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)、自動微調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、XYZ軸的運(yùn)動控制模塊設(shè)計(jì)、供圖形測量數(shù)顯系統(tǒng)設(shè)計(jì)、嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。該自動點(diǎn)膠機(jī)能夠極大地提高我國電子產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：圖像定位 自動點(diǎn)膠機(jī) 運(yùn)動模組 圖形測量

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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)的工時最長，工人的工作條件也是最惡劣的。同時它也是影響電子產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一?，F(xiàn)階段，大部分點(diǎn)膠工作都是由工人手工完成的，無法保證點(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)膠工序的自動化程度。該文介紹一種新型的基于圖像定位的自動點(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)合作公司對自動點(diǎn)膠機(jī)工藝具體要求，該文研究的基于圖像定位的自動點(diǎn)膠機(jī)主要由機(jī)械部分、運(yùn)動電機(jī)、運(yùn)動控制系統(tǒng)、圖像測量數(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（X、Y、Z）坐標(biāo)的三自由度傳動機(jī)構(gòu)，通過機(jī)械的移動可以把膠頭定位到空間任一三維坐標(biāo)。每個坐標(biāo)軸上安裝一個伺服電機(jī)，運(yùn)動控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)帶動機(jī)械運(yùn)動。每個坐標(biāo)軸均采用線性導(dǎo)軌和研磨級絲桿以及伺服電機(jī)共同構(gòu)成一個運(yùn)動模組。圖像測量數(shù)顯系統(tǒng)包括LED光源和CCD鏡頭，CCD鏡頭模塊對點(diǎn)膠目標(biāo)轉(zhuǎn)化為圖像信號，傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)過圖像算法處理，與事先存儲的圖像特征進(jìn)行比較，獲取正確的點(diǎn)膠位置[2]。

2 新型自動微調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為提高自動點(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。通過編程，XYZ三軸運(yùn)動模組移動產(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)對膠閥平穩(wěn)、連續(xù)的供膠。CCD鏡頭模塊對點(diǎn)膠對象進(jìn)行圖像采集，對每個對象的mark點(diǎn)進(jìn)行視覺對位，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，對兩個膠閥的XYZ相對位置進(jìn)行自動補(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)動控制模塊

XYZ軸的運(yùn)動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)通過圖像識別結(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，X軸使旋轉(zhuǎn)臺左右移動，將旋轉(zhuǎn)臺中心X值移動到與膠頭X坐標(biāo)相同，同時利用X軸可提高相機(jī)標(biāo)定的精度；Y軸可使旋轉(zhuǎn)臺前后移動，在膠頭出膠的任意時刻，Y軸移動可使攝像頭和膠頭相對位置不發(fā)生變化，這樣可確保膠水沒有外漏；Z軸主要負(fù)責(zé)膠頭的上下垂直運(yùn)動，出膠前后需要膠頭的位置比出膠時的位置稍微高一些。三個直線軸均采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。

4 圖形測量數(shù)顯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖形測量數(shù)顯系統(tǒng)主要包括影像顯示模塊、測量模塊、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，顯示工件各個部分的結(jié)構(gòu)；測量模塊是利用幾何圖形測量工具對影像顯示模塊中顯示的工件影像進(jìn)行形位測量；記錄模塊則記錄測量模塊所測得的結(jié)果，以圖形和數(shù)據(jù)的形式顯示出來，并以DXF文件格式記錄測量程序，可實(shí)現(xiàn)自動測量；數(shù)據(jù)分析模塊對記錄模塊中所記錄的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與其他類似的系統(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)還具有自動對焦、SPC數(shù)據(jù)分析、自動光源控制等功能，測量精度在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，完成對產(chǎn)品的自動點(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，阻擋來料治具，治具檢測光電開關(guān)檢測到治具到位后，模組頂升氣缸動作，治具頂升基板將來料治具頂起，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，不再對產(chǎn)品壓緊模組和快速拔料模組進(jìn)行說明。

6 結(jié)語

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

通過對比，可以看出本項(xiàng)目自主研發(fā)的基于圖像處理技術(shù)的高性能自動化點(diǎn)膠機(jī)，精度較高、定位較準(zhǔn)，能夠極大地提高我國電子產(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臺該點(diǎn)膠機(jī)為參考，將會為東莞創(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.