专利名称：Pcb板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种刀具检测技术领域的装置，具体是一种PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置。
背景技术：
对于微钻质量的检测，传统的方法大都依靠人的眼睛来观察测量的结果，判断微钻是否合格。这些检测方法劳动强度大，检测人员容易因疲劳而误判，经验依赖性强。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利文献号CN2559963Y，记载了一种"PCB板钻孔专用微钻检验装置"，该技术利用显微装置及其调整机构放大微钻影像显示在显示器上，使用者依据微钻影像完成检验。这一微钻检测仪器的显微装置，调焦距时，操作者必须以手动的方式调整多个定位钮，不易精确。另外，使用者必须以手动方式操作才能将被检验的微钻放置于检验位置。 又经检索发现，中国专利文献号CN1619256A，记载了一种"电路板钻孔用微钻检验仪器的全向自动调整装置及进料装置"，该检测设备具有显微装置及三个由伺服马达控制的滑轨装置。专利中的微钻检测装置由于无论在X、Y、Z轴上的移动，都分别由伺服马达控制滑轨装置依程序操作，操作人员仅需观察显示器上的放大影像，不需再以手动操作调整微钻位置及显微装置的摄影镜头位置，增加了检验效率。但不足之处是由于结构上的原因，在检验过程尤其是自动送料和收料过程中，微钻钻尖容易出现折断或震断现象，稳定性有待提高；其次，该装置不使用自动送料装置时，可同时对微钻进行侧面和刃面检测，但检测效率低，仍需手动操作替换微钻；该装置设置自动进料装置后，虽然自动化程度进一步提高，但仅对微钻进行刃面检测，二者不能兼顾。另外，该装置对微钻的质量分拣功能弱，需人工进一步分拣。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，实现无人操作环境下四个工位独立实现电路板的检测工作。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括上料机构、旋转工作台、微钻旋转机构、高度调整机构、侧面测量机构、刃面测量机构和下料机构，其中旋转工作台设置于工作平台上，上料机构和下料机构分别对应设置于旋转工作台的上料位置和下料位置，微钻旋转机构和高度调整机构依次由上而下设置于旋转工作台的侧面，侧面测量机构和刃面测量机构分别设置于工作平台相应的视觉检测位置。 所述的上料机构包括入料机械手、入料直线导轨和上料盘部件，其中入料直线导轨设置于工作平台上，入料机械手设置于入料直线导轨上，上料盘部件设置于工作平台上，其中入料直线导轨与上料盘部件呈正交布置。 所述的下料机构包括收料机械手、收料直线导轨、良品收料盘部件和次品收料盘部件，其中收料直线导轨设置于工作平台上并与上料机构相垂直，收料机械手设置于收料直线导轨上，良品收料盘部件和次品收料盘部件设置于工作平台，二者间隔平行布置，并分别与收料直线导轨呈正交布置。 所述的入料机械手和收料机械手均为三自由度气动手爪，可沿运动轴直线往返运动，并可垂直运动轴运动，同时手指能实现夹紧和放松动作，从而完成对微钻的抓取和放置，实现上、下料动作。 所述的微钻旋转机构包括电机、气缸、同步带轮和摩擦轮，其中电机的输出轴与同步带轮同轴连接，同轴带轮与摩擦轮啮合，气缸设置于侧架并与滑台连接，气缸杆通过滑台控制摩擦轮靠近或远离微钻。
所述的高度调整机构包括电机、精密丝杠组件和螺母支架，其中电机的输出轴
与精密滚珠丝杠组件同轴连接，螺母支架设置于丝杠螺母并与微钻旋转机构连接。 所述的旋转工作台包括伺服电机、同步带、微钻气动夹持机构和分度旋转平台，
其中微钻气动夹持机构设置于旋转工作台的下料位置，伺服电机设置于工作平台下方，分
度旋转平台设置于工作平台上，同步带分别连接伺服电机和分度旋转平台，实现工位转换。 所述的微钻气动夹持机构包括夹持气缸、导向杆、工位触头、压轮、夹持器、立座、
角架和弹簧，其中夹持气缸设置于与立座连接的角架，导向杆的两端分别与夹持气缸和工
位触头相连接，工位触头与压轮相接触，压轮位于旋转工作台上，工位触头通过压轮使得弹
簧压紧或放松，控制夹持器夹紧放松。 所述的视觉检测装置包括侧面测量机构和刃面测量机构，其中侧面相机、侧面镜头、侧面同轴光源、侧面背光源、刃面相机、刃面检测镜头组件、刃面光源和两个支架，其中两个支架分别固定设置于旋转工作台的相对两侧，侧面相机、侧面镜头及侧面同轴光源设置于一个支架上，侧面背光源设置于侧面镜头前面，刃面相机、刃面光源及刃面检测镜头组件设置于旋转工作台另 一个支架上。 本发明检测装置所包括的上料机构具体是入料机械手和上料盘部件，上料盘部件负责沿V轴上料盒进给，入料机械手负责抓取上料盒内工件，并沿X轴运动完成上料工作；旋转工作台机构及微钻旋转和高度调整机构，可对微钻进行工位调整以及周向和轴向位置的精确调整，分度旋转平台每旋转90。进行一次工位转换；视觉检测装置，具体是微钻侧面测量机构和刃面测量机构，可分别对微钻进行侧面和刃面摄像，并将图像传送至计算机判断微钻是否合格；下料机构具体是收料机械手、良品收料盘部件和次品收料盘部件，良品收料盘部件负责沿U轴良品收料盒进给，次品收料盘部件负责沿P轴次品收料盒进给，收料机械手负责抓取下料机构上的微钻并根据检测结果放置到相应的收料盒——良品收料盒或次品收料盒。 与现有技术相比，本发明微钻质量检测装置采用旋转四工位布局，优化了上下料和测量路径，从结构上满足了检测精度和效率的要求；微钻旋转和高度调整机构能使微钻同时实现周向旋转和轴向的实时精密调整，不仅满足了微钻侧面参数的检测要求，并能实时微调微钻的轴向定位高度，保证刃面的成像质量和几何参数测量精度；采用精密伺服驱动和抗震结构，保证检测装置的稳定性和可靠性。
图1是微钻检测装置平面布置示意图。
图2是微钻旋转和高度调整机构示意图。
图3是微钻气动夹持机构示意 其中a为主视图，b为俯视图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括上料机构1、旋转工作台2、微钻旋转机构3、高度调整
机构4、侧面测量机构5、刃面测量机构6和下料机构7，其中旋转工作台2设置于工作平
台上，上料机构1和下料机构6分别对应设置于工作平台的上料位置和下料位置，微钻旋转
机构3和高度调整机构4依次由上而下设置于旋转工作台2的侧面检测位置，侧面测量机
构5和刃面测量机构6组成的视觉检测装置设置于工作平台相应的视觉检测位置。
所述的上料机构l包括入料机械手8、入料直线导轨9和上料盘部件10，其中入
料直线导轨9设置于工作平台的X轴方向，入料机械手8设置于入料直线导轨9上，上料盘
部件10设置于工作平台上，其中入料直线导轨9与上料盘部件10呈正交布置。 所述的下料机构7包括收料机械手11、收料直线导轨12、良品收料盘部件13和
次品收料盘部件14，其中收料直线导轨12设置于工作平台的y轴方向并与入料直线导轨
9相垂直，收料机械手11设置于收料直线导轨12上，良品收料盘部件13和次品收料盘部件
14设置于工作平台，二者间隔平行布置，并分别与收料直线导轨12呈正交布置。 所述的入料机械手8和收料机械手11均为三自由度气动手爪，可沿运动轴直线往
返运动，并可垂直运动轴运动，同时手指能实现夹紧和放松动作，从而完成对微钻的抓取和
放置，实现上、下料动作。 所述的微钻旋转机构3包括电机15、气缸16、同步带轮17、摩擦轮18，其中电机15的输出轴与同步带轮17同轴连接，同步带轮17与摩擦轮18啮合，气缸16设置于侧架并与滑台连接，气缸16杆通过滑台控制摩擦轮18靠近或远离微钻。 所述的高度调整机构4包括电机19、精密丝杠组件20和螺母支架21，其中电机19的输出轴与精密滚珠丝杠组件20同轴连接，螺母支架21设置于丝杠螺母并与微钻旋转机构3连接。 所述的旋转工作台2包括伺服电机(图中未示出)、同步带(图中未示出)、微钻气动夹持机构22和分度旋转平台23，其中微钻气动夹持机构22设置于下料位置，伺服电机设置于工作平台下，分度旋转平台23设置于工作平台上，同步带分别连接伺服电机和分度旋转平台23，实现工位转换。 所述的微钻气动夹持机构22包括夹持气缸24、导向杆25、工位触头26、压轮27、夹持器28、立座(图中未示出)、角架(图中未示出)和弹簧29，其中夹持气缸24设置于与立座连接的角架，导向杆25的两端分别与夹持气缸24和工位触头26相连接，工位触头26与压轮27相接触，压轮27位于旋转工作台2上，工位触头26通过压轮27使得弹簧29压紧或放松，控制夹持器22夹紧放松。 所述的视觉检测装置由侧面测量机构5和刃面检测量机构6组成，该视觉监测装置包括侧面相机、侧面镜头、侧面同轴光源、侧面背光源、刃面相机、刃面检测镜头组件、刃面光源和两个支架，其中两个支架分别固定设置于旋转工作台2的相对两侧，侧面相机、侧面镜头及侧面同轴光源设置于一个支架上，侧面背光源设置于侧面镜头前面，刃面相机、刃面光源及刃面检测镜头组件设置于另 一个支架上。 微钻在侧面测量机构5进行侧面参数检测。微钻气动夹持机构22控制侧面测量机构松开微钻，微钻旋转机构3控制C轴旋转使微钻旋转，同时上位机控制侧面相机进行微钻侧面多角度图像采集，图像处理软件计算微钻侧面几何参数，并对微钻轴向高度进行实时补偿调整，通过控制微钻高度调整机构4，把微钻沿Z轴调整到一合适高度，使微钻刃面在刃面测量机构成像清晰。 如图2所示，侧面检测过程中，微钻旋转机构3和高度调整机构4具体操作过程是电机18驱动同步带轮17旋转带动摩擦轮18转动，气缸16的气缸16杆收回，摩擦轮18压紧微钻，摩擦轮18的转动带动微钻转动，进而实现微钻的旋转。电机19转动带动精密滚珠丝杠20转动，使丝杠螺母上下直线运动，丝杠螺母与螺母支架21紧固在一起，可以带动微钻旋转机构3整体上下运动，实现微钻的上下移动。 侧面检测完成后，气缸16的气缸16杆伸出，摩擦轮18远离微钻，夹持器28夹紧微钻，分度旋转平台23继续旋转把微钻送到刃面测量机构5，刃面相机进行刃面图像采集，图像处理软件计算微钻刃面几何参数。 如图3所示，分度旋转平台23继续旋转把微钻送到下料机构7，下料机构7松开
微钻，根据微钻在侧面测量机构5和刃面测量机构6的检测结果，上位机自动对微钻进行分
类，并把分类结果发送到下位机，良品收料盘部件13和次品收料盒部件14分别沿U轴和P
轴完成良品收料盒和次品收料进给，下位机根据分类结果控制收料机械手11沿Y轴运动，
把微钻从下料机构7取下并放置到相应的料盒——良品收料盒或次品收料盒。 4个工位的工作同时进行，如此往复循环，实现对微钻进行快节拍高精度批量检测
的目的。 本实施例工作过程如下驱动上料盘部件到达上料位置，入料机械手抓取上料盒内的微钻，置于分度旋转平台的上料位置，分度旋转平台旋转带动微钻到侧面测量机构；微钻在侧面测量机构进行侧面参数检测，具体是微钻旋转1周，同时上位机进行微钻侧面多角度图像采集，图像处理软件计算微钻侧面几何参数，并对微钻轴向高度进行实时补偿调整，具体是通过控制微钻高度调整机构，把微钻调整到一合适高度，使微钻刃面在刃面测量机构成像清晰；分度旋转平台继续旋转把微钻送到刃面测量机构，进行刃面图像采集和检测；分度旋转平台继续旋转把微钻送到下料机构，根据微钻在侧面测量机构和刃面测量机构的检测结果，上位机自动对微钻进行分类，并把分类结果发送到下位机，下位机根据分类结果控制收料机械手，把微钻从下料机构取下并放置到相应的料盒——良品料盒或次品料
权利要求
一种PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，包括上料机构、旋转工作台、微钻旋转机构、高度调整机构、侧面测量机构、刃面测量机构和下料机构，其特征在于旋转工作台设置于工作平台上，上料机构和下料机构分别对应设置于旋转工作台的上料位置和下料位置，微钻旋转机构和高度调整机构依次由上而下设置于旋转工作台的侧面，侧面测量机构和刃面测量机构分别设置于工作平台相应的视觉检测位置。
2. 根据权利要求1所述的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，其特征是，所述 的上料机构包括入料机械手、入料直线导轨和上料盘部件，其中入料直线导轨设置于工 作平台上，入料机械手设置于入料直线导轨上，上料盘部件设置于工作平台上，其中入料直 线导轨与上料盘部件呈正交布置。
3. 根据权利要求1所述的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，其特征是，所 述的下料机构包括收料机械手、收料直线导轨、良品收料盘部件和次品收料盘部件，其中 收料直线导轨设置于工作平台上并与上料机构相垂直，收料机械手设置于收料直线导轨 上，良品收料盘部件和次品收料盘部件设置于工作平台，二者间隔平行布置，并分别与收料 直线导轨呈正交布置。
4. 根据权利要求1所述的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，其特征是，所述 的入料机械手和收料机械手均为三自由度气动手爪，可沿运动轴直线往返运动，并可垂直 运动轴运动，同时手指能实现夹紧和放松动作，从而完成对微钻的抓取和放置，实现上、下 料动作。
5. 根据权利要求1所述的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，其特征是，所述的微钻旋转机构包括电机、气缸、同步带轮和摩擦轮，其中电机的输出轴与同步带轮同 轴连接，同轴带轮与摩擦轮啮合，气缸设置于侧架并与滑台连接，气缸杆通过滑台控制摩擦 轮靠近或远离微钻。
6. 根据权利要求1所述的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，其特征是，所述的高度调整机构包括电机、精密丝杠组件和螺母支架，其中电机的输出轴与精密滚珠丝 杠组件同轴连接，螺母支架设置于丝杠螺母并与微钻旋转机构连接。
7. 根据权利要求1所述的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，其特征是，所述的旋转工作台包括伺服电机、同步带、微钻气动夹持机构和分度旋转平台，其中微钻气 动夹持机构设置于旋转工作台的下料位置，伺服电机设置于工作平台下方，分度旋转平台 设置于工作平台上，同步带分别连接伺服电机和分度旋转平台，实现工位转换。
8. 根据权利要求1所述的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，其特征是，所述的微钻气动夹持机构包括夹持气缸、导向杆、工位触头、压轮、夹持器、立座、角架和弹簧， 其中夹持气缸设置于与立座连接的角架，导向杆的两端分别与夹持气缸和工位触头相连 接，工位触头与压轮相接触，压轮位于旋转工作台上，工位触头通过压轮使得弹簧压紧或放 松，控制夹持器夹紧放松。
9. 根据权利要求1所述的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，其特征是，所述的视觉检测装置包括侧面测量机构和刃面测量机构，其中侧面相机、侧面镜头、侧面同轴 光源、侧面背光源、刃面相机、刃面检测镜头组件、刃面光源和两个支架，其中两个支架分 别固定设置于旋转工作台的相对两侧，侧面相机、侧面镜头及侧面同轴光源设置于一个支 架上，侧面背光源设置于侧面镜头前面，刃面相机、刃面光源及刃面检测镜头组件设置于旋转工作台另一个支架上'
全文摘要
一种刀具检测技术领域的PCB板钻孔用微型钻针全自动质量检测装置，包括上料机构、旋转工作台、微钻旋转机构、高度调整机构、视觉检测装置和下料机构，其中上料机构、旋转工作台和下料机构分别对应设置于工作平台的上料工位、旋转工位和下料工位，微钻旋转机构和高度调整机构依次由上而下设置于旋转工作台的侧面，视觉检测装置设置于工作平台的视觉检测工位，上料工位和旋转工位位于同侧，下料工位与上料工位位于工作平台的两端，视觉检测工位与下料工位位于同侧。本发明微钻旋转和高度调整机构能使微钻同时实现周向旋转和轴向的实时精密调整，能实时微调微钻的轴向定位高度，保证刃面的成像质量和几何参数测量精度。
文档编号G01B11/00GK101706256SQ200910310129
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月20日 优先权日2009年11月20日
发明者刘冰, 吴丁云, 柴运东, 许开州, 许黎明 申请人:上海交通大学