一种基于直线电机的智能电路板喷漆设备的制作方法

本发明涉及喷涂设备技术领域。

背景技术

目前的工业生产中，常采用为电路板喷涂三防漆的做法来提高电路板抗扰性能，延长电子器件寿命。在自动化的喷漆流水线上，喷漆位置的准确识别与喷头运动的精确控制是当前电路板喷漆生产系统面临的主要问题。

当前电路板喷漆设备，多是基于旋转电机带动皮带或丝杠传动从而控制喷头运动，受皮带及丝杠精度影响，会不可避免的带来控制误差，降低喷涂精度，不能满足高精度喷涂的要求。多是基于先前固化好的运动轨迹，缺少较为先进的智能识别系统，不能进行自动的图像识别与提取工作，不能进行满足用户定制化指定区域喷涂的要求。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术中存在的传统三轴运动控制平台皮带传动或丝杠传动带来的控制误差大、喷涂精度不高的问题。该设备通过由直线电机读取生成的位置文件来驱动的三轴运动平台来控制喷头进行精准喷漆操作，具有响应速度快、控制精度高、生产效率高的特点。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于直线电机的智能电路板喷漆设备，包括底盘座，工作台和喷头机构，其特征在于：包括能使喷头机构与工作台上的工件喷漆部分对准的三维运动机构及控制器；所述的三维运动机构包括基于x直线电机的x轴运动机构，基于y直线电机的y轴运动机构，基于z直线电机的z轴运动机构；x轴运动机构、y轴运动机构和z轴运动机构上均设有动子限位开关，并设有位置传感器，控制器接受位置传感器传导来的喷头位置信号，并控制三维运动机构及喷头机构工作。

优选的，所述的位置传感器包括：在定子部分设有光栅标尺，在动子部分的滑块上设有光栅传感器。

优选的，所述的限位开关为使机械原点归零的限位开关。

进一步的，所述的一种基于直线电机的智能电路板喷漆设备，还设有用于采集电路板图像的双目摄像头，双目摄像头与控制器连接；控制器将双目摄像头采集的电路板图像，经过算法处理生成可选喷涂区域，并转化为运动机构可读的执行文件，控制喷头进行喷涂工作。

优选的，所述算法处理为：通过“小波”算法来提取左目和右目图像特征值，并通过双目差值算法计算出所采集图像的三维信息，并生成可选择的喷涂区域文件，完成用户定制化喷涂。

优选的，所述的三维运动机构的x轴运动机构与底盘座连接，x直线电机的动子通过2个连接滑块与滑轨结构连接，x直线电机的定子和滑轨结构与工作台连接；底盘座上方还固定有支架或龙门支架，y直线电机及其滑轨装在支架或龙门支架上，y直线电机的动子通过安装滑块与z直线电机的支撑结构连接；z直线电机的支撑结构上装有z直线电机及其滑轨，喷头机构与和z直线电机动子相连的滑块连接；双目摄像头设置于支架或龙门支架横梁的下方，朝向工作台上的电路板。

进一步的，支架或龙门支架横梁的下方还设有补光灯带。

进一步的，工作台上设有限位孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用直线电机高精准定位的特点，解决现有技术中存在的传统三轴运动控制平台皮带传动或丝杠传动带来的控制误差大、喷涂精度不高的问题。可并采用先进的图像处理方式能够实现对于电路板的图像提取，生成供用户选择的喷涂区域，还可解决现有技术中存在的喷涂精度不高及不能智能识别喷涂区域的问题，生成喷涂区域，用户进行定制化喷涂，如可以避开电路测试点和高精度敏感元件等。具有响应速度快、控制精度高、喷涂速度高、能进行精准喷漆操作、生产效率高的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的立体结构示意图。

图2为图1中底盘座与x直线电机的结构俯视图。

图3为图2的左视图。

图4为图1中y直线电机与“龙门”架安装结构示意图。

图5为图1中z直线电机与其支架安装结构示意图。

图6为图5的左视图。

图7为龙门支架部分仰视图。

图8为图1中用于将直线电机与支撑滑轨连接的滑块结构图。

图9为双目摄像头立体视觉测量原理图。

图10为双目摄像头立体视觉数学模型。

图11为图像处理算法流程图。

图12为图像处理单元工作流程图。

图13为系统设备工作流程图。

图中各标号含义：1—y直线电机，1a—y直线电机动子，1b—y直线电机定子，2—龙门架右侧支架，3—z直线电机支撑结构，4—z直线电机，5—工作台，5a—限位孔，6—(x直线电机与滑轨的)连接滑块，6a—光栅传感器，6b—滑块与直线电机动子连接结构，6c1—滑轨滑槽1，6c2—滑轨滑槽2，7—滑轨结构，7a1—滑块的支撑滑轨1,7a2—滑块的支撑滑轨2,7c—光栅尺，7d—限位开关，8—底盘座，9—x直线电机，9a—x直线电机的动子，9b—x直线电机的定子，10—电控箱，11—龙门架左侧支架，12—喷头结构，12a—z直线电机的限位开关，12b—z直线电机与y直线电机动子连接结构，12c—滑块下的光栅传感器，12d—滑块下的滑轨槽，12e—喷漆头，12f—与z直线电机动子相连的滑块，12g1—滑块的支撑滑轨1，12g2—滑块的支撑滑轨2,12h—光栅尺，12i—限位开关，13—龙门支架的水平横梁，13a—水平横梁上的限位开关，13b1—滑块的支撑滑轨1，13b2—滑块的支撑滑轨2,13c—安装滑块，13d—光栅尺，13f—双目摄像头，13e—补光灯带。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1-图13。现对本发明进行说明，作为本发明提供的一种具体实施方式。所述一种基于直线电机的智能电路板喷漆设备，包括底盘座8，工作台5和喷头机构12，包括能使喷头机构12与工作台5上的工件喷漆部分对准的三维运动机构及控制器；所述的三维运动机构包括基于x直线电机的x轴运动机构，基于y直线电机的y轴运动机构，基于z直线电机的z轴运动机构；x轴运动机构、y轴运动机构和z轴运动机构上均设有动子限位开关7d,13a,12i，并设有位置传感器，控制器接受位置传感器传导来的喷头位置信号，并控制三维运动机构及喷头机构12工作。

利用直线电机高精准定位的特点，解决现有技术中存在的传统三轴运动控制平台皮带传动或丝杠传动带来的控制误差大、喷涂精度不高的问题。该设备通过由直线电机读取生成的位置文件来驱动的三轴运动平台来控制喷头进行精准喷漆操作，具有响应速度快、控制精度高、生产效率高的特点。

作为本发明提供的一种具体实施方式。优选的，所述的位置传感器包括：在定子部分设有光栅标尺7c,13d,12h，在动子部分的滑块上设有光栅传感器6a。

作为本发明提供的一种具体实施方式。优选的，所述的限位开关7d,13a,12i为使机械原点归零的限位开关。

作为本发明提供的一种具体实施方式。进一步的，所述的一种基于直线电机的智能电路板喷漆设备，还设有用于采集电路板图像的双目摄像头13f，双目摄像头13f与控制器连接；控制器将双目摄像头采集的电路板图像，经过算法处理生成可选喷涂区域，并转化为运动机构可读的执行文件，控制喷头进行喷涂工作。

并采用先进的图像处理方式能够实现对于电路板的图像提取，生成喷涂区域，用户进行定制化喷涂，如可以避开电路测试点和高精度敏感元件等。能智能识别喷涂区域，解决现有技术中存在的不能智能识别喷涂区域的问题。具有响应速度快、控制精度高、能进行精准喷漆操作、生产效率高的特点。

作为本发明提供的一种具体实施方式。优选的，所述算法处理为：通过“小波”算法来提取左目和右目图像特征值，并通过双目差值算法计算出所采集图像的三维信息，并生成可选择的喷涂区域文件，完成用户定制化喷涂。

作为本发明提供的一种具体实施方式。参阅图1-图8。优选的，所述的三维运动机构的x轴运动机构与底盘座8连接，x直线电机9的动子通过2个连接滑块与滑轨结构7连接，x直线电机9的定子和滑轨结构7与工作台5连接；底盘座8上方还固定有支架或龙门支架，y直线电机1及其滑轨装在支架或龙门支架上，y直线电机1的动子通过安装滑块13c与z直线电机的支撑结构3连接；z直线电机的支撑结构3上装有z直线电机及其滑轨，喷头机构12与和z直线电机动子相连的滑块12f连接；双目摄像头13f设置于支架或龙门支架横梁的下方，朝向工作台5上的电路板。

其结构优化，结构简单，操作方便。

作为本发明提供的一种具体实施方式。所述的三维运动机构为：工作台5可固定在底盘座8上；底盘座8上方固定有支架或龙门支架，y直线电机1及其滑轨装在支架或龙门支架上，y直线电机1的动子通过安装滑块13c与z直线电机的支撑结构3连接；z直线电机的支撑结构3上装有z直线电机及其滑轨；z直线电机的动子通过滑块与x直线电机的支撑机构连接；喷头机构12与和x直线电机动子相连的滑块连接。

所述的三维运动机构也可为：喷头机构12为固定式，其他x、y、z轴运动机构相连后与工作台5连接，控制工作台5作三维运动的方式。

所述的三维运动机构也可为其他的连接方式或结构。

作为本发明提供的一种具体实施方式。进一步的，支架或龙门支架横梁的下方还设有补光灯带13e。为工作环境提供辅助光源，减小识别误差，更有利于图像识别。

作为本发明提供的一种具体实施方式。进一步的，工作台5上设有一定数量的限位孔5a。方便不同尺寸的电路板进行固定安装，方便操作。

参阅图1—图8，为了进一步了解本发明的内容，结合实例作出详细描述。电控箱安装在设备壳体侧部，所述底座安装架及“龙门”形结构均为配合直线电机构成的三轴运动支撑结构，所述双目摄像头用于采集电路板图像，经过算法处理生成可选喷涂区域，并转化为运动机构可读的执行文件，控制喷头进行精准喷涂工作。所述的三轴运动结构具体包括：由x直线电机9通过固定螺丝安装在底盘座8上，工作台5通过限位孔5a固定于x直线电机9上，并跟随其做纵向x轴运动，y直线电机1通过固定螺丝安装在水平横梁13上，水平横梁通过两侧支撑架构成构成“龙门”结构11。y直线电机1的动子1a可以在水平横梁上完成横向y轴运动。在水平横梁13的外侧安装有支撑滑轨13b1,13b2，z直线电机4垂直安装在支撑滑轨13b1,13b2上，并通过直角形连接架12b固定在y直线电机动子1a上，跟随其进行y向运动，喷漆头12e安装于z直线电机动子4b上，并跟随其完成垂直于xy轴的竖直方向z轴运动。

所述支架结构：在底盘架，水平横梁，z直线电机的垂直支架上均安装滑块和滑轨，滑块下侧安装有光栅位置传感器和滑轨中部安装有光栅标尺，可以实现位置信号的反馈。在三轴运动结构支架上，其纵向运动结构x，横向运动结构y，垂直方向运动结构z均安装有限定直线电机运动范围的限位开关，并可以起到机械原点归零的作用。

通过三轴电机的协同配合共同完成电路板的喷漆工作。

参阅图1、图2、图4，底盘架8，水平横梁13，z直线电机安装支架3上均装有用于机械原点归零的限位开关7d,13a,12i，可以限定运动机构运动范围，起到保护设备和启动时位置归零的作用。并于工作台5上设定有限位孔6a用于电路板卡槽固定位。在底盘架8，水平横梁13，z直线电机4的垂直安装架上均安装有光栅标尺7c,13d,12h，光栅标尺和光栅传感器相互配合，起到反馈位置信号的作用。

参阅图7在“龙门”架水平横梁13下侧安装有双目摄像头13f，并配有补光灯带13e平行安装在水平横梁13下侧，双目摄像头更有利于三维图像信息的采集，补光灯带能够改善工作环境光源条件。

参阅图8直线电机与其连接间支架具有相同的滑块连接结构6共6个，其中的滑块底部安装有光栅传感器6a用于传导位置信号，柱形滑槽6c1,6c2连接支撑轨，并通过连接结构6b来固定到直线电机动子。

参阅图9，一种基于直线电机的智能电路板喷漆设备,具有智能图像处理系统，智能图像处理系统，由双目摄像头进行进行电路板的图像采集，通过“小波”算法来提取左目和右目图像特征值，并通过双目差值算法计算出所采集图像的三维信息，并生成可选择的喷涂区域文件，完成用户定制化喷涂。

两摄像机的投影中心连线的距离，即基线距离b。两摄像机在同一时刻观看时空物体的同一特征点p，分别在“左眼”和“右眼”上获取了点p的图像，他们的坐标分别为pleft＝(xleft,yleft)；pright＝(xright,yright)。将定两摄像机的图像在同一平面上，则特征点p的图像坐标的y坐标一定是相同的，即yleft＝yright＝y。可由三角关系式得出:

则视差为：disparity＝xleft-xright.由此可以计算出特征点p在摄像机坐标系下的三维坐标：

通过上述计算便可以得出基本点的三维坐标。

参阅图10，进一步的可以推导出双目摄像头三维重建的数学模型，左摄像机o-xyz位于世界坐标系原点，且没有发生旋转，图像坐标系为ol-x1y1，有效焦距为fl；右摄像机坐标系为or-xyz，图像坐标系为or-xryr，有效焦距为fr。那么根据摄像机的投射模型我们就能得到如下关系式：

利用视觉差值算法进一步求出图像点的三维坐标。

由双目摄像头进行电路板的图像采集，将采集到的图像信息进行降噪滤波处理,通过“小波”算法来提取左目和右目图像特征值，将左目和右目生成的图像矩阵进行差值算法处理,并计算出所采集图像的三维信息，并生成可选择的喷涂区域文件。通过对采集图像进行处理生成可选的喷涂区域并上传到上位机，可由用户进行再次选择，确定最终喷涂区域，生成三轴机构可以识别的编码文件，进行协同控制运动，并控制喷漆头进行喷漆工作。

系统开始工作前，参阅图13，首先进行初始化工作，主要包括系统三轴结构进行机械原点归零：工作台在x直线电机的带动下回归到安装在水平横梁下的双目摄像头的正下方，在y直线电机与直线z的配合下，带动喷头回归到工作台的原点起始位。图像采集系统初始化：通过预设算法来进行工作环境光源检测，通过调节水平横梁下的灯光强度来达到最佳环境的光强，以获得最佳的电路板图像，为下一步的图像提取处理减小环境干扰。当系统完成初始化操作时，开始进行图像处理操作，由双目摄像头完成图像采集工作，并通过控制器完成三维图像信息的提取，从而实现识别喷涂区域的目的。然后经由上位机对已提取的三维图像信息进行整合处理生成可选喷涂位置文件，用户可以在上位机上完成对喷涂区域的自由选择。最后由运动机构进行读取并控制喷头进行喷漆工作，若喷涂工作未能覆盖所有喷涂点，则重复上述操作。

本设备具备较为先进的智能识别系统，能进行自动的图像识别与提取工作，能满足用户指定区域喷涂的要求，并利用直线电机高定位，快响应的特点，能够在保证喷涂精度的前提下，提高喷涂速度。

上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。

以上未述部分本领域技术人员均能实施。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述方案进行变化、修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换、改进等。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。