題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項目名稱：
- 臺式圖像定位貼片機系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 該貼片機系統(tǒng)以自動化智能運動控制和計算機圖像處理為核心，以計算機和單片機結(jié)合控制的方式，實現(xiàn)高速高精度貼裝。融合機械設(shè)計，機電控制，電子設(shè)計，多機通信，MCU程序設(shè)計，計算機程序設(shè)計，圖像識別為一體，通過上位機軟件控制下位機執(zhí)行相關(guān)SMT貼裝動作，并通過計算機圖像識別對中和檢測完成SMT的貼裝，并且進行AOI檢測。
- 詳細介紹：
- 作品技術(shù)說明 1．圖像識別與定位 目的是通過攝像機的高精度彌補機械誤差，具體采用計算機圖像視覺處理，輔助運動檢測反饋系統(tǒng)，設(shè)計的圖像對中程序在德國MVTEC 的halcon平臺下開發(fā)，在灰度配合形狀識別下，識別效果和抗干擾能力較好，在使用普通USB1.0 分辨率為640×480攝像頭下，能在100ms內(nèi)完成一幅640×480的圖像識別，受限于目前使用的普通攝像頭，對中程序識別精度理論上在X和Y方向上都可以達到0.02mm，實際運行中識別誤差不超過0.05 mm，角度誤差在0.1度，完全滿足目前的貼裝要求。下圖為自動識別對中： 圖像識別還包括貼裝檢測，對貼裝不正常如元件偏移、空件、虛焊、短路橋接、立碑、側(cè)立、引腳變形進行識別檢測。程序中調(diào)用不同的圖像識別程序進行檢測。 識別主要針對圖像的灰度值和形狀進行分析，主要利用灰度值偏差和形狀匹配的方法進行識別。另外，在分析焊點時使用快速傅立葉變換，對圖像進行頻譜分析，配合垂直同軸光源識別焊點坡度，相當(dāng)程度上增加了對虛焊、多焊的識別率。 2.新型S型加減速運動控制。 在運動設(shè)計上采用步進電機加減速運動控制，使得運動平穩(wěn)，拋棄傳統(tǒng)的三角形運動和梯形加減速運動的方式。在目前廣泛應(yīng)用的分段S型加減速運動控制的基礎(chǔ)上改進發(fā)展出逐步逼近式S型加減速，使得運動曲線逼近真正的積分曲線。主要方法是：目前的S型加減速方法是把運動曲線分成7段，有的會分得稍細，但仍舊為階梯式，階梯跳躍時會出現(xiàn)運動不均勻的問題，為讓運動更平穩(wěn)，新設(shè)計的算法是仍舊在運動曲線分成7段，但每段的速度進行累加或者累減的逐步逼近，將階梯跳躍緩和，避開復(fù)雜的積分運算，并且簡化算法，在51內(nèi)核的AT89S52上，工作在22.1184M晶振下時，產(chǎn)生新型S型步進脈沖時最快只需要50us完成一次S加減速運算。在T1階段加速度均勻上升，受力逐漸變大，在達到最高加速度時，T2時間保持該加速度，是速度上升最快，在T3時加速度逐漸減小，受力逐漸減小，最后在D點到達最大速度，開始以最大速度運動到T4階段，在E時開始減速，減速方法與加速一樣，但在實驗中證明，不得忽略摩擦力的影響，由于加速時是反向摩擦力，減速時是正向摩擦力，所以應(yīng)該減小減速的時間。這樣由于加減速在任何一點的加速度都是連續(xù)的柔性變化，避免了沖擊，使運動平滑精確。 經(jīng)過試驗，該加減速曲線在3.4V 2.6A步進電機的配合下，能實現(xiàn)平穩(wěn)運動，噪音小，最高速度在0.7m/s，加速時間250ms，減速時間220ms，加減速翻轉(zhuǎn)可以根據(jù)步數(shù)自動動態(tài)調(diào)整。 3.貼片機的吸取反饋系統(tǒng) 避免漏吸，漏貼，和堵嘴，真正實用可靠的貼片機必須要反饋檢測，傳統(tǒng)的方式是采用中規(guī)進行檢測，但是機械方法不是很可靠，目前高檔貼片機多用激光對射檢測，考慮到機械安裝的復(fù)雜性和對機械要求頗高，本系統(tǒng)采用負(fù)壓檢測，利用吸取后負(fù)壓值升高，未吸取負(fù)壓低的區(qū)別，自行設(shè)計的擴散硅壓阻式傳感器和控制板完成次項測量?？梢钥煽扛咚俚臏y量吸取情況。 4.貼片機采用多機通信，下位機直接掛載的方式 在貼片機整機控制上，采用上下位機結(jié)合的多機通信方式，地址，命令與驗證碼結(jié)合，下位機主要完成怎么做，上位機告訴下位機做什么。利用串口通信，上位機發(fā)送命令，多臺下位機判斷命令地址，是自己地址則處理，不是則拋棄。下位機要返回數(shù)據(jù)到上位機時，首先要判斷下位機的握手線，選擇時機發(fā)送，使下位機之間相互不干擾。并可以根據(jù)附件的數(shù)目按需要配置下位機數(shù)目，進來的系統(tǒng)升級該部分完全可以適應(yīng)。 5.功能完善，清晰易操作的上位機控制軟件。 上位機軟件設(shè)計有人性化、易操作的特點。下面是上位機軟件設(shè)計框架。 二、機器屬性設(shè)置 1．設(shè)置X、Y、Z方向上的單步距離。 2．設(shè)置X、Y、Z方向上的回差。 3．復(fù)位。 4．串口設(shè)置。 5．貼裝頭設(shè)置 （1）定位基準(zhǔn)，以第三個貼裝頭對準(zhǔn)攝像頭的位置為坐標(biāo)0。 （2）測量第二個貼裝頭的坐標(biāo)。（注：測量貼裝頭坐標(biāo)的時候需要壓下才能測量，下同。） （3）測量第一個貼裝頭的坐標(biāo)。 （4）測量撥料桿的坐標(biāo)。 （5）設(shè)定復(fù)位間隔貼裝個數(shù)。 （6）吸取時延時多少ms提起。 （7）原件放下時延時多少ms關(guān)閉真空。 （8）原件放下后延時多久檢測真空。 （9）吸取后延時多少ms檢測真空度。 （10）吸取前檢測真空度。 （11）吸取后檢測真空度。 （12）檢測失敗后重復(fù)吸取次數(shù)。 （13）恢復(fù)出廠設(shè)置。 三、元件管理 1．元件坐標(biāo)、角度的提取。 2．顯示貼裝進度。 3．已執(zhí)行時間、剩余時間。 4．選擇料架。 5．選擇是否貼裝。 6．標(biāo)記已貼裝。 7．進行原件層的過濾，將非選擇層是否貼裝設(shè)置成不貼裝。 四、料架管理 1．添加、刪除、修改。 2．吸嘴選用。 3．料帶寬度。 4．原件間隔定位孔數(shù)。 5．元件中心坐標(biāo)。 6．每次拉料供應(yīng)個數(shù)。 7．角度、有無極性。 8．引腳數(shù)目。 9．料盤、料帶選擇。 10．高度。 11．元件值。 12．是否提取元件圖像。 五．視覺識別窗口 1．光照打開后延時拍照時間。 2．拍照后延時關(guān)閉時間，單位：ms。 3．?dāng)z像頭屬性設(shè)置（調(diào)試用）。 4．拍照、保存監(jiān)視錄像。 5．顯示識別圖像/視頻。 6．兩個攝像頭顯示切換。 六、控制臺（手控/自動） 有運行指示燈，正在運行中為綠色，空閑為黃色，故障為紅色。 當(dāng)正在運行中時所有手控按鈕使能。 急停按鈕，發(fā)送急停命令，讓上位機停止命令發(fā)送，同時下位機急停。 （一）手動，自動切換，自動時使能所有手控控件。 1．每個頭單獨運動，按一次向下運動，再按一次向上運動。同時指示燈在收到返回數(shù)據(jù)是顯示當(dāng)前狀態(tài)。 2．每個負(fù)壓通道控制開關(guān)按鈕，有指示燈指示。 3．每個通道負(fù)壓檢測按鈕，和開關(guān)用同一個燈指示。 4．兩個視覺燈開關(guān)。 5．移動至某處-填寫目標(biāo)XY坐標(biāo)，選擇以貼片機實際原點為原點的坐標(biāo)，或者以某個基板原點為坐標(biāo)原點的坐標(biāo)（當(dāng)已經(jīng)設(shè)置該基板原點）。 6．X、Y方向移動步數(shù)設(shè)置，負(fù)為反方向。 7．獲取當(dāng)前坐標(biāo)，顯示XY。 8．原點復(fù)位。 （二）自動 1．單個元件執(zhí)行。 2．從當(dāng)前元件執(zhí)行。 3．全部開始。 4．使能所有手控按鍵。 七．AOI檢測 檢測內(nèi)容：元件偏移、空件、虛焊、短路橋接、立碑、側(cè)立、引腳變形。 該部分由調(diào)用視覺識別DLL（動態(tài)連接庫）實現(xiàn)。 八．基板設(shè)置 基板方向要一致 盡量保持最小偏角。 1．基板厚度、基板顏色。 2．設(shè)置基板數(shù)目。 3．選擇是否為規(guī)律基板。 4．非規(guī)律基板，生成相應(yīng)數(shù)目的編輯框等控件，用戶自行對每個基板設(shè)定坐標(biāo)，設(shè)定方式為填寫電路板上兩個點的XY坐標(biāo)，并填寫貼片機上的XY坐標(biāo)（或者是手動對中獲?。?。 5．對于規(guī)律基板，設(shè)定個數(shù)M*N，按非規(guī)律基板的方法設(shè)定最靠近原點基板的兩個點。設(shè)置基板間隔（兩基板坐標(biāo)原點間距離）。 九．全部數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出 可以整體導(dǎo)入導(dǎo)出，也可以局部導(dǎo)入導(dǎo)出，方便下次直接導(dǎo)入已經(jīng)設(shè)置好的貼裝數(shù)據(jù)，立即進入生產(chǎn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 在使用普通USB1.0 分辨率為640×480攝像頭下，能在100ms內(nèi)完成一幅640×480的圖像識別，對中程序識別精度理論上在X和Y方向上都可以達到0.02mm，實際運行中識別誤差不超過0.05 mm，角度誤差在0.1度，完全滿足目前的貼裝要求。下面為自動識別對中 經(jīng)過試驗，該加減速曲線在3.4V 2.6A步進電機的配合下，能實現(xiàn)平穩(wěn)運動，噪音小，最高速度在0.7m/s，加速時間250ms，減速時間220ms，加減速翻轉(zhuǎn)可以根據(jù)步數(shù)自動動態(tài)調(diào)整。 該系統(tǒng)中計算機視覺識別對中也尤其重要，識別主要針對圖像的灰度值和形狀進行分析，主要利用灰度值偏差和形狀匹配的方法進行識別。另外，在分析焊點時使用快速傅立葉變換，對圖像進行頻譜分析，配合垂直同軸光源識別焊點坡度，相當(dāng)程度上增加了對虛焊、多焊的識別率。 避免漏吸，漏貼，和堵嘴，真正實用可靠的貼片機必須要反饋檢測，傳統(tǒng)的方式是采用中規(guī)進行檢測，但是機械方法不是很可靠，目前高檔貼片機多用激光對射檢測，考慮到機械安裝的復(fù)雜性和對機械要求頗高，本系統(tǒng)采用負(fù)壓檢測，利用吸取后負(fù)壓值升高，未吸取負(fù)壓低的區(qū)別，自行設(shè)計的擴散硅壓阻式傳感器和控制板完成次項測量?？梢钥煽扛咚俚臏y量吸取情況。
科學(xué)性、先進性
- 面向電子行業(yè)組裝向微型化，自動化的發(fā)展，傳統(tǒng)的人工直插已經(jīng)滿足不了需求，嚴(yán)重制約了電子行業(yè)的發(fā)展，另一方面國內(nèi)貼片機需求基本依靠進口，所以貼片機的研發(fā)不僅是一種實踐與創(chuàng)新，在打破國際壟斷、弘揚民族文化上也有著重要的意義。 該貼片機系統(tǒng)以自動化智能運動控制和計算機視覺處理為核心，以計算機和單片機結(jié)合控制的方式，實現(xiàn)高速高精度貼裝。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 未參加評審
作品所處階段
- 實驗階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖片，文檔
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 作品結(jié)合機械、電子、圖像處理、運動控制、上位機軟件和單片機技術(shù)為一體，具有高精度、智能自動化的SMT貼裝功能，包括人性化，智能化的操作方法，使用者只需要導(dǎo)入貼裝文件，將貼片元件裝入料站，設(shè)置貼片元件屬性，即可自動貼裝，包括多電路板拼接，視覺對中，并進行貼裝是視覺AOI檢測，實現(xiàn)無人值守貼裝。國內(nèi)的電路板組裝行業(yè)，使用的貼片機99%依賴于進口，目前國內(nèi)還沒有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全視覺自動貼片機。該貼片機適應(yīng)市場的需求，促進我國貼片機行業(yè)的發(fā)展、打破國際壟斷有著積極的意義。
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)目前只有少數(shù)公司在嘗試全自動全視覺的貼片機的研發(fā)，在市場貼片機成品99%依賴于進口。
