PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)設(shè)計

陳力

（天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)設(shè)計

陳力

（天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

在PCB板的生產(chǎn)過程中，需要人工對PCB板進行檢測，這種操作雖然對生產(chǎn)設(shè)備要求簡單，但勞動強度大，工作效率低，出錯率很高。介紹了一種PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的控制任務(wù)與要求，闡述了系統(tǒng)的設(shè)計方法與工作過程。該系統(tǒng)自動化程度高，具有人機交互界面，操作簡單方便，工作效率高，節(jié)省了人力和物力資源。

PCB板；PLC；觸摸屏HMI；變頻器

PCB板即印刷電路板，廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。隨著PCB板的需求量增大，需要提高PCB板的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)效率。在PCB板的生產(chǎn)過程中，需要人工對PCB板進行檢測，這種操作雖然對生產(chǎn)設(shè)備要求簡單，但缺點明顯，即勞動強度大、工作效率低，且人工操作的出錯率很高。隨著市場對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，這種人工檢測PCB線路板的方法越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)。因此，設(shè)計一種能夠替代人工檢測的自動PCB板檢驗與分揀系統(tǒng)勢在必行。本文闡述了PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)的設(shè)計方法，分析了該系統(tǒng)的控制要求，詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與各部分工作過程。

1 PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)任務(wù)功能

PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)，由4個工作站點組成，分別是上料站、檢驗站、合格品站和不合格品站。PCB板在各站點之間的流動，是通過二自由度的行走機械手實現(xiàn)的。行走機械手上安裝有氣缸和吸盤，并由伺服電動機帶動滾珠絲杠副實現(xiàn)運動的。機械手首先從上料站取PCB板送到檢驗站進行檢驗，檢驗完畢后，如果PCB板合格，機械手將PCB板送到合格品站并返回至上料站；如果PCB板不合格，機械手將PCB板送到不合格品站并返回至上料站，循環(huán)往復(fù)。具體如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)包括PLC控制器、伺服電動機及伺服驅(qū)動器、氣缸吸盤與電磁換向閥、觸摸屏HMI、變頻器及三相交流異步電動機、開關(guān)按鈕與傳感器、智能工業(yè)相機、PC機、光源控制器等。系統(tǒng)采用S7-200 CPU226CN PLC作為系統(tǒng)的控制器，PLC的數(shù)字量輸入點分別與傳感器、按鈕開關(guān)、伺服參數(shù)輸出端相連接，用于接收系統(tǒng)的控制信號；PLC的高速脈沖輸出點與伺服驅(qū)動器相連接，用于控制伺服電機實現(xiàn)精確的位置控制，伺服系統(tǒng)的定位和速度由PLC輸出脈沖個數(shù)和頻率來控制。PLC的數(shù)字案量輸出點通過繼電器與電磁換向閥相連接，用于控制氣缸與吸盤，PLC的輸入輸出點還與智能相機光源控制器的數(shù)字量輸入輸出端相連接，用于發(fā)出圖像采集信號和接收檢驗結(jié)果信息；CPU226CN的PORT0通信口與MM440變頻器的內(nèi)置RS-485通信接口相連接，實現(xiàn)PLC與變頻器的USS協(xié)議通信，控制變頻器的運行，傳遞控制參數(shù)及相關(guān)信息；PLC的PORT1通信口與觸摸屏TPC7062KS相連接，為系統(tǒng)提供可視化的人機交互界面，實現(xiàn)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、故障報警顯示等功能。

圖1 PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)采用的是基于智能相機的機器視覺系統(tǒng)，包括智能相機、鏡頭、光源、光源控制器、連接電纜等。智能相機的RJ45接口通過交叉網(wǎng)線連接上位PC機，實現(xiàn)圖像的編輯與處理；相機的DB15串口通過SW-IO電纜連接電源控制器，用于調(diào)整光源輸出、與PLC進行實時信號交互。PLC在接收到圖像處理結(jié)果后，進行動作輸出，具體如圖2所示。

2 PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)工作過程

2.1 行走機械手動作過程

機械手移動到上料站上方，氣缸活塞桿下移，接著吸盤吸住PCB板后，氣缸活塞桿上移；機械手移動到檢驗站上方，氣缸活塞桿下移把PCB板送到檢驗站托盤上，吸盤松開PCB后，氣缸活塞桿上移等待檢驗；檢驗完畢后，系統(tǒng)得到了PCB板是否合格的信息。如果PCB板合格，氣缸活塞桿下移，吸盤吸住PCB板后，氣缸活塞桿上移，機械手移動到合格品站上方，氣缸活塞桿下移把PCB板送到合格品站托盤上，吸盤松開PCB板后，氣缸活塞桿上移，機械手返回至上料站；如果PCB板不合格，氣缸活塞桿下移，吸盤吸住PCB板后，氣缸活塞桿上移，機械手移動到不合格品站上方，氣缸活塞桿下移把PCB板送到不合格品站托盤上，吸盤松開PCB板后，氣缸活塞桿上移，機械手返回至上料站，循環(huán)往復(fù)。

圖2 PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)電氣系統(tǒng)框圖

2.2 上料站工作過程

由變頻器驅(qū)動電動機帶動滾珠絲杠副，將托盤上的PCB板逐一向上輸送，當(dāng)機械手吸盤取走一塊PCB板后，缺料傳感器4檢測到缺料信號，變頻器驅(qū)動電動機帶動滾珠絲杠副，將托盤中的剩余PCB板向上移動一個PCB板高度，缺料傳感器4接收到信號后停止，循環(huán)進行。當(dāng)托盤中最后一塊PCB板被取走后，無料傳感器5檢測到無料信號，變頻器驅(qū)動電動機帶動滾珠絲杠副，將托盤向下移動，直至上料傳感器6接收到信號后停止，提示人工裝料。

2.3 檢驗站工作過程

當(dāng)機械手把PCB板送到檢驗站托盤上，有料傳感器7檢測到信號，伸縮氣缸活塞桿縮回，使裝有托盤和PCB板的載料臺移動到工業(yè)照相機的正下方，載料臺是通過直線導(dǎo)軌副起導(dǎo)向和支撐作用的；PLC發(fā)出信號至智能相機光源控制器，驅(qū)動相機進行圖像采集與檢測；檢測完畢后，相機光源控制器將結(jié)果發(fā)送至PLC，經(jīng)運算處理后，驅(qū)動伸縮氣缸活塞桿伸出，使載料臺移動到機械手吸盤正下方，等待取料。

2.4 合格品站工作過程

當(dāng)機械手把PCB板送到合格品站托盤上，有料傳感器10檢測到信號，變頻器驅(qū)動電動機帶動滾珠絲杠副，將托盤上的PCB板向下移動一個PCB板高度，直至有料傳感器10未檢出信號后停止，循環(huán)進行。當(dāng)托盤中PCB板裝滿并移動到下限位時，料滿傳感器12檢測到信號，系統(tǒng)停止，提示人工取料。不合格品站工作過程與合格品站工作過程類似，不再贅述。

3 結(jié)束語

綜上所述，PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)具有以下特點：①機器視覺系統(tǒng)。系統(tǒng)利用基于智能相機的機器視覺系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)具有更高的效率和精度，提升了控制系統(tǒng)的自動化與柔性功能，適用于需要大批量檢測任務(wù)的情況，可以在不適宜人工作的環(huán)境中工作，取代人工檢測。②變頻器通信控制。USS通信協(xié)議是專用于S7-200和西門子公司的Micro Master變頻器之間的通信。PLC通過USS通信來監(jiān)控變頻器，傳送的信息量大、接線量少，占用PLC的I/O點數(shù)少，還可以實現(xiàn)多臺變頻器的聯(lián)動和同步控制，是一種硬件結(jié)構(gòu)簡單、費用低、使用方便的通信方式。③觸摸屏技術(shù)。觸摸屏HMI將用戶的控制與顯示從工控系統(tǒng)中分離出來，它將系統(tǒng)內(nèi)部的信息轉(zhuǎn)換為人可以接受的形式，提供了良好的人機交互方式，是操作人員與PLC進行對話的接口，可以使PCB板自動檢驗與分揀系統(tǒng)具有實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，故障報警和顯示等功能。

［1］吳有明.自動生產(chǎn)線調(diào)試與維護［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2012.

［2］廖常初.PLC編程及應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2013.

［3］呂景泉.自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試［M］.北京：中國鐵道出版社，2008.

［4］苗喜榮.基于YL335B輸送站項目的實訓(xùn)研究［J］.職業(yè)技術(shù)，2012（05）.

陳力（1977—），男，天津人，講師，碩士，研究方向為電氣傳動、機電一體化。

〔編輯：張思楠〕

TP23

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.099

2095－6835（2017）23－0099－02