贴片头控制系统及方法与流程

本发明涉及一种多功能贴片机的自动化控制系统及方法，尤其是一种贴片头控制系统及方法。

背景技术：

利用高速贴装技术进行集成电路元器件在PCB 板上的安装是提高安装效率和安装精度的重要途径。而贴片头是贴片机最关键的设备之一，它直接影响到贴装的速度和精度。

目前，国外高速贴片机使用的贴片头通常由贴片轴、直线轴承、外套、同步带轮、轴承、伺服电机等组成，其中贴片轴做成花键轴的样式，其外侧开了对称的两道圆弧槽和直线轴承中的滚珠相配合连接，实现上下无限直线运动；直线轴承和安装在其上的一对深沟球轴承一同安装在外套中，直线轴承上同时安装有同步带轮通过同步带和伺服电机连接在一起，实现旋转运动。这种结构使贴片机既能上下自由运动由能保证其所有的轴在圆周方向同步旋转。但这种结构复杂，造成控制系统及方法复杂化，所以，实有必要进行研究，提供一种控制系统简化，操作方便，制造成本低，维护方便的贴片头控制系统及方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于模块化和集成化控制思想的贴片头控制系统及方法。

本发明的技术方案为：一种贴片头控制系统，由贴片头控制器、工业主板、Mark点相机、Z轴移动模块、飞行相机、气动模块、R轴动作模块、感应器模块组成，其特征在于：Mark点相机、Z轴移动模块和飞行相机分别与工业主板连接，贴片头控制器分别与气动模块、R轴动作模块、感应器模块连接，所述贴片头控制器与工业主板连接。

所述Z轴移动模块包括Z轴伺服电机、Z轴传动机构，贴片头控制器发出Z轴伺服电机控制信号，Z轴伺服电机驱动Z轴传动机构使贴片轴到达指定位置；感应器模块包括读取贴片轴的Z轴原点信号和Z轴高度信号的感应器，并通过CAN总线实时传递给贴片头控制器。

飞行相机包括光源、镜头、集成电路板，光源设置在镜头周围并照照射到图像的目标区域，飞行相机集成电路板将采集的图像信息通过千兆网传输线传输到工业主板上进行校正处理。

R轴动作模块包括两个R向电机、被两个R向电机交叉控制六个贴片轴、读取贴片轴的R轴原点信号的感应器模块，贴片头控制器发出旋转信号，R向电机执行旋转信号，确认PCB板位置信息的Mark点相机，感应器模块和Mark点相机将采集的数据分别传递给贴片头控制器、工业主板，工业主板发出X、Y、Z向运动信号，贴片头控制器发出R向运动信号。

气动模块包括真空泵、气管、贴片轴、正负压切换电磁阀、真空破坏阀、正压管道，所述真空泵通过气管分别与六个贴片轴连接，贴片轴与真空泵之间还设置有正负压切换电磁阀，正负压切换电磁阀的另一通路与正压管道连通，正压管道进口端设置有真空破坏阀，真空破坏阀可以对正压管道进行开闭控制，与贴片轴连接的正负压切换电磁阀可开关控制贴片轴中的气压闭合。

本发明还提供一种贴片头控制方法步骤如下：

a.计算机软件启动，贴装头控制器进入工作状态，贴装头组件处于待机状态；

b.利用Mark点相机进行mark点位置扫描检测，如果成功则贴装头控制器指令贴装头组件移动到目标料站位进行吸头吸料，如果否，提示用户手动选择mark点位置，选择完成进入下一步。

c.开启真空贴片轴Z向移动吸取物料，吸取完成判断是否达到安全高度，如果是则进入下一步骤，如果否，则进一步移动到安全高度；

d.触发飞行相机拍照，识别元件信息是否匹配，如果匹配，则贴片轴沿R向开始修正元器件状态，如果不匹配，则进行自动故障排除，自动故障排除超过3次，停机提示故障原因，需人工排除；

e.到达目标位置，贴片轴Z向移动到贴装高度，关闭真空开启吹气，贴片轴Z向移动回安全高度；

f.当前循环是否贴装完成，如果是则进入步骤g，如果否，则下一个贴片轴重复步骤e。

g.判断本次所有贴装数据是否完成，如果是则重复步骤a，如果否，则进入步骤c。

进一步地，步骤a在贴装开始时，贴片轴Z向会校正到安全高度保持移动中头部安全，贴片轴R向的两个电机会校正到回零位置，元件吸取后进行拍照，其中吸嘴都是保持一个固定且已知的状态，利于图像校正计算与分析，同时减少重复计算的误差。

进一步地，步骤c中吸头吸料，料站排布按照相邻料站的元件个数相近，元件数量是从左到右保持由多到少。

进一步地，步骤e中，保持贴片头组件不断向一个方向运动，保持贴片头组件不走重复路径，同一个周期内的贴装点的贴装数据是按照与原点距离由大到小排列；在每次轴贴装完成开始上升中，下一个贴装头的R轴修正已经开始，保证在贴装前修正完成。

本发明的有益效果为：利用模块化思想，采用一个贴片头控制器与工业主板相连接，独立负责气动模块、R轴动作模块、感应器模块的数据处理，实现贴装轴的吸料放料、元件R向旋转，感应器负责气动模块和R轴动作模块数据采集，通过CAN总线与工业主板通信，使整个系统更加快速有效；有效提高吸料速度，减少真空检测的波动，便于模拟压力传感器检测信号的降噪处理。

附图说明

图1为本发明的模块结构示意图。 图2a、图2b为本控制系统的控制方法流程图。 图3为本控制系统气动模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1- 图3 所示，一种贴片头控制系统，由贴片头控制器、工业主板、Mark点相机、Z轴移动模块、飞行相机、气动模块、R轴动作模块、感应器模块组成， Mark点相机、Z轴移动模块和飞行相机分别与工业主板连接，贴片头控制器分别与气动模块、R轴动作模块、感应器模块连接，所述贴片头控制器与工业主板连接。

所述Z轴移动模块包括Z轴伺服电机、Z轴传动机构，贴片头控制器发出Z轴伺服电机控制信号，Z轴伺服电机驱动Z轴传动机构使贴片轴到达指定位置；感应器模块包括读取贴片轴的Z轴原点信号和Z轴高度信号的感应器，并通过CAN总线实时传递给贴片头控制器。

飞行相机包括光源、镜头、集成电路板，光源设置在镜头周围并照照射到图像的目标区域，飞行相机集成电路板将采集的图像信息通过千兆网传输线传输到工业主板上进行校正处理。

R轴动作模块包括两个R向电机、被两个R向电机交叉控制六个贴片轴、读取贴片轴的R轴原点信号的感应器模块，贴片头控制器发出旋转信号，R向电机执行旋转信号，确认PCB板位置信息的Mark点相机，感应器模块和Mark点相机将采集的数据分别传递给贴片头控制器、工业主板，工业主板发出X、Y、Z向运动信号，贴片头控制器发出R向运动信号。

气动模块包括真空泵、气管、贴片轴、正负压切换电磁阀、真空破坏阀、正压管道，所述真空泵通过气管分别与六个贴片轴连接，贴片轴与真空泵之间还设置有正负压切换电磁阀，正负压切换电磁阀的另一通路与正压管道连通，正压管道进口端设置有真空破坏阀，真空破坏阀可以对正压管道中的正负压进行切换，与贴片轴连接的正负压切换电磁阀可开关控制贴片轴中的气压闭合。

一、贴片头的工作流程如下：

1、在贴装开始，贴片轴Z向会校正到安全高度保持移动中头部安全，贴片轴R向的两个电机会校正到回零位置，保持在元件吸取后拍照吸嘴中都是一个固定且已知的状态，这样有利于图像校正计算与分析，同时减少重复计算的误差。

2、元件吸取中，吸嘴的间距是16mm，而8mm料站的间距也是16mm，为保持同步吸取，提高吸取效率元件料站排布是按照相邻料站的元件个数差不多同时，元件数量是从左到右保持由多到少，最大减少贴片头的移动。

3、元件贴装中，为保持吸头不断向左运动，保持吸头不走重复路径，同一个周期内的贴装点的贴装数据是按照与原点距离由大到小排列，不是按照吸头排列贴装的，这样最大程度的提高了贴装效率。

4、元件贴装中，为保持吸头贴装前元件R向修正已经完成，在每次轴贴装完成开始上升中，下一个贴装轴的R向修正已经开始，保证在贴装前修正完成，在保证精度的同时最大效率提高效率。

实施例：当前有 6个点 ， 从1头开始距离分别是 21 8.9 6.2 15 5 22 , 所以最终动作是

（1） R1开始修正1轴元件形态，1轴开始贴装。

（2） 1轴贴装完成开始上升，R2开始修正2轴元件形态。

（3） 2轴贴装完成开始上升，R1开始修正3轴元件形态。

（4） 3轴贴装完成开始上升，R2开始修正4轴元件形态。

（5） 4轴贴装完成开始上升，R1开始修正5轴元件形态。

（6） 5轴贴装完成开始上升，R2开始修正6轴元件形态。

（7） 6轴贴装完成上升到安全高度，R1R2回复到零点位置，等待下一次贴装。

二、贴片头控制方法步骤如下：

a.计算机软件启动，贴装头控制器进入工作状态，贴装头组件处于待机状态；

b.利用Mark点相机进行mark点位置扫描检测，如果成功则贴装头控制器指令贴装头组件移动到目标料站位进行吸头吸料，如果否，提示用户手动选择mark点位置，选择完成进入下一步。

c.开启真空贴片轴Z向移动吸取物料，吸取完成判断是否达到安全高度，如果是则进入下一步骤，如果否，则进一步移动到安全高度；

d.触发飞行相机拍照，识别元件信息是否匹配，如果匹配，则贴片轴沿R向开始修正元器件状态，如果不匹配，则进行自动故障排除，自动故障排除超过3次，停机提示故障原因，需人工排除；

e.到达目标位置，贴片轴Z向移动到贴装高度，关闭真空开启吹气，贴片轴Z向移动回安全高度；

f.当前循环是否贴装完成，如果是则进入步骤g，如果否，则下一个贴片轴重复步骤e。

g.判断本次所有贴装数据是否完成，如果是则重复步骤a，如果否，则进入步骤c。

进一步地，步骤a在贴装开始时，贴片轴Z向会校正到安全高度保持移动中头部安全，贴片轴R向的两个电机会校正到回零位置，元件吸取后进行拍照，其中吸嘴都是保持一个固定且已知的状态，利于图像校正计算与分析，同时减少重复计算的误差。

进一步地，步骤c中吸头吸料，料站排布按照相邻料站的元件个数相近，元件数量是从左到右保持由多到少。

进一步地，步骤e中，保持贴片头组件不断向一个方向运动，保持贴片头组件不走重复路径，同一个周期内的贴装点的贴装数据是按照与原点距离由大到小排列；在每次轴贴装完成开始上升中，下一个贴装头的R轴修正已经开始，保证在贴装前修正完成。

三、系统模块的工作原理：

飞行相机；通过软件设置，使贴片头移动到拍照位置时，触发相机启动拍照，最大的特点是在这过程中贴片头运动状态不受影响，使得整个拍照过程十分流畅没有停顿，都是得益于该相机高速拍照能力和快速数据传输能力，该相机速度最高做到100帧/s。

气动模块：真空是由六个电磁阀独立控制六个头的吸取，同时六个真空是通过真空泵用六个气管单独连接的，降低相互的干扰，而正压与负压是通过一个电磁阀控制主路进行切换，同时各轴的电磁阀进行开关控制各轴的气压通断。

R轴动作模块：R轴分别用两个电机交互控制6个贴片轴旋转修正，保证在前一个头贴装完成后，下一个贴片轴的R向修正已经完成无需等待，同时减少电机数量，降低结构复杂度和维护难度。

Z轴移动模块：六个Z轴的上升与下降是通过六个30w伺服电机带动，结构是通过皮带与导轨以及同步轮组成，在保证精度与效率的基础上，最大限度的降低重量，提高贴片头的集成度和技术含量。

感应器模块：在回零和校正中读取贴片轴Z向和R向位置状态，在贴装时时检测Z向高度状态，所有信息第一时间反馈给贴片头控制器，使贴片轴R向和Z向始终保持在安全可控位置。

Mark点相机模块：在贴装前，对PCB板的位置信息进行拍照识别，并通过数据结算分析，对当前PCB板位置信息进行修正，最大限度减少因PCB板的位置变化而对贴装精度进行影响。

以上所述的贴片轴包括连接块组件、套接有外花键的吸杆、吸头、吸嘴，所述的连接块组件与吸杆上端连接，吸杆下端设置有吸头，吸头下端连接有吸嘴。

本发明的有益效果为：利用模块化思想，采用一个贴片头控制器与工业主板相连接，独立负责气动模块、R轴动作模块、感应器模块的数据处理，实现贴装轴的吸料放料、元件R向旋转，感应器负责气动模块和R轴动作模块数据采集，通过CAN总线与工业主板通信，使整个系统更加快速有效；有效提高吸料速度，减少真空检测的波动，便于模拟压力传感器检测信号的降噪处理。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。