一種面板安裝桁架機械手的製作方法
2023-05-08 13:39:22
本實用新型屬於自動化安裝設備領域，特別涉及一種面板安裝桁架機械手，尤其適合液晶面板的無接觸式高精度安裝。
背景技術：
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多軸安裝桁架或稱之多軸桁架機器人，廣泛運用於製造業領域代替人工，高效率完成重複性動作。桁架顧名思義，就是一種矩形框架，至少具有X軸Y軸和Z軸導軌，以實現在框架內的三維運動；而針對不同產業需求，即需在機械手設計更靈活的軸關節，並配合必要的測量裝置，以確保將零件輸送到位。諸如液晶顯示器裝配工藝，要求裝配精確度控制在0.05mm以下。傳統裝配都是通過人工做的卡槽卡住背板，再由人工直接安裝，這樣的缺點有三：(1)人的手指會有部分接觸到液晶屏幕的安裝面，造成屏幕的汙損；(2)安裝精度達不到要求，廢品率高；(3)需要熟練的操作工人，人工成本大，且人工安裝效率低。對於液晶製造業存在的缺陷，即成為本實用新型研究的方向。
技術實現要素：
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本實用新型的目的是發明一種藉助機器視覺系統在線檢測面板中心，適時通過機械手調整至精確安裝位置的面板安裝桁架機械手。
本實用新型技術方案是這樣實現的：
一種面板安裝桁架機械手，桁架主體包括由立柱支撐的矩形框架，該矩形框架對應邊設置有一對X導軌，一Y導軌滑動設置在所述一對X導軌上，Z導軌經滑塊定位在該Y導軌上；其特徵是：處於一條X導軌的一端設置有撕膜機構、另一端設置有檢測機構，另一條X導軌內側設置有背板輸送帶；所述背板輸送帶在安裝位設置有定位背板的安裝卡槽；所述撕膜機構包括有旋轉臺和撕膜臂，旋轉臺具有一能讓機械手伸入至底部的開放式擱置框，該擱置框表面設有定位吸盤和傳感器，中部通過橫軸定位在支架上；所述擱置框在轉臺電機驅動下，能做往復擺動；撕膜臂包括夾杆、夾嘴、滑塊和撕膜電機；所述夾嘴固定在夾杆上，夾杆與所述橫軸平行、端部旋轉定位在滑塊上，該滑塊滑動定位在水平導軌上，並由撕膜電機驅動夾杆水平往復運動，與擱置架協調動作；所述夾杆 與滑塊間設置一旋轉電機，該旋轉電機驅動夾杆自轉，調節夾嘴夾取方向；所述夾嘴由氣動或電動驅動吸合動作；所述Z導軌下端通過縱向軸定位有機械手，該機械手具有水平抓取軸和抓取盤，在抓取盤盤面設置有抓取吸盤，所述水平抓取軸兩端對稱位置各設置一距離傳感器；所述檢測機構包括固定在所述矩形框架下側的線陣相機和標定板，標定板處於下位布置，且與矩形框架邊線平行，線陣相機拍攝圖像信息通過圖像採集卡轉換傳送給控制系統；上述涉及的動作均由控制系統統一按程序協調控制。
本實用新型通過五軸桁架配合線陣相機在線測量，從面板撕下保護膜至安裝在背板上，全程無人工幹預，尤其通過撕膜臂與旋轉臺協同作業，保持撕膜快速順利完成；機械手在抓取面板過程，即完成抓取軸與面板一條邊平行調節；機械手在轉移面板至線陣相機區域自動完成面板中心的測量；面板採用傾斜安裝在背板上，實現無氣泡安裝。
附圖說明：
下面結合具體圖例對本實用新型做進一步說明：
圖1面板安裝桁架立體示意圖
圖2機械手與Z導軌關係示意圖
圖3撕膜機構正視圖
圖4撕膜機構立體示意圖
圖5面板測量第一種狀態
圖6面板測量第二種狀態
圖7面板調整前狀態
圖8面板調整後狀態
圖9面板移動至背板上方準備安裝狀態
其中
1—矩形框架 11—立柱 12—X導軌 13—Y導軌
14—Z導軌 141—縱向軸 2—機械手 21—水平抓取軸
211—距離傳感器 22—抓取盤 221—抓取吸盤 3—撕膜機構
31—旋轉臺 311—擱置框 312—定位吸盤 313—傳感器
314—橫軸 315—支架 32—撕膜臂 321—夾杆
322—夾嘴 323—滑塊 33—水平導軌 324—撕膜電機
4—檢測機構 41—線陣相機 42—標定板 5—背板輸送帶
6—面板 7—背板
以及：a點：面板6的中心點；
b點：抓取盤22的中心點；
c點：背板7的中心點；
d點：在同一坐標系下抓取盤中心點在背板上的對應點簡稱為d點；
e點：在有角度的安裝時為使面板與背板的邊對齊安裝，在面板旋轉角度之後，使b點與c點對齊安裝以不能實現，這時候需要計算出背板上的安裝點設為e，e點計算方法為：通過b、c兩點以及面板旋轉的角度，通過三角函數的計算公式得出e點；
h：面板6的右邊沿，面板安裝時最先接觸且重疊背板的一條邊；
k：背板7的右邊沿，最先接觸且重疊面板的一條邊；
k1：圖5、圖6面板上邊沿；
k2：圖5、圖6面板右邊沿；
f：圖5、圖6面板左上端點；
g：圖5、圖6面板右下端點。
具體實施方式：
參照圖1至圖4，液晶面板安裝桁架機械手，桁架主體包括矩形框架1、立柱11，以及矩形框架對應邊設置有一對X導軌12，一Y導軌13滑動設置在一對X導軌12上，Z導軌14經滑塊定位在該Y導軌上；處於一條X導軌12的一端設置有撕膜機構3、另一端設置有檢測機構4，另一條X導軌內側設置有背板輸送帶5；背板輸送帶5在安裝位設置有定位背板的安裝卡槽。
如圖1、圖3和圖4，撕膜機構3包括有旋轉臺31和撕膜臂32，旋轉臺31具有一能讓機械手伸入至底部的開放式擱置框311，該擱置框311表面設有定位吸盤312和傳感器313，中部通過橫軸314定位在支架315上；擱置框311在轉臺電機驅動下，能做往復擺動；撕膜臂32包括夾杆321、夾嘴322、滑塊323和撕膜電機324；夾嘴322固定在夾杆321上，夾杆321與橫軸314平行、端部旋轉定位在滑塊323上，該滑塊323滑動定位在水平導軌33上，並由撕膜電機324驅動夾杆321水平往復運動，與擱置架311協調動作，保持撕膜過程，薄膜與面板處於130-145度之間，也即最輕鬆撕膜角度； 在夾杆321與滑塊323間還設置一旋轉電機，該旋轉電機驅動夾杆321自轉，調節夾嘴322夾取方向；而夾嘴322由氣動或電動驅動吸合動作。
如圖1和圖2，Z導軌14下端通過縱向軸141定位有機械手2，該機械手2具有水平抓取軸21和抓取盤22，在抓取盤22盤面設置有抓取吸盤221，水平抓取軸21兩端對稱位置各設置一距離傳感器211，或者設置在抓取盤22前沿兩側對稱位置，通過其來對齊水平抓取軸21與面板6一條邊的平行；由X導軌12、Y導軌13、Z導軌14、縱向軸141和水平抓取軸21組成五軸桁架。
檢測機構4包括固定在矩形框架1下側的線陣相機41和標定板42，標定板處於下位布置，且與矩形框架1邊線平行，線陣相機拍攝圖像信息通過圖像採集卡轉換傳送給控制系統；以上涉及的動作均由控制系統統一按程序協調控制，整個過程均可由MATLAB軟體編程實現。
基於上述安裝桁架，對於液晶屏面板與背板的安裝步驟如下：
撕膜過程：人工將液晶面板6放置旋轉臺的擱置框311上，傳感器檢測到面板6到位，擱置框上的定位吸盤312吸住面板6，並旋轉至45度位置；撕膜臂32動作，夾杆321移動至面板6上方，旋轉夾嘴322的方向，對準面板6邊沿的薄膜邊沿，而後夾住；由控制系統控制夾杆321移動速度和擱置框311旋轉速度，保持薄膜與面板6處於130-145度之間，直至薄膜撕下為止。選擇適當的角度，可保證順利撕下薄膜，而無殘留和破損。撕膜結束，夾杆321和擱置框311復位，定位吸盤312釋放對面板6的控制；機械手2動作，抓取盤22從旋轉臺31上方下降，一對距離傳感器211對面板6一條邊沿側面進行測距，藉助縱向軸141調節使得水平抓取軸21與面板6一條邊沿平行，使得水平抓取軸21旋轉至任一角度，該面板一條邊沿始終與之平行，方便於後道安裝步驟；抓取盤22繼續下降並伸至擱置框311下側，藉助抓取盤22上的抓取吸盤221吸住面板6，移動離開旋轉臺31，並翻轉180度正置面板6，經過測量區域，進行測量找面板6中心。
參照圖5和圖6，測量原理如下：
測量過程：當面板6勻速正向通過標定板42上方時，線陣相機41開始數據採集，即最先拍攝k1、k2兩條邊，根據圖像灰度的不同，利用線性插值方法擬合出k1、k2兩條直線，在通過兩個拐點判斷出k1、k2的長度，即面板的長與寬，當面板6向 前移動時，根據面板6在抓取時姿態的不同，此時有兩種情況來判斷兩個拐點的出現，一種如圖5所示，當掃描到k2直線y坐標突然變小，此點即為拐點g，掃描到k1直線y坐標突然變大，則即拐點f,此時有了k1、k2直線方程以及面板的長寬即可得出矩形面板6的輪廓，進而確定其中心點a；另一種如圖6所示，當掃描到k2直線x坐標突然變大，此點即為拐點g，掃描到k1直線x坐標突然變大，則即拐點f,同理有了k1、k2直線方程以及面板的長寬即可得出矩形面板6的輪廓，進而確定其中心點a。
再如圖7和圖8，現將面板6看成矩形平面，且以矩形一端點設置平面坐標系，同理將抓取盤22以及背板7同樣看成矩形平面，且以矩形一端點設置平面坐標系，各自平面坐標系用途為確定各自的中心點坐標，在確定背板7與面板6正對平行時，利用直線h在坐標系中的方程，求出其斜率，又因為直線k與坐標x軸平行，斜率為0，通過空間向量變換公式使兩邊平行。
參照圖9，安裝原理如下：
安裝過程：採用傾斜安裝，抓取盤22繞水平抓取軸21旋轉5-10度，當面板6、背板7、抓取盤22在同一坐標系下時，由面板中心點a、抓取盤中心點b以及背板中心點c，利用這三點推導出背板7對應抓取盤中心點的d點。(推導過程如下：在進行坐標變換確定背板抓取盤中心點時，將面板平面、背板平面、抓取盤平面投影到同一平面坐標系中，以此坐標係為基準通過a點與b點的絕對坐標差以及c點坐標，計算出d點。)藉助b點、d點以及面板與背板之間的夾角，利用三角函數計算公式，得出在面板6傾斜設定角度時，背板7上的安裝點e，有了b點和e點，最後讓這兩點對齊開始安裝；安裝過程面板與背板夾角逐漸變小，直至為零安裝結束，此過程，e點隨著角度變小而向d點平移，直至與d點重合，也是b點與d點重合，安裝到位。