一種智能貼片機及其線掃描識別方法與流程

本發明涉及一種貼片機，具體是一種智能貼片機。

背景技術：

機器視覺在國內起步較晚，真正工業領域的廣泛應用也就十幾年的時間，目前行業正處于快速發展期，存在很大的發展空間。具體表現為行業市場容量在快速增長、應用領域逐漸擴大以及從業企業數量也在快速增加。匹配的光源是機器視覺必不可少的技術支持，由于高端國產貼片機國內尚處于起步階段，線掃描識別技術大都應用在車牌車型，條碼等要求低端的行業。對于貼片機高速高精高穩定性的要求的配套技術，國內外幾乎都無現成標準的產品可用。海外貼片機與線掃描相機匹配的光源大都是有底光、同軸光、環光、甚至背光組合而成。效果也不錯。缺點是結構復雜，控制路數多樣。國內其他機器視覺幾乎都采用面陣相機和條形光的搭配。由于面陣相機是靜態抓取圖像在使用過程中帶來很多局限，受面陣相機拍照幀率的影響，圖像采集的速度慢，匹配不了直線電機的運動速度。受面陣相機感光芯片的視野范圍的影響，對于長條狀的目標物需要多個相機分段拍攝，既增加了成本，多個圖像的傳輸容易造成光纖”塞車”。雖然速度可以通過提高相機幀率改善，畢竟幀率也是有限的，成本同樣也增加了，丟幀和圖像失真是面陣相機致命的缺陷，這些都為使用者帶來了不便。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種智能貼片機，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種智能貼片機，包括龍門機架、貼裝頭、傳板系統、圖像采集系統和供料系統，所述龍門機架包括機架平臺、X臂、光柵尺、X軸讀數頭、X軸直線電機動子、X軸直線電機定子、Y軸直線電機動子、Y軸讀數頭、Y軸直線電機定子、Y軸光柵尺、右Y臂和左Y臂，右Y臂和左Y臂分別安裝在機架平臺的左右兩側，右Y臂和左Y臂上均設置有滑軌，X臂安裝在右Y臂和左Y臂的滑軌上并且X臂分別與右Y臂和左Y臂垂直，X臂上安裝有光柵尺、X軸讀數頭、X軸直線電機動子、貼裝頭連接板和X軸直線電機定子，右Y臂上安裝有Y軸直線電機動子、Y軸讀數頭、Y軸直線電機定子和Y軸光柵尺，貼裝頭包括底板、Z軸電機、電機皮帶、同步帶、皮帶夾、同步輪、滑塊、滑塊連接座、角度電機、吸嘴桿、花鍵套、支撐件、支撐保護套、吸嘴、相機、過濾器、電磁閥、真空模擬采集卡、真空傳感器和匯流板，Z軸電機安裝在底板頂部的反面，角度電機的轉軸穿過底板并且與電機皮帶相連，同步輪固定在底板下方，同步帶套在電機皮帶輪和同步輪上，皮帶夾通過滑塊連接座與滑塊相連，吸嘴桿外部套有花鍵套并且吸嘴桿從下到上依次連接有吸嘴、支撐件和支撐保護套，吸嘴桿和花鍵套貫穿滑塊連接座，底板的上半部安裝有匯流板，真空傳感器的一端插在匯流板中，真空傳感器的另一端與真空模擬采集卡連接，電磁閥安裝在匯流板中，傳板系統安裝在機架平臺上并且與X臂平行，傳板系統包括待板區、貼裝區和出板區，供料系統位于傳板系統的前面，供料系統包括飛達座、飛達集成控制卡和電動飛達，電動飛達安裝在飛達座上，飛達集成控制卡安裝在電動飛達內部，圖像采集系統安裝在飛達座靠近傳板系統的位置，圖像采集系統包括聚光鏡、燈板、散熱片、光學鏡頭、接圈和線陣相機，聚光鏡位于最頂端，燈板與散熱片內部相連，光學鏡頭位于聚光鏡的下方，線陣相機位于光學鏡頭的下方，接圈位于光學鏡頭和線陣相機之間。

作為本發明進一步的方案：線陣相機采用相機固定底板固定，Y軸直線電機動子、Y軸直線電機定子、X軸直線電機動子和X軸直線電機定子均采用高精密高速度的直線電機驅動系統，光柵尺和Y軸光柵尺的分辨率為0.5um。

作為本發明進一步的方案：角度電機的外部安裝有角度電機架，真空模擬采集卡外部設置有保護罩。

作為本發明進一步的方案：電磁閥和過濾器的數量均為八個，散熱片的數量為兩個。

所述智能貼片機的線掃描識別方法，具體步驟如下：

步驟一，PCB板經過待板區流入貼裝區后，上位機收到貼裝指令開始貼裝，貼裝頭快速移動到飛達座上面的電動飛達的元件位置上方，貼裝頭在移動過程中，吸嘴桿下降，到達元件位置正上方0.4-0.6mm處，電磁閥打開，吸嘴桿內產生真空，元件便吸附在吸嘴上，吸嘴桿迅速上升到識別高度并同時向圖像采集系統一側移動；

步驟二，線掃光源打開打光到目標位置高度，X軸讀數頭在移動過程中讀取光柵刻度值實時反饋給上位機處理器，到達預定的脈沖值，上位機發拍照請求信號來觸發線陣相機；

步驟三，線陣相機收到一個脈沖就拍照一次，一次次連續高速的拍照得到的“線”型圖像在貼裝頭上的元件完全飛過線陣相機后拼成了整張圖片，整個圖像采集過程150-200ms完成，整張圖片通過光纖傳輸到PC的處理器，然后通過圖像處理和算法得到元件的中心點的補償值，傳遞給運動系統；

步驟四，貼裝頭的元件完成圖像采集后隨著X臂、左Y臂和右Y臂高速運動到PCB板的目標位置，吸嘴桿迅速下降，在距PCB板表面0.08-0.15mm的高度時進行電磁閥切換，破壞真空變成吹氣模式，吸嘴上的元件就按預定位置貼附到PCB板的焊盤位置；

步驟五，將完成整塊PCB板的貼裝后流到出板區，再流到下一工位，至此完成一個循環。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明設計合理，采用圖片開窗傳輸，速度和安全系數自然大大提高，光纖的傳輸通道不會有崩潰的隱患；本發明采用硬觸發拍照的方法，圖像處理更加高效，圖像的補償算法不需考慮不確定因素，定位精度和重復精度明顯提高；本發明采用直線電機，保證掃描的精度，使用效果好。

附圖說明

圖1為智能貼片機的爆炸圖。

圖2為智能貼片機中貼裝頭的爆炸圖。

圖3為智能貼片機中圖像采集系統的爆炸圖。

圖4為智能貼片機中供料系統的結構示意圖。

圖5為智能貼片機中傳板系統的結構示意圖。

圖6為智能貼片機中龍門機架的結構示意圖。

其中：1-Z軸電機，2-電機皮帶，3-同步帶，4-皮帶夾，5-同步輪，6-滑塊，7-滑塊連接座，8-角度電機，9-角度電機架，10-吸嘴桿，11-花鍵套，12-支撐件，13-支撐保護套，14-吸嘴，15-相機，16-過濾器，17-電磁閥，18-真空模擬采集卡，19-真空傳感器，20-匯流板，21-X臂，22-光柵尺，23-X軸讀數頭，24-X軸直線電機動子，25-X軸直線電機定子，26-Y軸直線電機動子，27-Y軸讀數頭，28-Y軸直線電機定子，29-Y軸光柵尺，30-右Y臂，31-左Y臂，32-待板區，33-貼裝區，34-出板區，35-飛達座，36-飛達集成控制卡，37-電動飛達，38-聚光鏡，39-燈板，40-散熱片，41-光學鏡頭，42-接圈，43-相機固定底板，44-線陣相機。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

請參閱圖1-6，一種智能貼片機，包括龍門機架、貼裝頭、傳板系統、圖像采集系統和供料系統，所述龍門機架包括機架平臺、X臂21、光柵尺22、X軸讀數頭23、X軸直線電機動子24、X軸直線電機定子25、Y軸直線電機動子26、Y軸讀數頭27、Y軸直線電機定子28、Y軸光柵尺29、右Y臂30和左Y臂31，右Y臂30和左Y臂31分別安裝在機架平臺的左右兩側，右Y臂30和左Y臂31上均設置有滑軌，X臂21安裝在右Y臂30和左Y臂31的滑軌上并且X臂21分別與右Y臂30和左Y臂31垂直，X臂21上安裝有光柵尺22、X軸讀數頭23、X軸直線電機動子24、貼裝頭連接板和X軸直線電機定子25，右Y臂30上安裝有Y軸直線電機動子26、Y軸讀數頭27、Y軸直線電機定子28和Y軸光柵尺29，貼裝頭包括底板、Z軸電機1、電機皮帶2、同步帶3、皮帶夾4、同步輪5、滑塊6、滑塊連接座7、角度電機8、吸嘴桿10、花鍵套11、支撐件12、支撐保護套13、吸嘴14、相機15、過濾器16、電磁閥17、真空模擬采集卡18、真空傳感器19和匯流板20，Z軸電機1安裝在底板頂部的反面，角度電機8的轉軸穿過底板并且與電機皮帶2相連，同步輪5固定在底板下方，同步帶3套在電機皮帶輪和同步輪5上，皮帶夾4通過滑塊連接座7與滑塊6相連，吸嘴桿10外部套有花鍵套11并且吸嘴桿10從下到上依次連接有吸嘴14、支撐件12和支撐保護套13，吸嘴桿10和花鍵套11貫穿滑塊連接座7，底板的上半部安裝有匯流板20，真空傳感器19的一端插在匯流板20中，真空傳感器19的另一端與真空模擬采集卡18連接，電磁閥17安裝在匯流板20中，傳板系統安裝在機架平臺上并且與X臂21平行，傳板系統包括待板區32、貼裝區33和出板區34，供料系統位于傳板系統的前面，供料系統包括飛達座35、飛達集成控制卡36和電動飛達37，電動飛達37安裝在飛達座35上，飛達集成控制卡36安裝在電動飛達37內部，圖像采集系統安裝在飛達座35靠近傳板系統的位置，圖像采集系統包括聚光鏡38、燈板39、散熱片40、光學鏡頭41、接圈42和線陣相機44，聚光鏡38位于最頂端，燈板39與散熱片40內部相連，光學鏡頭41位于聚光鏡38的下方，線陣相機44位于光學鏡頭41的下方，接圈42位于光學鏡頭41和線陣相機44之間。線陣相機44采用相機固定底板43固定，Y軸直線電機動子26、Y軸直線電機定子28、X軸直線電機動子24和X軸直線電機定子25均采用高精密高速度的直線電機驅動系統，光柵尺22和Y軸光柵尺29的分辨率為0.5um，使得定位精度和重復定位精度大大提高，線陣相機44的安裝高度可調，光源的角度可調。角度電機8的外部安裝有角度電機架9，真空模擬采集卡18外部設置有保護罩，一個角度電機8可控制4個Z軸吸嘴桿10的角度及補償旋轉。電磁閥17和過濾器16的數量均為八個，散熱片40的數量為兩個，該裝置采用真空值檢測吸嘴14的高度和元件吸著狀態。

所述智能貼片機的線掃描識別方法，具體步驟如下：

步驟一，PCB板經過待板區流入貼裝區后，上位機收到貼裝指令開始貼裝，貼裝頭快速移動到飛達座上面的電動飛達的元件位置上方，貼裝頭在移動過程中，吸嘴桿下降，到達元件位置正上方0.4-0.6mm處，電磁閥打開，吸嘴桿內產生真空，元件便吸附在吸嘴上，吸嘴桿迅速上升到識別高度并同時向圖像采集系統一側移動；

步驟二，線掃光源打開打光到目標位置高度，X軸讀數頭在移動過程中讀取光柵刻度值實時反饋給上位機處理器，到達預定的脈沖值，上位機發拍照請求信號來觸發線陣相機；

步驟三，線陣相機收到一個脈沖就拍照一次，一次次連續高速的拍照得到的“線”型圖像在貼裝頭上的元件完全飛過線陣相機后拼成了整張圖片，整個圖像采集過程150-200ms完成，整張圖片通過光纖傳輸到PC的處理器，然后通過圖像處理和算法得到元件的中心點的補償值，傳遞給運動系統；

步驟四，貼裝頭的元件完成圖像采集后隨著X臂、左Y臂和右Y臂高速運動到PCB板的目標位置，吸嘴桿迅速下降，在距PCB板表面0.08-0.15mm的高度時進行電磁閥切換，破壞真空變成吹氣模式，吸嘴上的元件就按預定位置貼附到PCB板的焊盤位置；

步驟五，將完成整塊PCB板的貼裝后流到出板區，再流到下一工位，至此完成一個循環。

現有的貼片機需要解決面陣相機機器視覺在智能貼片機機器視覺應用缺陷，由于面陣相機是靜態抓取圖像在使用過程中帶來很多局限，受面陣相機拍照幀率的影響，圖像采集的速度慢，匹配不了直線電機的運動速度；受面陣相機感光芯片的視野范圍的影響，對于長條狀的目標物需要多個相機分段拍攝，既增加了成本，多個圖像的傳輸容易造成光纖”塞車”；雖然速度可以通過提高相機幀率改善，畢竟幀率也是有限的，成本同樣也增加了，丟幀和圖像失真是面陣相機致命的缺陷。現有的貼片機還需要解決線陣相機線掃描識別方式通常采用軟觸發拍照的缺陷；線掃相機軟觸發是通過上位機發出拍照請求信號給相機的接口，相機接到拍照請求后開始拍照。這種拍照方式的弊端是從每次發出請求信號到接收信號有不確定的時間差，相機啟動拍照的時間不同，拍照的位置也就不同，所得到的目標圖像不一定每次都在想要的整張圖片的中心位置，給圖像處理和補償算法帶來不確定性，任何算法都無法滿足不確定的目標的精確的補償值，對于低端設備可以采取種做法；高端設備有些也采用這種方式，目標物在拍照之前在固定位置停止運動，相機收到拍照請求后開始移動拍照；采集的目標圖像可以在整個圖片的固定位置，但這犧牲時間和效率。現有的貼片機需要提高貼片機元件識別的精度和速度。通過直線電機的運動控制提高速度，線陣相機的高分辨率提高線掃描的精度。現有的貼片機需要提高視覺系統的穩定性：眾所周知通過手機看視頻的時候最占流量，實際上就是快速的看一張張圖片；機器視覺道理也一樣，也是超高速的傳輸多張圖片，一旦超負荷傳輸系統就會死機。

本發明采用圖片開窗傳輸：對整張掃描所得到的圖片在高速傳輸給上位機的處理器之前進行自動截圖處理，就是所謂的“開窗”，也就是說線陣相機的視野幅寬是40mm,所采集得到圖片也是40mm寬的條狀圖片，貼片機所需要的目標元器件一般情況下在10mm寬度之內，通過處理相機在傳輸圖片時自動截取以圖片中心線為基準的兩邊同為10mm幅寬(可根據目標物的寬幅設置)的圖片作為傳輸對象，相當于把整張圖片的容量減少了50％，打個比方就是讓能同時容許100個人的通道變成讓50個人通過，速度和安全系數自然大大提高，光纖的傳輸通道就不會有崩潰的隱患。本發明采用硬觸發拍照方法：硬觸發的工作原理就是光柵尺的讀數頭在運動過程中每讀到光柵尺(分辨率刻度是0.5微米)的一個刻度就發一個脈沖給上位機，上位機收到指定的脈沖數后即刻發送拍照請求給相機接口，相機隨即啟動拍照；整個過程都處于高速運動中，信號傳輸都是實時的，每次觸發拍照的位置也是一致的，采集到的目標物的圖像也是在整張圖片的固定位置；圖像處理相對顯得更加高效，圖像的補償算法不需考慮若干不確定因素，定位精度和重復精度都會明顯提高。本發明采用了直線電機，直線電機的應用是硬觸發拍照方法的必要條件(但不是唯一條件)，光柵尺的讀數頭決定著硬觸發的拍照指令的發送時機；直線電機的運動速度必須和線陣相機的行頻匹配；線掃描識別方法是被測目標物與線掃相機之間有個相對運動的場合，通過線掃描的高速采集，每一次采集完一條線后剛好運動到下一個單位長度，通過不斷的連續采集就拼成了一張二維圖像，直線電機的運動速度直接影響著線掃描的精度；比如線陣相機的行頻58KHz，也就是說一秒鐘之內線陣相機可拍到58000條線素圖片，目標物的運動速度大于相機的拍照速度則會丟幀，目標物的運動速度小于拍照速度，精度會提高，但效率不高。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。