基于圖像定位的自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

彭雄良+師君+吳秋霞++湯磊

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.158

摘 要：該文主要介紹基于圖像定位的自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)，主要包括系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)、自動(dòng)微調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、XYZ軸的運(yùn)動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)、供圖形測(cè)量數(shù)顯系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。該自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)能夠極大地提高我國(guó)電子產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：圖像定位 自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī) 運(yùn)動(dòng)模組 圖形測(cè)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0158-02

在所有的制造工序中，點(diǎn)膠工序不僅占用的工人最多、費(fèi)的工時(shí)最長(zhǎng)，工人的工作條件也是最?lèi)毫拥摹Ｍ瑫r(shí)它也是影響電子產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。現(xiàn)階段，大部分點(diǎn)膠工作都是由工人手工完成的，無(wú)法保證點(diǎn)膠的質(zhì)量，不合格的涂膠不僅破壞電子產(chǎn)品的品質(zhì)、美觀，還會(huì)造成脫膠，引起事故。為了提高電子產(chǎn)品點(diǎn)膠的均勻性、一致性、快速性，應(yīng)大力研究和推廣提高點(diǎn)膠工序的自動(dòng)化程度。該文介紹一種新型的基于圖像定位的自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)，它適用于點(diǎn)、直線、圓弧以及任意不規(guī)則產(chǎn)品的點(diǎn)膠、涂膠，其運(yùn)動(dòng)參數(shù)下載方便，可直接輸入運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行編程[1]。

1 點(diǎn)膠機(jī)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)合作公司對(duì)自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)工藝具體要求，該文研究的基于圖像定位的自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)主要由機(jī)械部分、運(yùn)動(dòng)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、圖像測(cè)量數(shù)顯系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)相關(guān)硬件設(shè)備和軟件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其中，機(jī)械部分主要是一個(gè)（X、Y、Z）坐標(biāo)的三自由度傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)機(jī)械的移動(dòng)可以把膠頭定位到空間任一三維坐標(biāo)。每個(gè)坐標(biāo)軸上安裝一個(gè)伺服電機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。每個(gè)坐標(biāo)軸均采用線性導(dǎo)軌和研磨級(jí)絲桿以及伺服電機(jī)共同構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)模組。圖像測(cè)量數(shù)顯系統(tǒng)包括LED光源和CCD鏡頭，CCD鏡頭模塊對(duì)點(diǎn)膠目標(biāo)轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)圖像算法處理，與事先存儲(chǔ)的圖像特征進(jìn)行比較，獲取正確的點(diǎn)膠位置[2]。

2 新型自動(dòng)微調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為提高自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)的點(diǎn)膠位置精度，項(xiàng)目設(shè)計(jì)了新型點(diǎn)膠閥微調(diào)系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。通過(guò)編程，XYZ三軸運(yùn)動(dòng)模組移動(dòng)產(chǎn)品至大體點(diǎn)膠位置，將膠桶直接放入供膠模組內(nèi)，通過(guò)向供膠模組內(nèi)注入高壓，將膠桶內(nèi)膠壓出膠桶，實(shí)現(xiàn)對(duì)膠閥平穩(wěn)、連續(xù)的供膠。CCD鏡頭模塊對(duì)點(diǎn)膠對(duì)象進(jìn)行圖像采集，對(duì)每個(gè)對(duì)象的mark點(diǎn)進(jìn)行視覺(jué)對(duì)位，再由電腦計(jì)算mark點(diǎn)偏移尺寸，如圖3所示。根據(jù)計(jì)算得出的mark點(diǎn)偏移，利用膠閥微調(diào)模組，對(duì)兩個(gè)膠閥的XYZ相對(duì)位置進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)正和精確調(diào)整，從而保證點(diǎn)膠位置精準(zhǔn)。

3 XYZ軸的運(yùn)動(dòng)控制模塊

XYZ軸的運(yùn)動(dòng)控制模塊均由智能控制系統(tǒng)連接電機(jī)和伺服系統(tǒng)構(gòu)成，其電氣圖如圖4所示。智能控制系統(tǒng)通過(guò)圖像識(shí)別結(jié)果和程序?qū)YZ軸的點(diǎn)膠位置進(jìn)行控制。在進(jìn)行加工任務(wù)時(shí)，X軸使旋轉(zhuǎn)臺(tái)左右移動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心X值移動(dòng)到與膠頭X坐標(biāo)相同，同時(shí)利用X軸可提高相機(jī)標(biāo)定的精度；Y軸可使旋轉(zhuǎn)臺(tái)前后移動(dòng)，在膠頭出膠的任意時(shí)刻，Y軸移動(dòng)可使攝像頭和膠頭相對(duì)位置不發(fā)生變化，這樣可確保膠水沒(méi)有外漏；Z軸主要負(fù)責(zé)膠頭的上下垂直運(yùn)動(dòng)，出膠前后需要膠頭的位置比出膠時(shí)的位置稍微高一些。三個(gè)直線軸均采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

4 圖形測(cè)量數(shù)顯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖形測(cè)量數(shù)顯系統(tǒng)主要包括影像顯示模塊、測(cè)量模塊、記錄模塊、數(shù)據(jù)分析模塊，其中影像顯示模塊是基礎(chǔ)，測(cè)量模塊是主體，分析模塊是手段，它們與記錄模塊以及報(bào)表輸出模塊構(gòu)成了該系統(tǒng)的整體框架。影像顯示模塊用于捕捉工件影像，顯示工件各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)；測(cè)量模塊是利用幾何圖形測(cè)量工具對(duì)影像顯示模塊中顯示的工件影像進(jìn)行形位測(cè)量；記錄模塊則記錄測(cè)量模塊所測(cè)得的結(jié)果，以圖形和數(shù)據(jù)的形式顯示出來(lái)，并以DXF文件格式記錄測(cè)量程序，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量；數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)記錄模塊中所記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與其他類(lèi)似的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)為模塊化設(shè)計(jì)，具有很高的移植性以及更高效率。并且該系統(tǒng)還具有自動(dòng)對(duì)焦、SPC數(shù)據(jù)分析、自動(dòng)光源控制等功能，測(cè)量精度在5u范圍內(nèi)。

5 嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，大多數(shù)點(diǎn)膠機(jī)都是獨(dú)立于客戶已有的生產(chǎn)線的設(shè)備。為與客戶現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)流水生產(chǎn)線直接連接，完成對(duì)產(chǎn)品的自動(dòng)點(diǎn)膠工作，本項(xiàng)目采用嵌入式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可直接安裝與客戶流水線上。產(chǎn)品可通過(guò)治具頂緊模組、產(chǎn)品壓緊模組和快速拔料模組與標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線相連接。模組初始狀態(tài)治具擋位導(dǎo)桿升起，阻擋來(lái)料治具，治具檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到治具到位后，模組頂升氣缸動(dòng)作，治具頂升基板將來(lái)料治具頂起，脫離原有流水生產(chǎn)線（避免因原有流水生產(chǎn)線不平，對(duì)產(chǎn)品點(diǎn)膠工序的影響），等待點(diǎn)膠模組完成治具上產(chǎn)品點(diǎn)膠工作，點(diǎn)膠完成后，模組頂升氣缸下降，治具擋位氣缸下降，產(chǎn)品重新回到原有流水生產(chǎn)線上，流向下一工位。限于篇幅，不再對(duì)產(chǎn)品壓緊模組和快速拔料模組進(jìn)行說(shuō)明。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目產(chǎn)品行程序絲杠測(cè)試、自動(dòng)復(fù)位測(cè)試、壓墊噴閥測(cè)試后，與業(yè)界當(dāng)前技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

通過(guò)對(duì)比，可以看出本項(xiàng)目自主研發(fā)的基于圖像處理技術(shù)的高性能自動(dòng)化點(diǎn)膠機(jī)，精度較高、定位較準(zhǔn)，能夠極大地提高我國(guó)電子產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，具有深遠(yuǎn)的意義。東莞有數(shù)量眾多的電子廠，以每家電子廠配置2～3臺(tái)該點(diǎn)膠機(jī)為參考，將會(huì)為東莞創(chuàng)造數(shù)百億的產(chǎn)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 項(xiàng)羅毅.自動(dòng)點(diǎn)膠技術(shù)在功率模塊快速封裝中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2015（1）：175-176.

[2] 何勰緋.基于工業(yè)PC的取料機(jī)械手控制系統(tǒng)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009（7）：6-7.