一种插件机电子元件定位监控方法、系统及装置与流程

本发明属于自动化控制电子元件插件技术领域，具体地说，涉及一种插件机电子元件定位监控方法、系统及装置。

背景技术：

插件机是电子加工领域常用的一种设备，主要作用是将电子元件的针脚准确，稳定插入到电路板的孔位中。整个过程即电路板固定及校准---取件---插件---成品检测。现有的插件机在加工中不做插件状态判断和电子元件保护。在实际加工中由于电子元件的针脚细、孔位小，对开孔、定位精度要求很高。器件定位偏差和器件变形等情况也无法完全避免，这些情况下电子元件针脚和电路板孔位没有完全对准，继续加工往往导致元件针脚折断。加工失败的产品也只能在后续的检测环节才能发现，不能立即纠正。这使得现有插件机依然存安全，效率，效益缺陷。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的上述缺点，提出了一种插件机电子元件定位监控方法、系统及装置，通过监控插件过程，并反馈加工状态信息；然后根据插件时反馈的加工状态信息，实时判断插件操作的状态，并对插件操作进行调节，实现了对插件的实时监测，提高了检测效率，使得插件操作更加安全，同时提高了生产效益。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种插件机电子元件定位监控方法，设置不同的取料位置，所述取料位置放置对应的电子元件，根据预先设定的电子元件与待插件电路板上的插件位置对应关系，将不同取料位置处的电子元件插入待插件电路板上对应的加工位置坐标上，同时监控插件过程，并反馈加工状态信息；然后根据插件时反馈的加工状态信息，实时判断插件操作的状态，并对插件操作进行调节；

所述加工状态信息包括：电子元件插件时的当前位置及插件电机的转矩。

为了更好地实现本发明，进一步地，根据插件时反馈的加工状态信息，实时判断插件操作的状态，并对插件操作进行调节的操作前还需对加工状态信息进行下述操作：

首先将电子元件插件操作时的位置情况依次分为位置s1、位置s2、位置s3、位置s4；

所述位置s1为插件操作时的插件接近位置；

所述位置s2为电子元件针脚与待插件电路板平面接触位置；

所述位置s3为电子元件本体与待插件电路板平面接触位置；

所述位置s4为插件时的虚插判断位置；

然后根据设定的位置s1、位置s2、位置s3、位置s4，设定插件时候的时间点a、时间点b、时间点c、时间点d、时间点e；

所述时间点a为插件操作的起始时间；

所述时间点b为到达所述位置s1时的时刻；

所述时间点c为到达所述位置s2时的时刻；

所述时间点d为到达所述位置s3时的时刻；

所述时间点e为到达所述位置s4时的时刻；

接着设定在高速段的插件加工速度v1，和在低速段的插件加工速度v2；同时设定加工速度的加速度为acc，加工速度的减速度为dec；

最后设定插件电机的运动转矩上限torque_1及保护转矩上限torque_2。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述加工位置坐标的确定，首先需要进行以下操作：

在待插件电路板安装在待加工位置前，首先在待插件电路板上设置定位标志点，然后读取待插件电路板上的插件点和定位标记点的坐标信息，同时还读取每一种电子元件的取料位置的坐标信息；最后将所有所述坐标信息按照读取时的顺序作为信息单元存储在初始坐标信息数组中；所述初始坐标信息数组中包括多个加工位置坐标。

为了更好地实现本发明，进一步地，在获得初始坐标信息数组后，将待插件电路板放置在待加工位置进行固定，使用视觉校准模块确定待插件电路板的实际固定位置；将所述实际固定位置与实现预设的设定固定位置参数进行比较，得到固定位置补偿值；将固定位置补偿值用来对初始坐标信息数组中的加工位置坐标进行补偿，得到包含多个补偿后的加工位置坐标的最终输出坐标数组；同时按照取料位置与插件位置的对应关系，逐个取出最终输出坐标数组中的加工位置坐标和取料位置的电子元件坐标点，并通过视觉定位模块补偿当前所取电子元件的偏转角度。

为了更好地实现本发明，进一步地，根据待插件电路板的厚度和电子元件厚度对取料位置和电子元件的坐标位置高度进行补偿。

为了更好地实现本发明，进一步地，设置偏差阈值，在计算得到固定位置补偿值以后，若所述固定位置补偿值大于偏差阈值，则重新对待插件电路板进行固定，并进行提示；所述偏差阈值根据实际工艺要求进行调整。

为了更好地实现本发明，进一步地，按照信息单元存储的存储顺序建立索引数据，在最终输出坐标数组中每取出一个加工位置坐标后对索引数据进行加一，并将索引数据与最终输出坐标数组中的有效数据总数进行比较；当索引数据小于有效总数时，读取索引数据指向的信息，反之，插件电机结束在待插件电路板上的加工。

为了更好地实现本发明，进一步地，在插件操作完成后，对不同的插件结果进行不同处理：设置失败次数阈值，当同一加工位置坐标插件失败次数小于失败次数阈值时，丢掉已使用的失败电子元件，使用新的电子元件进行插件，当同一加工位置坐标插件次数大于或等于失败次数阈值时，跳过失败加工位置坐标进行下一加工位置坐标处的加工或者提示人工处理。

本发明还提出了一种插件机电子元件定位监控系统，包括软件系统总线及与软件系统总线连接的信息存储模块、视觉校准模块、人机交互模块、运动控制模块；

所述视觉校准模块用于确定待插件电路板的实际固定位置补偿值和电子元件旋转角度补偿值；

人机交互模块在输入的待插件电路板的初始坐标信息数组的基础上，结合经视觉校准模块处理得到的固定位置补偿值，运算后生成最终输出坐标数组并显示出来；

运动控制模块用于将人机交互模块输出的最终输出坐标数组中的每组取料位置及插件位置的坐标信息取出，同时接收每个电子元件的旋转角度补偿值，并控制插件机取电子元件，插件并反馈插件状态值；

信息存储模块用于存储输入的待插件电路板的加工位置坐标，电子元件是取取料位置，并保存人机交互模块处理后生成的最终输出坐标数组；

软件系统总线用于信息存储模块、视觉校准模块、人机交互模块及运动控制模板之间的信息交互。

本发明还提出了一种插件机电子元件定位监控装置，用于吸取电子元件插件到待插件电路板上，包括支撑部、相机、插件电机、传动装置、标头、气缸、旋转装置；

所述传动装置安装在用于固定的支撑部上，包括第一运动端、第二运动端；

所述第一运动端包括xyz三个轴，可以实现三轴运动，且在输出端依次连接旋转装置和插件电机，所述插件电机输出端连接用于吸取电子元件的标头和气缸；

所述第二运动端同样包括xyz三个轴，可以实现三轴运动，且在输出端连接相机；所述相机还与视觉校准模块连接，为视觉校准模块提供视觉图像；

所述第三运动端包括两轴，用于将待插件电路板输入进行插件操作的位置，并对待插件电路板进行固定定位；

所述运动控制模块分别与第一运动端、第二运动端、旋转装置、插件电机连接。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)插件过程中实时反馈插件状态，根据插件状态执行不同的处理方案，增加加工效率，同时减少了成品检测环节的投入；

(2)通过取料高度补偿和插件高度补偿这两种由器件参数算出的补偿值；电子元件位置偏差补偿和电路板位置派偏差补偿这两种视觉校准补偿，能适应不同的插件任务；

(3)当电子元件没有正确插入电路板时，依靠对速度与转矩的控制，能有效保护电子元件，避免损坏元件；

(4)对于准确插入孔位的元件，还能确保元件插入效果紧固可靠。

附图说明

图1为实际分析时的插件电机的速度-时间曲线示意图；

图2为实际分析时的插件电机的位置-时间曲线示意图；

图3为实际分析时的插件电机的转矩上限-时间曲线示意图；

图4为本发明系统组成连接示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本发明提出了一种插件机电子元件定位监控方法，包括以下步骤：

步骤一：设置不同的取料位置，所述取料位置放置对应的电子元件，在待插件电路板安装在待加工位置前，首先在待插件电路板上设置定位标志点，然后读取待插件电路板上的插件点和定位标记点的坐标信息，同时还读取每一种电子元件的取料位置的坐标信息；最后将所有所述坐标信息按照读取时的顺序作为信息单元存储在初始坐标信息数组中；所述初始坐标信息数组中包括多个加工位置坐标；

同时，根据待插件电路板的厚度和电子元件厚度对取料位置和电子元件的坐标位置高度进行补偿。

步骤二：在获得初始坐标信息数组后，将待插件电路板放置在待加工位置进行固定，使用视觉校准模块确定待插件电路板的实际固定位置；将所述实际固定位置与实现预设的设定固定位置参数进行比较，得到固定位置补偿值；将固定位置补偿值用来对初始坐标信息数组中的加工位置坐标进行补偿，得到包含多个补偿后的加工位置坐标的最终输出坐标数组；同时按照取料位置与插件位置的对应关系，逐个取出最终输出坐标数组中的加工位置坐标和取料位置的电子元件坐标点，并通过视觉定位模块补偿当前所取电子元件的偏转角度；

同时，还需要设置偏差阈值，在计算得到固定位置补偿值以后，若所述固定位置补偿值大于偏差阈值，则重新对待插件电路板进行固定，并进行提示；所述偏差阈值根据实际工艺要求进行调整。

步骤三：在得到最终输出坐标数组后，按照信息单元存储的存储顺序建立索引数据，在最终输出坐标数组中每取出一个加工位置坐标后对索引数据进行加一，并将索引数据与最终输出坐标数组中的有效数据总数进行比较；当索引数据小于有效总数时，读取索引数据指向的信息，反之，插件电机结束在待插件电路板上的加工。

步骤四：将不同取料位置处的电子元件插入待插件电路板上对应的加工位置坐标上，同时监控插件过程，并反馈加工状态信息；然后根据插件时反馈的加工状态信息，实时判断插件操作的状态，并对插件操作进行调节。

步骤五：在插件操作完成后，对不同的插件结果进行不同处理：设置失败次数阈值，当同一加工位置坐标插件失败次数小于失败次数阈值时，丢掉已使用的失败电子元件，使用新的电子元件进行插件，当同一加工位置坐标插件次数大于或等于失败次数阈值时，跳过失败加工位置坐标进行下一加工位置坐标处的加工或者提示人工处理。

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上，如图1、图2、图3所示，所述加工状态信息包括：电子元件插件时的当前位置及插件电机的转矩。

在根据插件时反馈的加工状态信息，实时判断插件操作的状态，并对插件操作进行调节的操作前，还需对加工状态信息进行下述操作：

首先将电子元件插件操作时的位置情况依次分为位置s1、位置s2、位置s3、位置s4；

所述位置s1为插件操作时的插件接近位置；

所述位置s2为电子元件针脚与待插件电路板平面接触位置；

所述位置s3为电子元件本体与待插件电路板平面接触位置；

所述位置s4为插件时的虚插判断位置；

然后根据设定的位置s1、位置s2、位置s3、位置s4，设定插件时候的时间点a、时间点b、时间点c、时间点d、时间点e；

所述时间点a为插件操作的起始时间；

所述时间点b为到达所述位置s1时的时刻；

所述时间点c为到达所述位置s2时的时刻；

所述时间点d为到达所述位置s3时的时刻；

所述时间点e为到达所述位置s4时的时刻；

接着设定在高速段的插件加工速度v1，和在低速段的插件加工速度v2；同时设定加工速度的加速度为acc，加工速度的减速度为dec；

最后设定插件电机的运动转矩上限torque_1及保护转矩上限torque_2。

工作原理：torque_1由插件机实际使用的电机性能参数决定，torque_2受待加工电子元件引脚能承受的最大压力限制，最大压力获取可以参考该电子元件的参数。同时要考虑设备、元件自身重量。最大压力必须小于电机输出力与设备重力之和，并由转矩公式:m＝l*f，f是力，l是转动轴到着力点的距离，m是转矩，最终得到保护转矩torque_2的上限值。

如图1、图2、图3所示，待完成电路板固定和电子元件定位动作以后，插件动作开始。插件速度从时间点a开始上升，设置插件速度为v1，加速度为acc，减速度为dec，目标位置s4，插件电机转矩上限值设为torque_1。torque_1值较大，较大的转矩可以保证插件动作获得较大的加减速。

插件动作从时间点a到时间点b时，电子元件到达位置s1，并且速度下降到v2。在该时间段内，电子元件针脚快速到达插孔位置。必须满足合理设置各参数值。在时间点b点处，电子元件的速度已经下降到v2。此时即使因为没有对准孔位导致电子元件引脚与板材碰撞，其本身的惯量也不足以折断电子元件针脚，可以有效保护电子元件。在时间点b点重新设置插件电机转矩上限为torque_2，速度为v2。插件动作继续，从时间点b到时间点c，电子元件以速度v2匀速运动，若在该段因为插件孔位没有对准导致电子元件针脚撞上板材，插件电机实际转矩增大到torque_2，实际位置始终小于s2。此刻可以立即停止插件动作，同时返回插件错误信号并设置插件电机转矩上限为torque_1。

如果从时间点b到时间点c检测到插件电机最大转矩都没有达到转矩上限torque_2，并且插件实际位置大于s2,说明电子元件针脚未撞上板材。电子元件继续匀速运动。当实际位置∈(s2,s3]并且实际转矩达到转矩上限，说明插件成功，电子元件已准确插入孔位并已插紧。此刻立即停止插件动作，同时返回插件正确信号并重新设置插件电机转矩上限为torque_1。

若以上两种情况都没有出现，插件动作继续进行，从时间点d到时间点e。当实际位置∈(s3,s4]，并且插件电机实际转矩小于转矩上限torque_2，说明电子元件虚插(可能原因如插件位置参数设置不合理等),此时返回插件虚插信号并设置插件电机转矩上限为torque_1。

本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例还提出了一种插件机电子元件定位监控系统，如图4所示，包括软件系统总线及与软件系统总线连接的信息存储模块、视觉校准模块、人机交互模块、运动控制模块；

所述视觉校准模块用于确定待插件电路板的实际固定位置补偿值和电子元件旋转角度补偿值；

人机交互模块在输入的待插件电路板的初始坐标信息数组的基础上，结合经视觉校准模块处理得到的固定位置补偿值，运算后生成最终输出坐标数组并显示出来；另外人机交互模块还负责处理用户设置的加工转矩，速度，加减速，控制信号等；

运动控制模块用于将人机交互模块输出的最终输出坐标数组中的每组取料位置及插件位置的坐标信息取出，同时接收每个电子元件的旋转角度补偿值，以及设定的速度，转矩等运动参数，并根据这些信息控制插件机取电子元件，插件并反馈插件状态值；

信息存储模块用于存储输入的待插件电路板的加工位置坐标，电子元件是取取料位置，并保存人机交互模块处理后生成的最终输出坐标数组；

软件系统总线用于信息存储模块、视觉校准模块、人机交互模块及运动控制模板之间的信息交互。本发明的软件系统实施时依赖于hmi与hmi连接的智能控制器，hmi作为人机操作界面，智能控制器作为本发明的信息存储和解析载体。

实施例4：

本实施例还提出了一种插件机电子元件定位监控装置，用于吸取电子元件插件到待插件电路板上，包括支撑部、相机、插件电机、传动装置、标头、气缸、旋转装置；

所述传动装置安装在用于固定的支撑部上，包括第一运动端、第二运动端；

所述第一运动端包括xyz三个轴，可以实现三轴运动，且在输出端依次连接旋转装置和插件电机，所述插件电机输出端连接用于吸取电子元件的标头和气缸；

所述第二运动端同样包括xyz三个轴，可以实现三轴运动，且在输出端连接相机；所述相机还与视觉校准模块连接，为视觉校准模块提供视觉图像；

所述第三运动端包括两轴，用于将待插件电路板输入进行插件操作的位置，并对待插件电路板进行固定定位；

所述运动控制模块分别与第一运动端、第二运动端、旋转装置、插件电机连接。

工作原理：传动装置的第三运动端首先把待插件电路板输送到位并固定，然后第二运动端带动相机移动拍摄，接着第一运动端带动标头吸取电子元件，再通过相机拍摄，再前往插件位置，同时旋转装置调整电子元件角度，到位后第一运动端上的插件电机带动向下插入电子元件。本发明的软件系统实施时依赖于hmi与hmi连接的智能控制器，hmi作为人机操作界面，智能控制器作为本发明的信息存储和解析载体，并用于控制插件机内电机和气缸的动作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。