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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 臺(tái)式圖像定位貼片機(jī)系統(tǒng)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 該貼片機(jī)系統(tǒng)以自動(dòng)化智能運(yùn)動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)圖像處理為核心，以計(jì)算機(jī)和單片機(jī)結(jié)合控制的方式，實(shí)現(xiàn)高速高精度貼裝。融合機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)電控制，電子設(shè)計(jì)，多機(jī)通信，MCU程序設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)，圖像識(shí)別為一體，通過上位機(jī)軟件控制下位機(jī)執(zhí)行相關(guān)SMT貼裝動(dòng)作，并通過計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別對(duì)中和檢測(cè)完成SMT的貼裝，并且進(jìn)行AOI檢測(cè)。
- 詳細(xì)介紹：
- 作品技術(shù)說明 1．圖像識(shí)別與定位 目的是通過攝像機(jī)的高精度彌補(bǔ)機(jī)械誤差，具體采用計(jì)算機(jī)圖像視覺處理，輔助運(yùn)動(dòng)檢測(cè)反饋系統(tǒng)，設(shè)計(jì)的圖像對(duì)中程序在德國(guó)MVTEC 的halcon平臺(tái)下開發(fā)，在灰度配合形狀識(shí)別下，識(shí)別效果和抗干擾能力較好，在使用普通USB1.0 分辨率為640×480攝像頭下，能在100ms內(nèi)完成一幅640×480的圖像識(shí)別，受限于目前使用的普通攝像頭，對(duì)中程序識(shí)別精度理論上在X和Y方向上都可以達(dá)到0.02mm，實(shí)際運(yùn)行中識(shí)別誤差不超過0.05 mm，角度誤差在0.1度，完全滿足目前的貼裝要求。下圖為自動(dòng)識(shí)別對(duì)中： 圖像識(shí)別還包括貼裝檢測(cè)，對(duì)貼裝不正常如元件偏移、空件、虛焊、短路橋接、立碑、側(cè)立、引腳變形進(jìn)行識(shí)別檢測(cè)。程序中調(diào)用不同的圖像識(shí)別程序進(jìn)行檢測(cè)。 識(shí)別主要針對(duì)圖像的灰度值和形狀進(jìn)行分析，主要利用灰度值偏差和形狀匹配的方法進(jìn)行識(shí)別。另外，在分析焊點(diǎn)時(shí)使用快速傅立葉變換，對(duì)圖像進(jìn)行頻譜分析，配合垂直同軸光源識(shí)別焊點(diǎn)坡度，相當(dāng)程度上增加了對(duì)虛焊、多焊的識(shí)別率。 2.新型S型加減速運(yùn)動(dòng)控制。 在運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)上采用步進(jìn)電機(jī)加減速運(yùn)動(dòng)控制，使得運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，拋棄傳統(tǒng)的三角形運(yùn)動(dòng)和梯形加減速運(yùn)動(dòng)的方式。在目前廣泛應(yīng)用的分段S型加減速運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展出逐步逼近式S型加減速，使得運(yùn)動(dòng)曲線逼近真正的積分曲線。主要方法是：目前的S型加減速方法是把運(yùn)動(dòng)曲線分成7段，有的會(huì)分得稍細(xì)，但仍舊為階梯式，階梯跳躍時(shí)會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不均勻的問題，為讓運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)，新設(shè)計(jì)的算法是仍舊在運(yùn)動(dòng)曲線分成7段，但每段的速度進(jìn)行累加或者累減的逐步逼近，將階梯跳躍緩和，避開復(fù)雜的積分運(yùn)算，并且簡(jiǎn)化算法，在51內(nèi)核的AT89S52上，工作在22.1184M晶振下時(shí)，產(chǎn)生新型S型步進(jìn)脈沖時(shí)最快只需要50us完成一次S加減速運(yùn)算。在T1階段加速度均勻上升，受力逐漸變大，在達(dá)到最高加速度時(shí)，T2時(shí)間保持該加速度，是速度上升最快，在T3時(shí)加速度逐漸減小，受力逐漸減小，最后在D點(diǎn)到達(dá)最大速度，開始以最大速度運(yùn)動(dòng)到T4階段，在E時(shí)開始減速，減速方法與加速一樣，但在實(shí)驗(yàn)中證明，不得忽略摩擦力的影響，由于加速時(shí)是反向摩擦力，減速時(shí)是正向摩擦力，所以應(yīng)該減小減速的時(shí)間。這樣由于加減速在任何一點(diǎn)的加速度都是連續(xù)的柔性變化，避免了沖擊，使運(yùn)動(dòng)平滑精確。 經(jīng)過試驗(yàn)，該加減速曲線在3.4V 2.6A步進(jìn)電機(jī)的配合下，能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，噪音小，最高速度在0.7m/s，加速時(shí)間250ms，減速時(shí)間220ms，加減速翻轉(zhuǎn)可以根據(jù)步數(shù)自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。 3.貼片機(jī)的吸取反饋系統(tǒng) 避免漏吸，漏貼，和堵嘴，真正實(shí)用可靠的貼片機(jī)必須要反饋檢測(cè)，傳統(tǒng)的方式是采用中規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，但是機(jī)械方法不是很可靠，目前高檔貼片機(jī)多用激光對(duì)射檢測(cè)，考慮到機(jī)械安裝的復(fù)雜性和對(duì)機(jī)械要求頗高，本系統(tǒng)采用負(fù)壓檢測(cè)，利用吸取后負(fù)壓值升高，未吸取負(fù)壓低的區(qū)別，自行設(shè)計(jì)的擴(kuò)散硅壓阻式傳感器和控制板完成次項(xiàng)測(cè)量?？梢钥煽扛咚俚臏y(cè)量吸取情況。 4.貼片機(jī)采用多機(jī)通信，下位機(jī)直接掛載的方式 在貼片機(jī)整機(jī)控制上，采用上下位機(jī)結(jié)合的多機(jī)通信方式，地址，命令與驗(yàn)證碼結(jié)合，下位機(jī)主要完成怎么做，上位機(jī)告訴下位機(jī)做什么。利用串口通信，上位機(jī)發(fā)送命令，多臺(tái)下位機(jī)判斷命令地址，是自己地址則處理，不是則拋棄。下位機(jī)要返回?cái)?shù)據(jù)到上位機(jī)時(shí)，首先要判斷下位機(jī)的握手線，選擇時(shí)機(jī)發(fā)送，使下位機(jī)之間相互不干擾。并可以根據(jù)附件的數(shù)目按需要配置下位機(jī)數(shù)目，進(jìn)來的系統(tǒng)升級(jí)該部分完全可以適應(yīng)。 5.功能完善，清晰易操作的上位機(jī)控制軟件。 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)有人性化、易操作的特點(diǎn)。下面是上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)框架。 二、機(jī)器屬性設(shè)置 1．設(shè)置X、Y、Z方向上的單步距離。 2．設(shè)置X、Y、Z方向上的回差。 3．復(fù)位。 4．串口設(shè)置。 5．貼裝頭設(shè)置 （1）定位基準(zhǔn)，以第三個(gè)貼裝頭對(duì)準(zhǔn)攝像頭的位置為坐標(biāo)0。 （2）測(cè)量第二個(gè)貼裝頭的坐標(biāo)。（注：測(cè)量貼裝頭坐標(biāo)的時(shí)候需要壓下才能測(cè)量，下同。） （3）測(cè)量第一個(gè)貼裝頭的坐標(biāo)。 （4）測(cè)量撥料桿的坐標(biāo)。 （5）設(shè)定復(fù)位間隔貼裝個(gè)數(shù)。 （6）吸取時(shí)延時(shí)多少ms提起。 （7）原件放下時(shí)延時(shí)多少ms關(guān)閉真空。 （8）原件放下后延時(shí)多久檢測(cè)真空。 （9）吸取后延時(shí)多少ms檢測(cè)真空度。 （10）吸取前檢測(cè)真空度。 （11）吸取后檢測(cè)真空度。 （12）檢測(cè)失敗后重復(fù)吸取次數(shù)。 （13）恢復(fù)出廠設(shè)置。 三、元件管理 1．元件坐標(biāo)、角度的提取。 2．顯示貼裝進(jìn)度。 3．已執(zhí)行時(shí)間、剩余時(shí)間。 4．選擇料架。 5．選擇是否貼裝。 6．標(biāo)記已貼裝。 7．進(jìn)行原件層的過濾，將非選擇層是否貼裝設(shè)置成不貼裝。 四、料架管理 1．添加、刪除、修改。 2．吸嘴選用。 3．料帶寬度。 4．原件間隔定位孔數(shù)。 5．元件中心坐標(biāo)。 6．每次拉料供應(yīng)個(gè)數(shù)。 7．角度、有無極性。 8．引腳數(shù)目。 9．料盤、料帶選擇。 10．高度。 11．元件值。 12．是否提取元件圖像。 五．視覺識(shí)別窗口 1．光照打開后延時(shí)拍照時(shí)間。 2．拍照后延時(shí)關(guān)閉時(shí)間，單位：ms。 3．?dāng)z像頭屬性設(shè)置（調(diào)試用）。 4．拍照、保存監(jiān)視錄像。 5．顯示識(shí)別圖像/視頻。 6．兩個(gè)攝像頭顯示切換。 六、控制臺(tái)（手控/自動(dòng)） 有運(yùn)行指示燈，正在運(yùn)行中為綠色，空閑為黃色，故障為紅色。 當(dāng)正在運(yùn)行中時(shí)所有手控按鈕使能。 急停按鈕，發(fā)送急停命令，讓上位機(jī)停止命令發(fā)送，同時(shí)下位機(jī)急停。 （一）手動(dòng)，自動(dòng)切換，自動(dòng)時(shí)使能所有手控控件。 1．每個(gè)頭單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，按一次向下運(yùn)動(dòng)，再按一次向上運(yùn)動(dòng)。同時(shí)指示燈在收到返回?cái)?shù)據(jù)是顯示當(dāng)前狀態(tài)。 2．每個(gè)負(fù)壓通道控制開關(guān)按鈕，有指示燈指示。 3．每個(gè)通道負(fù)壓檢測(cè)按鈕，和開關(guān)用同一個(gè)燈指示。 4．兩個(gè)視覺燈開關(guān)。 5．移動(dòng)至某處-填寫目標(biāo)XY坐標(biāo)，選擇以貼片機(jī)實(shí)際原點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)，或者以某個(gè)基板原點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)（當(dāng)已經(jīng)設(shè)置該基板原點(diǎn)）。 6．X、Y方向移動(dòng)步數(shù)設(shè)置，負(fù)為反方向。 7．獲取當(dāng)前坐標(biāo)，顯示XY。 8．原點(diǎn)復(fù)位。 （二）自動(dòng) 1．單個(gè)元件執(zhí)行。 2．從當(dāng)前元件執(zhí)行。 3．全部開始。 4．使能所有手控按鍵。 七．AOI檢測(cè) 檢測(cè)內(nèi)容：元件偏移、空件、虛焊、短路橋接、立碑、側(cè)立、引腳變形。 該部分由調(diào)用視覺識(shí)別DLL（動(dòng)態(tài)連接庫）實(shí)現(xiàn)。 八．基板設(shè)置 基板方向要一致 盡量保持最小偏角。 1．基板厚度、基板顏色。 2．設(shè)置基板數(shù)目。 3．選擇是否為規(guī)律基板。 4．非規(guī)律基板，生成相應(yīng)數(shù)目的編輯框等控件，用戶自行對(duì)每個(gè)基板設(shè)定坐標(biāo)，設(shè)定方式為填寫電路板上兩個(gè)點(diǎn)的XY坐標(biāo)，并填寫貼片機(jī)上的XY坐標(biāo)（或者是手動(dòng)對(duì)中獲?。?。 5．對(duì)于規(guī)律基板，設(shè)定個(gè)數(shù)M*N，按非規(guī)律基板的方法設(shè)定最靠近原點(diǎn)基板的兩個(gè)點(diǎn)。設(shè)置基板間隔（兩基板坐標(biāo)原點(diǎn)間距離）。 九．全部數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出 可以整體導(dǎo)入導(dǎo)出，也可以局部導(dǎo)入導(dǎo)出，方便下次直接導(dǎo)入已經(jīng)設(shè)置好的貼裝數(shù)據(jù)，立即進(jìn)入生產(chǎn)。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 在使用普通USB1.0 分辨率為640×480攝像頭下，能在100ms內(nèi)完成一幅640×480的圖像識(shí)別，對(duì)中程序識(shí)別精度理論上在X和Y方向上都可以達(dá)到0.02mm，實(shí)際運(yùn)行中識(shí)別誤差不超過0.05 mm，角度誤差在0.1度，完全滿足目前的貼裝要求。下面為自動(dòng)識(shí)別對(duì)中 經(jīng)過試驗(yàn)，該加減速曲線在3.4V 2.6A步進(jìn)電機(jī)的配合下，能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，噪音小，最高速度在0.7m/s，加速時(shí)間250ms，減速時(shí)間220ms，加減速翻轉(zhuǎn)可以根據(jù)步數(shù)自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。 該系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別對(duì)中也尤其重要，識(shí)別主要針對(duì)圖像的灰度值和形狀進(jìn)行分析，主要利用灰度值偏差和形狀匹配的方法進(jìn)行識(shí)別。另外，在分析焊點(diǎn)時(shí)使用快速傅立葉變換，對(duì)圖像進(jìn)行頻譜分析，配合垂直同軸光源識(shí)別焊點(diǎn)坡度，相當(dāng)程度上增加了對(duì)虛焊、多焊的識(shí)別率。 避免漏吸，漏貼，和堵嘴，真正實(shí)用可靠的貼片機(jī)必須要反饋檢測(cè)，傳統(tǒng)的方式是采用中規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，但是機(jī)械方法不是很可靠，目前高檔貼片機(jī)多用激光對(duì)射檢測(cè)，考慮到機(jī)械安裝的復(fù)雜性和對(duì)機(jī)械要求頗高，本系統(tǒng)采用負(fù)壓檢測(cè)，利用吸取后負(fù)壓值升高，未吸取負(fù)壓低的區(qū)別，自行設(shè)計(jì)的擴(kuò)散硅壓阻式傳感器和控制板完成次項(xiàng)測(cè)量?？梢钥煽扛咚俚臏y(cè)量吸取情況。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 面向電子行業(yè)組裝向微型化，自動(dòng)化的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工直插已經(jīng)滿足不了需求，嚴(yán)重制約了電子行業(yè)的發(fā)展，另一方面國(guó)內(nèi)貼片機(jī)需求基本依靠進(jìn)口，所以貼片機(jī)的研發(fā)不僅是一種實(shí)踐與創(chuàng)新，在打破國(guó)際壟斷、弘揚(yáng)民族文化上也有著重要的意義。 該貼片機(jī)系統(tǒng)以自動(dòng)化智能運(yùn)動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)視覺處理為核心，以計(jì)算機(jī)和單片機(jī)結(jié)合控制的方式，實(shí)現(xiàn)高速高精度貼裝。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 未參加評(píng)審
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖片，文檔
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 作品結(jié)合機(jī)械、電子、圖像處理、運(yùn)動(dòng)控制、上位機(jī)軟件和單片機(jī)技術(shù)為一體，具有高精度、智能自動(dòng)化的SMT貼裝功能，包括人性化，智能化的操作方法，使用者只需要導(dǎo)入貼裝文件，將貼片元件裝入料站，設(shè)置貼片元件屬性，即可自動(dòng)貼裝，包括多電路板拼接，視覺對(duì)中，并進(jìn)行貼裝是視覺AOI檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)無人值守貼裝。國(guó)內(nèi)的電路板組裝行業(yè)，使用的貼片機(jī)99%依賴于進(jìn)口，目前國(guó)內(nèi)還沒有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全視覺自動(dòng)貼片機(jī)。該貼片機(jī)適應(yīng)市場(chǎng)的需求，促進(jìn)我國(guó)貼片機(jī)行業(yè)的發(fā)展、打破國(guó)際壟斷有著積極的意義。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)內(nèi)目前只有少數(shù)公司在嘗試全自動(dòng)全視覺的貼片機(jī)的研發(fā)，在市場(chǎng)貼片機(jī)成品99%依賴于進(jìn)口。
