軌道120之外，並且使得複數個零件800依序排列，如Step 120所示。

自動化裝置900用以自前端拾取該零件800，並將零件800安裝置印刷電路板700，使每一插腳830分別插入對應之插孔710。零件800之底部820及插腳830位於給料軌道120上，而零件800之頂部810係朝向給料軌道120之外，亦即底部820及插腳830向下，而頂部810朝上之狀態。輸送該零件800至給料軌道120之具體應用例包含透過一震動選料機110傳送複數個零件800至給料軌道120，使得零件800係個別地直立且逐一地排列於給料軌道120上。

接著，以一光學感應器200自給料軌道120最前端的零件800之頂部810擷取一取樣資料，如Step 130所示。

載入一預設位置資料至一資料處理裝置300，代表定位特徵811於零件800之頂部810需對應之位置，如Step 140所示。

接著，資料處理裝置300接收取樣資料，分析定位特徵811於零件800之頂部810的位置，資料處理裝置300並比對定位特徵811於頂部810之位置與預設位置資料，如Step 152及Step 154所示。

最後，基於預設位置資料與定位特徵811於頂部810之位置，資料處理裝置300判斷零件800依據其長軸方向所需要的旋轉角度，並傳送該旋轉角度之相關資訊至該自動化裝置900，如Step 160及Step 170所示。

進行新的規格的零件800的安裝作業之前，資料處理裝置300係先進行一學習歷程，以建立此一零件800之頂部810的參考影像資料，並設定預設位置資料。於學習歷程中，資料處理裝置300係先取得零件800之頂部810的影像，且零件800以透過手動方式調整至正確的放置狀態，使得插腳830的相對位置匹配插孔710的相對位置。亦即，自動化裝置900只需要平移零件800就可以正確地將每一插腳830插入對應的插孔710。接著，資料處理裝置300驅動光學感應器200擷取一取樣資料，並框選出取樣資料中的定位特徵811，以決定定位特徵811所需要的預設位置。

經過學習之後，資料處理裝置300中可以儲存多種零件 800之頂部810影像及定位特徵811所需要的預設位置。當每一次自動化裝置900接收新的指令以安裝不同的零件800時，資料處理裝置300可以由指令中判斷零件800種類，或是由頂部810影像判斷零件800種類，進而載入定位特徵811所需要的預設位置。

自動化裝置900接收該旋轉角度之後，除了至給料軌道120上拾取(Pick-Up)該零件800之後，進一步依據該旋轉角度旋轉該零件800，使得零件800的插腳830可以配合主板的插孔710。因此，零件800可以通過震動選料機110供應至給料軌道120，不需要考慮插腳830是否位於正確的相對位置。因此，零件800不需透過人力排列於給料軌道120，省去了人力的需求，同時也提昇零件800安裝作業的效率。

100‧‧‧送料裝置

110‧‧‧震動選料機

111‧‧‧托盤

112‧‧‧震動裝置

120‧‧‧給料軌道

200‧‧‧光學感應器

300‧‧‧資料處理裝置

600‧‧‧輸送設備

700‧‧‧印刷電路板

710‧‧‧插孔

800‧‧‧零件

810‧‧‧頂部

811‧‧‧定位特徵

820‧‧‧底部

830‧‧‧插腳

900‧‧‧自動化裝置

910‧‧‧拾取單元

第1圖為本發明第一實施例之立體圖。

第2圖為本發明第一實施例中，零件及印刷電路板之立體圖。

第3圖為本發明第一實施例中，送料裝置之立體圖。

第4圖為本發明第一實施例中，零件及印刷電路板之立體圖。

第5圖為本發明第一實施例中，零件辨識系統之示意圖。

第6圖為本發明第二實施例中，自動化裝置及光學感應器之立體圖。

第7圖為本發明第三實施例中，零件辨識系統之示意圖。

第8圖為本發明零件辨識方法之流程圖。

200‧‧‧光學感應器

300‧‧‧資料處理裝置

800‧‧‧零件

810‧‧‧頂部

811‧‧‧定位特徵

820‧‧‧底部

830‧‧‧插腳

Claims (10)

1. 一種零件辨識系統，用以驅動一自動化裝置拾取一零件且調整該零件至一預設位置，其中該零件包含一頂部、一底部及至少一組插腳，該至少一組插腳設置於該底部，且該頂部包含一定位特徵，該零件辨識系統包含：一送料裝置，調整該零件至一預定放置狀態供該自動化裝置拾取；一光學感應器，裝設於該送料裝置之一側，並自位於該預定放置狀態之該零件之該頂部擷取一取樣資料；一資料處理裝置，電性連接該光學感應器與該自動化裝置，且資料處理裝置儲存一預設位置資料，代表該定位特徵於該頂部需對應之位置；其中，該資料處理裝置接收該取樣資料，分析該定位特徵於該頂部的位置，並比對該位置與該預設位置資料，從而判斷該零件依據其長軸方向所需要的旋轉角度，以依據該取樣資料中的該定位特徵產生一指令、將該指令傳輸至該自動化裝置，以驅動該自動化裝置拾取該零件後，依據該指令旋轉該零件。
2. 如請求項1所述之零件辨識系統，其中該預定放置狀態為將該插腳調整至適於插入一印刷電路板插孔之方向放置。
3. 如請求項1所述之零件辨識系統，其中該送料裝置包含： 一震動選料機，調整該零件至該預定放置狀態；及一給料軌道，自該震動選料機接收該零件，該零件被輸送至該給料軌道之末端供該自動化裝置拾取。
4. 如請求項3所述之零件辨識系統，其中該震動選料機包含一托盤，容置至少一零件，且該給料軌道連接該托盤；及一震動裝置，連接於該托盤，沿該托盤之中心至圓周方向震動該托盤。
5. 如請求項1所述之零件辨識系統，其中該光學感應器為一攝影鏡頭，其擷取該零件之頂部的影像，與產生該取樣資料。
6. 如請求項5所述之零件辨識系統，其中該資料處理裝置中儲存一預設位置資料，代表該定位特徵於該頂部需對應之位置，且該資料處理裝置接收該取樣資料，分析該定位特徵的位置，並比對該位置與該預設位置資料，從而判斷該零件所需要的旋轉角度與產生對應之一指令。
7. 如請求項1所述之零件辨識系統，其中該光學感應器設置於該自動化裝置。
8. 如請求項1所述之零件辨識系統，更包含一指定波長光源，用以投射該指定波長光至該定位特徵的該預設位置，且該光學感應器取得該指定波長光的反射強度作為取樣資料，該資料處理裝置依據該反射強度判斷該零件是否處於該插腳相對位置正 確之狀態，而產生該指令以旋轉該零件至適於插件之角度。
9. 如請求項1所述之零件辨識系統，其中該預定放置狀態為將該插腳調整至適於插入一印刷電路板插孔之方向放置。
10. 一種零件辨識方法，用以驅動一自動化裝置於拾取一零件，旋轉該零件並調整該零件的插腳至一預設位置，其中該零件包含一頂部、一底部以及至少一組插腳，該至少一組插腳設置於底部，且該頂部至少包含一定位特徵，該零件辨識方法包含：以一送料裝置輸送該零件至一給料軌道的前端，並調整該零件至一預定放置狀態，以一光學感應器自該零件之頂部擷取一取樣資料；載入一預設位置資料至一資料處理裝置，該預設位置資料代表該定位特徵於該頂部需對應之位置；以該資料處理裝置接收該取樣資料，並分析該定位特徵於該頂部的位置；以該資料處理裝置比對該定位特徵於該頂部之位置與該預設位置資料；基於該預設位置資料與該定位特徵於該頂部之位置，該處料處理裝置判斷該零件依據其長軸方向所需要的旋轉角度；及以該資料處理裝置傳送該旋轉角度之相關資訊至該自動 化裝置。