基于SCARA機器人的異型插件控制系統(tǒng)設計

摘 要：針對現(xiàn)有異型器件的特殊性，提出設計基于SCARA機器人的異型插件控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)的整體結構進行具體的介紹，系統(tǒng)控制裝置核心是PLC控制器，通過RS485通信方式與工業(yè)機器人和工控機進行信息傳遞，通過對異型插件流程的分析，確定系統(tǒng)硬件及軟件設計，實現(xiàn)異型器件的自動插件。

關鍵詞：異型器件；工業(yè)機器人；自動控制；PLC

引言

隨著電子產(chǎn)品的需求量的逐年增長，電子產(chǎn)品的自動化裝配技術也變得越來越重要，尤其以PCB的裝配技術最為突出。異型器件在PCB的裝配中可以采用兩種方式，一種是手工裝配，一種是自動裝配[1]。采用手工裝配影響產(chǎn)品質(zhì)量，人工成本上升，增加產(chǎn)品成本。采用自動裝配由于異型器件自身使得傳統(tǒng)的自動插件機無法快速的將其插入到PCB板中，隨著工業(yè)機器人技術的不斷發(fā)展，在高精度裝配領域，工業(yè)機器人與機器視覺結合的方案逐漸成為提高產(chǎn)品裝配精度的主流趨勢[2]。

我們提出設計一種專門針對異型器件的自動插件控制系統(tǒng)，它可以替代人工，解決招工難以及人工效率低等問題，還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、加快生產(chǎn)速度、降低返工，節(jié)約成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)能力和質(zhì)量功能，在生產(chǎn)率和收益率方面取得更高的利益，使企業(yè)在市場上保持強有力的競爭地位。

1 總體方案設計

異型器件插件是通過PCB輸送線配合傳感器實現(xiàn)PCB板料的自動供應控制，當PCB板到達插裝位置后，啟動異型器件供料系統(tǒng)和工業(yè)機器人手臂進行取件和插件。本課題研究內(nèi)容主要涉及異型器件插件工藝環(huán)節(jié)的自動化操作過程分析、異型自動插件系統(tǒng)模塊組成和配套控制系統(tǒng)設計。

1.1 PLC控制系統(tǒng)

由于PLC信號處理時間短，速度快，所有的I/O信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內(nèi)部電路之間實現(xiàn)電氣上隔離，防止噪聲干擾，系統(tǒng)采用PLC為主控制器，負責發(fā)送采集數(shù)據(jù)和輸出控制的命令，通過接收采集到的數(shù)據(jù)對工業(yè)機器人和供料系統(tǒng)發(fā)送指令實現(xiàn)異型器件的自動插件，同時實現(xiàn)與其他控制器的通信以及參數(shù)的設置。

1.2 工業(yè)機器人

工業(yè)機器人是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設備，SCARA機器人有三個旋轉(zhuǎn)關節(jié)，軸線相互平行，一個移動關節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運動，最適用于平面定位，垂直方向進行裝配的作業(yè)[3]。主要負責運動控制和機械手臂和氣爪的控制，通過接受PLC的指令完成異型器件的抓取和插件動作。

1.3 上位機

系統(tǒng)采用的上位機是研華工控機，主要通過RS485進行串行通訊，實現(xiàn)人機界面和視覺算法，對采集到的數(shù)據(jù)進行顯示存儲及查詢歷史數(shù)據(jù)功能。

1.4 視覺系統(tǒng)

視覺系統(tǒng)由三個攝像機、光學鏡頭、多通道圖像采集卡、工業(yè)計算機以及圖像處理軟件組成。CCD1負責異型元器件缺陷檢測；CCD2負責異型元器件夾持位姿偏差計算；CCD3負責PCB板定位誤差的計算。通過CCD的圖像采集實現(xiàn)PCB板的精確定位。通過元器件檢測與定位CCD實現(xiàn)對元器件的檢測與加持位姿計算，保證元器件準確無誤的插裝到PCB上。

2 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)主要實現(xiàn)PCB的自動供應、異型器件的自動供應、異型器件的自動取件和插件，根據(jù)系統(tǒng)需要完成的任務，硬件系統(tǒng)主要分為以下幾個部分：

2.1 PCB傳送電動機

該機構主要是實現(xiàn)PCB的自動供應，通過控制PCB輸送線電機的啟停，實現(xiàn)PCB板的持續(xù)自動供應，電機選用單相交流電機。

2.2 傳感器

異型器件采用振動盤的方式實現(xiàn)，振動料斗上的光纖傳感器判斷異型器件是否到位，到位后PLC通過通信電纜向SCARA機器人發(fā)送抓取器件指令。通過光電傳感器感應PCB板是否到達指定位置，PLC通過這些信號實現(xiàn)異型器件的自動取件和插件控制。

2.3 執(zhí)行器

系統(tǒng)中所用到的執(zhí)行器包括電磁閥、氣缸、氣爪等，其中PCB的定位、夾緊、送料氣缸主要通過對應的電磁閥進行控制，氣爪通過電磁閥實現(xiàn)異型器件的抓取，供料系統(tǒng)振動盤的起動通過繼電器進行控制。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)以PLC為基礎編寫程序，開發(fā)了異型插件機的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)通過傳感器采集信號，對相應的信號和狀態(tài)進行分析，確定是否抓取器件，然后經(jīng)過定位計算，準確快速的進行異型器件的插件工作，由于需要采集的信號和狀態(tài)眾多，要將所有的信號對應到軟件中去，并對不同信號進行編程，具體的系統(tǒng)總體流程圖如圖1所示。

4 通信

整個系統(tǒng)中的通信主要包括PC機與PLC，PLC與SCARA機器人之間的通信，其中各控制器之間采用RS485的方式進行通信，RS485采用的電氣接口方式是差分平衡方式，可以從根本上消除地線信號，抑制噪音，不受節(jié)點間接地電平差異的影響，同時還可以實現(xiàn)距離較長的高速通訊[4]。

5 實驗結果

通過對該系統(tǒng)的組裝和調(diào)試，最終以耳機插座、USB2.0作為測試器件進行系統(tǒng)測試，通過實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，系統(tǒng)整合了SMT、機械手、CCD的特點，每個異型插件所需時間為2S，基本達到預期目的。

6 結束語

本控制系統(tǒng)采用SCARA機器人與機器視覺結合的解決方案，運用機器人控制、圖像處理、PLC邏輯控制以及現(xiàn)場通訊等技術實現(xiàn)了異型電子元器件的快速、精確插裝，具有自動化程度高、穩(wěn)定性高、精度高以及抗干擾性強等特點。有效保障產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約大量成本，具有很廣泛的應用價值[5]。

參考文獻

[1]孫越.電子裝配表面安裝技術探析[J].價值工程，2012（22）.

[2]胡志勇.異型器件的自動化貼裝[J].印制電路信息，2014（10）.

[3]鮮飛.貼片機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].印制電路信息，2013（2）.

[4]戴亦宗.基于PLC的全自動LCD貼片機的系統(tǒng)設計[J].揚州職業(yè)大學學報，2014（3）：32-35.

[5]曹志宏.全自動插件機中特定異型元件的自動傳送裝置研究與應用[J].電子制作，2014（17）.