PCB傳送識別檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

邵云飛 部雙雙 張俊玲 王繼榮

摘要：針對印刷電路板人工檢測效率低、誤檢率高等問題，本文通過調(diào)查人工檢測電路板的過程，對特定的印刷電路板設(shè)計了一套傳送識別檢測系統(tǒng)，用來取代人工拿取電路板再放板檢測的過程。利用Solidworks軟件建立三維模型，分別介紹了傳送部分和測試部分的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，以及抓取機(jī)構(gòu)、識別機(jī)構(gòu)、測試機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。該系統(tǒng)能實現(xiàn)印刷電路板的自動抓取、自動掃碼識別和性能檢測的功能，與人工檢測相比，該設(shè)計能有效提高檢測效率，降低誤檢率。該研究對設(shè)計印刷電路板的自動化生產(chǎn)具有較大的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：

印刷電路板; 人工檢測; 識別檢測; 結(jié)構(gòu)設(shè)計; 自動化

中圖分類號： TH122; TP274+.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

文章編號： 10069798（2019）01009104; DOI： 10.13306/j.10069798.2019.01.016

印刷電路板（printed circuit board，PCB）是電子元器件電氣連接的載體＼[1＼]，在現(xiàn)代電子設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用，其質(zhì)量對產(chǎn)品的性能有很大的影響。技術(shù)和工藝的不斷進(jìn)步使印刷電路板布線密度越來越大，傳統(tǒng)的人工檢測印刷電路板的故障問題已經(jīng)難以滿足實際生產(chǎn)的要求。目前，國內(nèi)外對集成電路板或PCB檢測方面的研究較多，LU S L等人＼[2＼]介紹了一種基于機(jī)器視覺的集成焊錫沉積檢測方案，該方法能檢測出位移、焊錫不足、焊錫過量和焊錫橋接及溢出的缺陷;N.S.S.Mar等人＼[3＼]提出一種焊點自動分類系統(tǒng)的2個檢測模塊，一種是被稱為“frontend”的檢測系統(tǒng)（包括光照歸一化、定位和分割）;另一種是“backend”檢測系統(tǒng)（包括應(yīng)用LogGabor濾波器的焊點分類和分類器融合技術(shù)）;Zhang L等人＼[4＼]研究了激光超聲和振動計檢測系統(tǒng)檢測倒裝焊焊點熱循環(huán)裂紋的能力，并引入自動比較方法來檢測具有較少檢測點的芯片，而不依賴于參考芯片;劉建群等人＼[5＼]利用圖像技術(shù)及平面幾何知識，建立了視覺檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對表面貼裝芯片引腳的實時測量;曠輝＼[6＼]設(shè)計了機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)，利用圖像處理算法，實現(xiàn)了對芯片引腳的智能化檢測;吳福培等人＼[7＼]提出一種基于模式匹配的PCB焊點檢測方法，該方法通過研究由特定結(jié)構(gòu)光和3CCD彩色相機(jī)獲取PCB焊點圖像，對良品、多錫、少錫及假焊等焊點類型提取其各自的焊點特性，并設(shè)計了相應(yīng)的模式匹配算法?；诖?，本文設(shè)計了一套傳送識別檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)先掃描PCB上的二維碼，并綁定測試數(shù)據(jù)，再通過機(jī)械手抓取PCB到電路檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)束后，記錄壞板（no good，NG）和好板（OK板），最后控制機(jī)械手將NG板整齊的放到皮帶輸送機(jī)上緩存，將OK板放到流水線上待后續(xù)加工。該研究有利于印刷電路板的自動化生產(chǎn)，具有較大的應(yīng)用前景。

1PCB傳送識別檢測系統(tǒng)工作原理

PCB傳送識別檢測系統(tǒng)由傳送部分和測試部分組成。傳送部分主要是抓取機(jī)構(gòu)，測試部分包括識別機(jī)構(gòu)和測試機(jī)構(gòu)，PCB傳送識別檢測系統(tǒng)三維圖如圖1所示。

PCB傳送識別檢測系統(tǒng)工作時，通過伺服電機(jī)驅(qū)動安裝在機(jī)架上的絲桿模組，驅(qū)動機(jī)械手將2塊PCB小板抓起，并向測試部分運動。機(jī)械手抓取PCB小板在運動過程中先經(jīng)過一個單自由度的高分辨率讀碼器，掃描到PCB上的二維碼，完成對2塊PCB小板掃描識別，將PCB的“身份證”信息傳遞到總控制系統(tǒng)中去，然后2塊PCB小板被機(jī)械手下放到測試機(jī)構(gòu)中，測試機(jī)構(gòu)通電工作，完成一系列檢測。在測試機(jī)構(gòu)中，測試模塊在加電的一瞬間，PCB小板上的兩個燈都會閃一下，當(dāng)模塊在測試過程中接收到信號時紅燈會閃一下，當(dāng)模塊接收到信號內(nèi)部處理完成再向外發(fā)送信號時綠燈會閃一下。控制系統(tǒng)根據(jù)2塊PCB的檢測結(jié)果，控制機(jī)械手的下一步動作。有NG板時，則控制機(jī)械手先將所有的NG板整齊的放到緩存區(qū)的皮帶輸送機(jī)上;再將所有的OK板下放到另一個皮帶輸送機(jī)上，由皮帶輸送機(jī)將PCB小板運送至下一個工位＼[812＼]。

2PCB傳送識別檢測系統(tǒng)整體設(shè)計

2.1抓取機(jī)構(gòu)設(shè)計

抓取機(jī)構(gòu)主要由抓取機(jī)械手、絲桿模組和伺服電機(jī)組成，抓取機(jī)構(gòu)三維圖如圖2所示。為了提高生產(chǎn)效率，滿足生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的要求，采用一個雙排氣動手指機(jī)械手來抓取分板完成后的PCB小板，共有2個氣動手指，每次可抓取2塊PCB小板，抓取機(jī)械手部分三維圖如圖3所示。因為每2塊小板之間的距離太近，所以將每個氣動手指上連接的夾爪設(shè)計成一面單爪和一面雙爪的形式，安裝時，兩排夾爪，單爪和雙爪相間排列。

PCB分板完成后，控制系統(tǒng)通過控制伺服電機(jī)驅(qū)動絲桿模組，使機(jī)械手移動到PCB小板上方位置，氣缸伸縮，使2個氣動手指下降到PCB位置，并同時收縮，抓取到PCB，然后檢測2個氣動手指是否都抓取到PCB，記錄下結(jié)果反饋到系統(tǒng)中。最后機(jī)械手抓取PCB上升，向識別機(jī)構(gòu)運動[13]。

2.2識別機(jī)構(gòu)設(shè)計

PCB二維碼識別機(jī)構(gòu)采用一個單自由度的高分辨率讀碼器來掃描識別，由氣缸連接讀碼器底板，通過氣缸的運動實現(xiàn)讀碼器位置的移動。讀碼器的像素為130萬像素，識別距離為90～120 mm。識別機(jī)構(gòu)三維圖如圖4所示。

當(dāng)機(jī)械手抓取PCB經(jīng)過識別機(jī)構(gòu)上方時，讀碼器開始掃描識別PCB小板上的二維碼，先記錄下機(jī)械手最外側(cè)的1塊PCB小板的信息，并傳遞到總控制系統(tǒng)中，然后識別機(jī)構(gòu)上的氣缸動作，讀碼器向內(nèi)側(cè)移動，同時機(jī)械手后退一段距離，待氣缸動作完畢，機(jī)械手再次移動到讀碼器上方，讀碼器再次掃描識別機(jī)械手最內(nèi)側(cè)的1塊PCB信息，并傳遞到總控制系統(tǒng)中。至此，完成機(jī)械手上2塊PCB的二維碼掃描識別。氣缸再次動作，使二維碼識別器復(fù)位，等待下一批PCB的掃描識別[1415]。

2.3測試機(jī)構(gòu)設(shè)計

掃碼識別完成后，機(jī)械爪帶動2塊PCB小板向檢測機(jī)構(gòu)運動，對PCB小板的好壞進(jìn)行通電檢測。檢測機(jī)構(gòu)三維圖如圖5所示。

為了防止檢測機(jī)構(gòu)氣缸和抓取機(jī)械手產(chǎn)生運動干涉，當(dāng)機(jī)械手抓取PCB向檢測機(jī)構(gòu)運動時，控制系統(tǒng)判斷氣缸是否處于收縮狀態(tài)，如果不是，則發(fā)出信號控制檢測機(jī)構(gòu)上的氣缸收縮，帶動下壓板上升，為機(jī)械手能順利的將PCB下放到PCB載具上提供條件，然后機(jī)械手上升復(fù)位到初始工位待命?？刂葡到y(tǒng)輸出信號使氣缸伸縮，氣缸下端連接下壓板，通過定位孔與測試部件定位，壓板向下壓[16]，使2塊PCB小板與檢測載具完全接觸，接通檢測回路，OK板在測試模塊加電的一瞬間，小板上的兩個燈都會閃一下，在測試過程中接收到信號時紅燈會閃一下，接收到信號內(nèi)部處理完成再向外發(fā)送信號時綠燈會閃一下，然后記錄下每塊PCB小板的檢測結(jié)果，將信息傳到總控制系統(tǒng)中，為碼齊NG板做準(zhǔn)備。

當(dāng)2塊PCB小板均檢測完成后，控制系統(tǒng)發(fā)出信號控制氣缸上升復(fù)位，然后控制另一側(cè)的抓取機(jī)械手動作，將2塊PCB小板抓離檢測載具，并根據(jù)記錄下的測試結(jié)果分別控制機(jī)械爪將NG板整齊的放到皮帶輸送機(jī)上緩存，最后再將OK板放到另一皮帶輸送機(jī)上運往下一個加工工位。至此，一個識別檢測的周期才算完成[1720]。

3結(jié)束語

本文主要對特定印刷電路板的自動識別檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。抓取機(jī)構(gòu)、識別機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)3種機(jī)構(gòu)分別動作，實現(xiàn)對PCB小板的傳送、識別和性能檢測，大大提高了印刷電路板的自動化識別檢測效率，節(jié)省人員投入，實現(xiàn)產(chǎn)能提升。但該系統(tǒng)只是針對特定的印刷電路板設(shè)計，抓取機(jī)構(gòu)和檢測機(jī)構(gòu)只能抓取和檢測一種電路板，不適用其他電路板的檢測，接下來的研究方向可以考慮將抓取機(jī)構(gòu)和檢測機(jī)構(gòu)模塊化，方便更換。

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