Pcb板的机器人辅助视觉装配系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种自动化装配设备，尤其涉及一种PCB板的自动化装配设备。PCB板的机器人辅助视觉装配系统，包括：工作台、机器人、支架托盘、PCB板托盘、视觉系统、夹持机构、锁螺丝机构，所述机器人、支架托盘、PCB板托盘固连于所述工作台上，所述支架托盘上放置支架，所述PCB板托盘上放置PCB板，所述视觉系统、夹持机构、锁螺丝机构固连于所述机器人的腕部。PCB板的机器人辅助视觉装配系统，用于将PCB板安装到支架上，所述机器人同时集成了机器视觉功能、夹持功能、锁螺丝功能，这三个功能在工作过程中同步发挥作用，可以获取更高的工作效率、提高了产品品质，实现了全自动化作业。
【专利说明】
PCB板的机器人辅助视觉装配系统
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种自动化装配设备，尤其涉及一种PCB板的自动化装配设备。
【背景技术】
[0002]传统的PCB板的安装都需要依赖人工的劳动，工人将PCB板取来，再通过电动螺丝刀，将PCB板连接到支架上去。严重浪费人力资源，而且生产效率低，产品的品质参差不齐。
[0003]因此，需要依靠自动化手段实现无人化作业。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种PCB板的机器人辅助视觉装配系统，用于将PCB板安装到支架上，所述机器人同时集成了机器视觉功能、夹持功能、锁螺丝功能，这三个功能在工作过程中同步发挥作用，可以获取更高的工作效率、提高了产品品质，实现了全自动化作业。
[0005]为实现上述目的，本实用新型公开了PCB板的机器人辅助视觉装配系统，包括:工作台、机器人、支架托盘、PCB板托盘、视觉系统、夹持机构、锁螺丝机构，所述机器人、支架托盘、PCB板托盘固连于所述工作台上，所述支架托盘上放置支架，所述PCB板托盘上放置PCB板，所述视觉系统、夹持机构、锁螺丝机构固连于所述机器人的腕部；
[0006]所述视觉系统包括:相机、镜头、光源、视觉支架，所述视觉支架固连于所述腕部，所述相机、光源固连于所述视觉支架，所述镜头固连于所述相机，所述镜头和光源成同轴布置；
[0007]所述夹持机构包括:手指气缸、吸盘、手指头，所述吸盘固连于所述手指气缸的手指末端，所述手指的内侧设置用于夹持物体的所述手指头；
[0008]所述锁螺丝机构包括:夹头、电批、导轨、滑块、锁螺丝支架、气缸，所述锁螺丝支架固连于所述腕部，所述导轨固连于所述锁螺丝支架，所述夹头固连于所述锁螺丝支架的末端，所述电批通过所述滑块活动连接于所述锁螺丝支架，所述电批的输出轴连接于所述夹头，所述气缸的气缸体固连于所述锁螺丝支架，所述气缸的活塞杆的末端固连于所述电批。
[0009]优选地，所述相机的像素大于五百万像素。
[0010]优选地，所述支架排列布置于所述支架托盘上，所述PCB板排列布置于所述PCB板托盘，在所述工作台上还布置有废品托盘。
[0011]优选地，所述镜头的中心轴线、输出轴的中心轴线相互平行。
[0012 ]优选地，所述机器人具备六个自由度。
[0013]和传统技术相比，本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统具有以下积极作用和有益效果:
[0014]所述PCB板通过所述螺丝连接于所述支架。所述螺丝的数量为枚。所述PCB板和所述支架有确定的位置关系，即所述PCB板上的安装孔需要和所述支架上的螺纹孔相匹配，才能实现将所述PCB板连接于所述支架。
[0015]将所述支架放置于所述支架托盘上，所述PCB板放置于所述PCB板托盘上。所述视觉机构用于寻找到所述PCB板，并通过所述PCB板的轮廓计算出所述PCB板的世界坐标。所述吸盘运动至所述PCB板的上部并吸取所述PCB板。接着，所述视觉机构用于寻找到所述支架，并通过所述支架的轮廓计算出所述支架的世界坐标。所述吸盘将所述PCB板移动至所述支架上，以完成所述PCB板放置于所述支架上，并实现所述PCB板上的安装孔和所述支架上的螺纹孔相匹配。接着，所述锁螺丝机构将所述螺丝锁到所述支架的螺纹孔上，完成所述PCB板和支架的装配。在装配和连接的过程中，所述支架始终位于所述支架托盘上，无需移动所述支架以匹配所述PCB板的方位，更少的机械运动，可以减少生产节拍、提高生产效率。
[0016]将所述视觉机构用于引导所述机器人寻找所述PCB板和所述支架，可以取得意想不到的效果。首先，所述支架放置于所述支架托盘上，所述PCB板放置于所述PCB板托盘上，在放置的过程中难免存在偏差，导致排列于所述支架托盘上的所述支架的理论位置和实际位置存在误差，同时，排列于所述PCB板托盘上的所述PCB板的理论位置和实际位置存在误差，误差也许会达到毫米级别，这种误差的积累导致的后果是，所述PCB板上的安装孔和所述支架上的螺纹孔相匹配将变得更加困难。这种意想不到的效果在于，所述视觉机构利用高分辨率的相机实现数字图像处理，利用所述视觉机构获取所述PCB板和支架的世界坐标，可以获取高精度的位姿坐标，从而有效规避了这种误差对装配的影响。这种意想不到的效果还在于，所述视觉机构利用高分辨率的相机实现数字图像处理，可以在获取所述PCB板和支架的世界坐标同时，对所述PCB板和支架的表面缺陷实现同步检测，及时发现所述PCB板和支架的表面缺陷，从而将有瑕疵的所述PCB板和支架放置到所述废品托盘，提高了工作效率，保证了产品质量。
[0017]所述吸盘固连于所述手指气缸的手指末端，所述手指的内侧设置用于夹持物体的所述手指头。从而使所述夹持机构获得吸附和夹持的双重效果。由于所述PCB板是平整的，并且表面积较大，利用夹持的方式将难以抓取所述PCB板，利用所述吸盘可以方便地吸取所述PCB板，并将所述PCB板移动到所需要的位置。由于所述支架是曲面结构，并存在很多加强肋、螺丝孔等异形结构，利用所述吸盘将难以吸取所述支架，所述手指气缸驱动所述手指进行平行开合，从而夹持住所述支架的异形结构，并将所述支架移动到所需要的位置。例如，如果视觉机构检测到所述支架上存在瑕疵，所述机器人将所述支架移动至所述废品托盘上。
[0018]所述锁螺丝机构用于将所述PCB板通过所述螺丝固连于所述支架上。
[0019]所述锁螺丝支架固连于所述腕部，所述导轨固连于所述锁螺丝支架，所述夹头固连于所述锁螺丝支架的末端，所述螺丝位于所述夹头中。所述电批通过所述滑块活动连接于所述锁螺丝支架，所述气缸的气缸体固连于所述锁螺丝支架，所述气缸的活塞杆的末端固连于所述电批。所述电批的输出轴连接于所述夹头，所述气缸可以推动所述电批相对于所述夹头做上下运动。所述电批的输出轴转动，同时所述气缸推动所述出轴向所述夹头的方向运动，所述输出轴驱动所述螺丝一边旋转一边进给，实现锁螺丝的动作。
[0020]所述视觉系统、夹持机构、锁螺丝机构固连于所述机器人的腕部，所述机器人同时集成了机器视觉功能、夹持功能、锁螺丝功能，可以使所述机器人获取更多的功能，这三个功能在工作过程中同步发挥作用，可以获取更高的工作效率。例如，所述视觉系统用于寻找所述PCB板和支架的位置，同时，引导所述夹持机构达到所述PCB板和支架的上部；当所述PCB板安装于所述支架上后，所述腕部发生少量的位移，即可使所述锁螺丝机构到达所述PCB板，使所述螺丝固连于所述PCB板上;接着，所述视觉系统移动至所述PCB板上部，以检测所述螺丝是否位于所述PCB板。若所述螺丝未连接于所述PCB板上，所述锁螺丝机构可以再次对所述PCB板进行锁螺丝。
[0021]通过以下的描述并结合附图，本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。
【附图说明】
[0022]图1为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统的一个具体实施例的结构示意图；
[0023]图2、3为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统在另一个视角下的结构示意图；
[0024]图4为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统的视觉系统的结构示意图；
[0025]图5为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统的夹持机构的结构示意图；
[0026]图6为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统的锁螺丝机构的部分结构示意图；
[0027]图7为支架和PCB板实现装配的结构示意图。
[0028]I工作台、2机器人、3支架托盘、4 PCB板托盘、5支架、6 PCB板、7螺丝、8废品托盘、9腕部、10视觉系统、11夹持机构、12锁螺丝机构、13相机、14镜头、15光源、16视觉支架、17夹头、18电批、19导轨、20滑块、21锁螺丝支架、22气缸、23吸盘、24手指头、25手指气缸。
【具体实施方式】
[0029]现在参考附图描述本实用新型的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本实用新型提供了一种PCB板的机器人辅助视觉装配系统，用于将PCB板通过螺丝紧固到支架上，依靠机器视觉确定PCB板和支架的位置，利用锁螺丝机构实现PCB板和支架的连接，全自动操作，实现无人化作业，动作准确、连接可靠。
[0030]图1为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统的一个具体实施例的结构示意图，图2、3为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统在另一个视角下的结构示意图，图4为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统的视觉系统的结构示意图，图5为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统的夹持机构的结构示意图，图6为本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统的锁螺丝机构的部分结构示意图，图7为支架和PCB板实现装配的结构示意图。
[0031]本实用新型提供了一种PCB板的机器人辅助视觉装配系统，包括:工作台1、机器人
2、支架托盘3、PCB板托盘4、视觉系统10、夹持机构11、锁螺丝机构12，所述机器人2、支架托盘3、PCB板托盘4固连于所述工作台I上，所述支架托盘3上放置支架5，所述PCB板托盘4上放置PCB板6，所述视觉系统10、夹持机构11、锁螺丝机构12固连于所述机器人2的腕部9;
[0032]所述视觉系统10包括:相机13、镜头14、光源15、视觉支架16，所述视觉支架16固连于所述腕部9，所述相机13、光源15固连于所述视觉支架16，所述镜头14固连于所述相机13，所述镜头14和光源15成同轴布置；
[0033]所述夹持机构11包括:手指气缸25、吸盘23、手指头24，所述吸盘23固连于所述手指气缸25的手指末端，所述手指的内侧设置用于夹持物体的所述手指头24;
[0034]所述锁螺丝机构12包括:夹头17、电批18、导轨19、滑块20、锁螺丝支架21、气缸22，所述锁螺丝支架21固连于所述腕部9，所述导轨19固连于所述锁螺丝支架21，所述夹头17固连于所述锁螺丝支架21的末端，所述电批18通过所述滑块20活动连接于所述锁螺丝支架21，所述电批18的输出轴26连接于所述夹头17，所述气缸22的气缸体固连于所述锁螺丝支架21，所述气缸22的活塞杆的末端固连于所述电批17。
[0035]更具体地，所述相机13的像素大于五百万像素。
[0036]更具体地，所述支架5排列布置于所述支架托盘3上，所述PCB板6排列布置于所述PCB板托盘4，在所述工作台I上还布置有废品托盘8。
[0037]更具体地，所述镜头14的中心轴线、输出轴26的中心轴线相互平行。
[0038]更具体地，所述机器人2具备六个自由度。
[0039]见图1至图7，接下来详细描述本实用新型PCB板的机器人辅助视觉装配系统每个步骤的工作过程和工作原理:
[0040]所述PCB板6通过所述螺丝7连接于所述支架5。所述螺丝7的数量为3枚。所述PCB板6和所述支架5有确定的位置关系，即所述PCB板6上的安装孔需要和所述支架5上的螺纹孔相匹配，才能实现将所述PCB板6连接于所述支架5。
[0041 ]将所述支架5放置于所述支架托盘3上，所述PCB板6放置于所述PCB板托盘4上。所述视觉机构10用于寻找到所述PCB板6，并通过所述PCB板6的轮廓计算出所述PCB板6的世界坐标。所述吸盘23运动至所述PCB板6的上部并吸取所述PCB板6。接着，所述视觉机构10用于寻找到所述支架5，并通过所述支架5的轮廓计算出所述支架5的世界坐标。所述吸盘23将所述PCB板6移动至所述支架5上，以完成所述PCB板6放置于所述支架5上，并实现所述PCB板6上的安装孔和所述支架5上的螺纹孔相匹配。接着，所述锁螺丝机构12将所述螺丝7锁到所述支架5的螺纹孔上，完成所述PCB板6和支架5的装配。在装配和连接的过程中，所述支架5始终位于所述支架托盘3上，无需移动所述支架5以匹配所述PCB板6的方位，更少的机械运动，可以减少生产节拍、提高生产效率。
[0042]将所述视觉机构10用于引导所述机器人2寻找所述PCB板6和所述支架5，可以取得意想不到的效果。首先，所述支架5放置于所述支架托盘3上，所述PCB板6放置于所述PCB板托盘4上，在放置的过程中难免存在偏差，导致排列于所述支架托盘3上的所述支架5的理论位置和实际位置存在误差，同时，排列于所述PCB板托盘4上的所述PCB板6的理论位置和实际位置存在误差，误差也许会达到毫米级别，这种误差的积累导致的后果是，所述PCB板6上的安装孔和所述支架5上的螺纹孔相匹配将变得更加困难。这种意想不到的效果在于，所述视觉机构10利用高分辨率的相机实现数字图像处理，利用所述视觉机构10获取所述PCB板6和支架5的世界坐标，可以获取高精度的位姿坐标，从而有效规避了这种误差对装配的影响。这种意想不到的效果还在于，所述视觉机构10利用高分辨率的相机实现数字图像处理，可以在获取所述PCB板6和支架5的世界坐标同时，对所述PCB板6和支架5的表面缺陷实现同步检测，及时发现所述PCB板6和支架5的表面缺陷，从而将有瑕疵的所述PCB板6和支架5放置到所述废品托盘8，提高了工作效率，保证了产品质量。
[0043]所述吸盘23固连于所述手指气缸25的手指末端，所述手指的内侧设置用于夹持物体的所述手指头24。从而使所述夹持机构11获得吸附和夹持的双重效果。由于所述PCB板6是平整的，并且表面积较大，利用夹持的方式将难以抓取所述PCB板6，利用所述吸盘23可以方便地吸取所述PCB板6，并将所述PCB板6移动到所需要的位置。由于所述支架5是曲面结构，并存在很多加强肋、螺丝孔等异形结构，利用所述吸盘23将难以吸取所述支架5，所述手指气缸25驱动所述手指24进行平行开合，从而夹持住所述支架5的异形结构，并将所述支架5移动到所需要的位置。例如，如果视觉机构10检测到所述支架5上存在瑕疵，所述机器人2将所述支架5移动至所述废品托盘8上。
[0044]所述锁螺丝机构12用于将所述PCB板6通过所述螺丝7固连于所述支架5上。
[0045]所述锁螺丝支架21固连于所述腕部9，所述导轨19固连于所述锁螺丝支架21，所述夹头17固连于所述锁螺丝支架21的末端，所述螺丝7位于所述夹头17中。所述电批18通过所述滑块20活动连接于所述锁螺丝支架21，所述气缸22的气缸体固连于所述锁螺丝支架21，所述气缸22的活塞杆的末端固连于所述电批17。所述电批18的输出轴26连接于所述夹头17，所述气缸22可以推动所述电批18相对于所述夹头17做上下运动。所述电批18的输出轴26转动，同时所述气缸22推动所述出轴26向所述夹头17的方向运动，所述输出轴26驱动所述螺丝7—边旋转一边进给，实现锁螺丝的动作。
[0046]所述视觉系统10、夹持机构11、锁螺丝机构12固连于所述机器人2的腕部9，所述机器人2同时集成了机器视觉功能、夹持功能、锁螺丝功能，可以使所述机器人2获取更多的功能，这三个功能在工作过程中同步发挥作用，可以获取更高的工作效率。例如，所述视觉系统10用于寻找所述PCB板6和支架5的位置，同时，引导所述夹持机构11达到所述PCB板6和支架5的上部；当所述PCB板6安装于所述支架5上后，所述腕部9发生少量的位移，即可使所述锁螺丝机构12到达所述PCB板6，使所述螺丝7固连于所述PCB板6上;接着，所述视觉系统10移动至所述PCB板6上部，以检测所述螺丝7是否位于所述PCB板6。若所述螺丝7未连接于所述PCB板6上，所述锁螺丝机构12可以再次对所述PCB板6进行锁螺丝。
【主权项】
1.一种PCB板的机器人辅助视觉装配系统，其特征在于组成如下:包括:工作台、机器人、支架托盘、PCB板托盘、视觉系统、夹持机构、锁螺丝机构，所述机器人、支架托盘、PCB板托盘固连于所述工作台上，所述支架托盘上放置支架，所述PCB板托盘上放置PCB板，所述视觉系统、夹持机构、锁螺丝机构固连于所述机器人的腕部； 所述视觉系统包括:相机、镜头、光源、视觉支架，所述视觉支架固连于所述腕部，所述相机、光源固连于所述视觉支架，所述镜头固连于所述相机，所述镜头和光源成同轴布置； 所述夹持机构包括:手指气缸、吸盘、手指头，所述吸盘固连于所述手指气缸的手指末端，所述手指的内侧设置用于夹持物体的所述手指头； 所述锁螺丝机构包括:夹头、电批、导轨、滑块、锁螺丝支架、气缸，所述锁螺丝支架固连于所述腕部，所述导轨固连于所述锁螺丝支架，所述夹头固连于所述锁螺丝支架的末端，所述电批通过所述滑块活动连接于所述锁螺丝支架，所述电批的输出轴连接于所述夹头，所述气缸的气缸体固连于所述锁螺丝支架，所述气缸的活塞杆的末端固连于所述电批。2.根据权利要求1所述的PCB板的机器人辅助视觉装配系统，其特征在于:所述相机的像素大于五百万像素。3.根据权利要求1所述的PCB板的机器人辅助视觉装配系统，其特征在于:所述支架排列布置于所述支架托盘上，所述PCB板排列布置于所述PCB板托盘，在所述工作台上还布置有废品托盘。4.根据权利要求1所述的PCB板的机器人辅助视觉装配系统，其特征在于:所述镜头的中心轴线、输出轴的中心轴线相互平行。5.根据权利要求1所述的PCB板的机器人辅助视觉装配系统，其特征在于:所述机器人具备六个自由度。
【文档编号】H05K13/08GK205623070SQ201620218335
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】倪步喜, 章丽芙
【申请人】温州职业技术学院