Pcb板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置的製作方法
2023-05-16 06:25:11 1
專利名稱：Pcb板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種刀具檢測技術領域的裝置，具體是一種PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置。
背景技術：
對於微鑽質量的檢測，傳統的方法大都依靠人的眼睛來觀察測量的結果，判斷微鑽是否合格。這些檢測方法勞動強度大，檢測人員容易因疲勞而誤判，經驗依賴性強。
經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利文獻號CN2559963Y，記載了一種"PCB板鑽孔專用微鑽檢驗裝置"，該技術利用顯微裝置及其調整機構放大微鑽影像顯示在顯示器上，使用者依據微鑽影像完成檢驗。這一微鑽檢測儀器的顯微裝置，調焦距時，操作者必須以手動的方式調整多個定位鈕，不易精確。另外，使用者必須以手動方式操作才能將被檢驗的微鑽放置於檢驗位置。 又經檢索發現，中國專利文獻號CN1619256A，記載了一種"電路板鑽孔用微鑽檢驗儀器的全向自動調整裝置及進料裝置"，該檢測設備具有顯微裝置及三個由伺服馬達控制的滑軌裝置。專利中的微鑽檢測裝置由於無論在X、Y、Z軸上的移動，都分別由伺服馬達控制滑軌裝置依程序操作，操作人員僅需觀察顯示器上的放大影像，不需再以手動操作調整微鑽位置及顯微裝置的攝影鏡頭位置，增加了檢驗效率。但不足之處是由於結構上的原因，在檢驗過程尤其是自動送料和收料過程中，微鑽鑽尖容易出現折斷或震斷現象，穩定性有待提高；其次，該裝置不使用自動送料裝置時，可同時對微鑽進行側面和刃面檢測，但檢測效率低，仍需手動操作替換微鑽；該裝置設置自動進料裝置後，雖然自動化程度進一步提高，但僅對微鑽進行刃面檢測，二者不能兼顧。另外，該裝置對微鑽的質量分揀功能弱，需人工進一步分揀。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，實現無人操作環境下四個工位獨立實現電路板的檢測工作。 本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括上料機構、旋轉工作檯、微鑽旋轉機構、高度調整機構、側面測量機構、刃面測量機構和下料機構，其中旋轉工作檯設置於工作平臺上，上料機構和下料機構分別對應設置於旋轉工作檯的上料位置和下料位置，微鑽旋轉機構和高度調整機構依次由上而下設置於旋轉工作檯的側面，側面測量機構和刃面測量機構分別設置於工作平臺相應的視覺檢測位置。 所述的上料機構包括入料機械手、入料直線導軌和上料盤部件，其中入料直線導軌設置於工作平臺上，入料機械手設置於入料直線導軌上，上料盤部件設置於工作平臺上，其中入料直線導軌與上料盤部件呈正交布置。 所述的下料機構包括收料機械手、收料直線導軌、良品收料盤部件和次品收料盤部件，其中收料直線導軌設置於工作平臺上並與上料機構相垂直，收料機械手設置於收料直線導軌上，良品收料盤部件和次品收料盤部件設置於工作平臺，二者間隔平行布置，並分別與收料直線導軌呈正交布置。 所述的入料機械手和收料機械手均為三自由度氣動手爪，可沿運動軸直線往返運動，並可垂直運動軸運動，同時手指能實現夾緊和放鬆動作，從而完成對微鑽的抓取和放置，實現上、下料動作。 所述的微鑽旋轉機構包括電機、氣缸、同步帶輪和摩擦輪，其中電機的輸出軸與同步帶輪同軸連接，同軸帶輪與摩擦輪嚙合，氣缸設置於側架並與滑臺連接，氣缸杆通過滑臺控制摩擦輪靠近或遠離微鑽。
所述的高度調整機構包括電機、精密絲槓組件和螺母支架，其中電機的輸出軸
與精密滾珠絲槓組件同軸連接，螺母支架設置於絲槓螺母並與微鑽旋轉機構連接。 所述的旋轉工作檯包括伺服電機、同步帶、微鑽氣動夾持機構和分度旋轉平臺，
其中微鑽氣動夾持機構設置於旋轉工作檯的下料位置，伺服電機設置於工作平臺下方，分
度旋轉平臺設置於工作平臺上，同步帶分別連接伺服電機和分度旋轉平臺，實現工位轉換。 所述的微鑽氣動夾持機構包括夾持氣缸、導向杆、工位觸頭、壓輪、夾持器、立座、
角架和彈簧，其中夾持氣缸設置於與立座連接的角架，導向杆的兩端分別與夾持氣缸和工
位觸頭相連接，工位觸頭與壓輪相接觸，壓輪位於旋轉工作檯上，工位觸頭通過壓輪使得彈
簧壓緊或放鬆，控制夾持器夾緊放鬆。 所述的視覺檢測裝置包括側面測量機構和刃面測量機構，其中側面相機、側面鏡頭、側面同軸光源、側面背光源、刃面相機、刃面檢測鏡頭組件、刃面光源和兩個支架，其中兩個支架分別固定設置於旋轉工作檯的相對兩側，側面相機、側面鏡頭及側面同軸光源設置於一個支架上，側面背光源設置於側面鏡頭前面，刃面相機、刃面光源及刃面檢測鏡頭組件設置於旋轉工作檯另 一個支架上。 本發明檢測裝置所包括的上料機構具體是入料機械手和上料盤部件，上料盤部件負責沿V軸上料盒進給，入料機械手負責抓取上料盒內工件，並沿X軸運動完成上料工作；旋轉工作檯機構及微鑽旋轉和高度調整機構，可對微鑽進行工位調整以及周向和軸向位置的精確調整，分度旋轉平臺每旋轉90。進行一次工位轉換；視覺檢測裝置，具體是微鑽側面測量機構和刃面測量機構，可分別對微鑽進行側面和刃面攝像，並將圖像傳送至計算機判斷微鑽是否合格；下料機構具體是收料機械手、良品收料盤部件和次品收料盤部件，良品收料盤部件負責沿U軸良品收料盒進給，次品收料盤部件負責沿P軸次品收料盒進給，收料機械手負責抓取下料機構上的微鑽並根據檢測結果放置到相應的收料盒——良品收料盒或次品收料盒。 與現有技術相比，本發明微鑽質量檢測裝置採用旋轉四工位布局，優化了上下料和測量路徑，從結構上滿足了檢測精度和效率的要求；微鑽旋轉和高度調整機構能使微鑽同時實現周向旋轉和軸向的實時精密調整，不僅滿足了微鑽側面參數的檢測要求，並能實時微調微鑽的軸向定位高度，保證刃面的成像質量和幾何參數測量精度；採用精密伺服驅動和抗震結構，保證檢測裝置的穩定性和可靠性。
圖1是微鑽檢測裝置平面布置示意圖。
圖2是微鑽旋轉和高度調整機構示意圖。
圖3是微鑽氣動夾持機構示意 其中a為主視圖，b為俯視圖。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括上料機構1、旋轉工作檯2、微鑽旋轉機構3、高度調整
機構4、側面測量機構5、刃面測量機構6和下料機構7，其中旋轉工作檯2設置於工作平
臺上，上料機構1和下料機構6分別對應設置於工作平臺的上料位置和下料位置，微鑽旋轉
機構3和高度調整機構4依次由上而下設置於旋轉工作檯2的側面檢測位置，側面測量機
構5和刃面測量機構6組成的視覺檢測裝置設置於工作平臺相應的視覺檢測位置。
所述的上料機構l包括入料機械手8、入料直線導軌9和上料盤部件10，其中入
料直線導軌9設置於工作平臺的X軸方向，入料機械手8設置於入料直線導軌9上，上料盤
部件10設置於工作平臺上，其中入料直線導軌9與上料盤部件10呈正交布置。 所述的下料機構7包括收料機械手11、收料直線導軌12、良品收料盤部件13和
次品收料盤部件14，其中收料直線導軌12設置於工作平臺的y軸方向並與入料直線導軌
9相垂直，收料機械手11設置於收料直線導軌12上，良品收料盤部件13和次品收料盤部件
14設置於工作平臺，二者間隔平行布置，並分別與收料直線導軌12呈正交布置。 所述的入料機械手8和收料機械手11均為三自由度氣動手爪，可沿運動軸直線往
返運動，並可垂直運動軸運動，同時手指能實現夾緊和放鬆動作，從而完成對微鑽的抓取和
放置，實現上、下料動作。 所述的微鑽旋轉機構3包括電機15、氣缸16、同步帶輪17、摩擦輪18，其中電機15的輸出軸與同步帶輪17同軸連接，同步帶輪17與摩擦輪18嚙合，氣缸16設置於側架並與滑臺連接，氣缸16桿通過滑臺控制摩擦輪18靠近或遠離微鑽。 所述的高度調整機構4包括電機19、精密絲槓組件20和螺母支架21，其中電機19的輸出軸與精密滾珠絲槓組件20同軸連接，螺母支架21設置於絲槓螺母並與微鑽旋轉機構3連接。 所述的旋轉工作檯2包括伺服電機(圖中未示出)、同步帶(圖中未示出)、微鑽氣動夾持機構22和分度旋轉平臺23，其中微鑽氣動夾持機構22設置於下料位置，伺服電機設置於工作平臺下，分度旋轉平臺23設置於工作平臺上，同步帶分別連接伺服電機和分度旋轉平臺23，實現工位轉換。 所述的微鑽氣動夾持機構22包括夾持氣缸24、導向杆25、工位觸頭26、壓輪27、夾持器28、立座(圖中未示出)、角架(圖中未示出)和彈簧29，其中夾持氣缸24設置於與立座連接的角架，導向杆25的兩端分別與夾持氣缸24和工位觸頭26相連接，工位觸頭26與壓輪27相接觸，壓輪27位於旋轉工作檯2上，工位觸頭26通過壓輪27使得彈簧29壓緊或放鬆，控制夾持器22夾緊放鬆。 所述的視覺檢測裝置由側面測量機構5和刃面檢測量機構6組成，該視覺監測裝置包括側面相機、側面鏡頭、側面同軸光源、側面背光源、刃面相機、刃面檢測鏡頭組件、刃面光源和兩個支架，其中兩個支架分別固定設置於旋轉工作檯2的相對兩側，側面相機、側面鏡頭及側面同軸光源設置於一個支架上，側面背光源設置於側面鏡頭前面，刃面相機、刃面光源及刃面檢測鏡頭組件設置於另 一個支架上。 微鑽在側面測量機構5進行側面參數檢測。微鑽氣動夾持機構22控制側面測量機構鬆開微鑽，微鑽旋轉機構3控制C軸旋轉使微鑽旋轉，同時上位機控制側面相機進行微鑽側面多角度圖像採集，圖像處理軟體計算微鑽側面幾何參數，並對微鑽軸向高度進行實時補償調整，通過控制微鑽高度調整機構4，把微鑽沿Z軸調整到一合適高度，使微鑽刃面在刃面測量機構成像清晰。 如圖2所示，側面檢測過程中，微鑽旋轉機構3和高度調整機構4具體操作過程是電機18驅動同步帶輪17旋轉帶動摩擦輪18轉動，氣缸16的氣缸16桿收回，摩擦輪18壓緊微鑽，摩擦輪18的轉動帶動微鑽轉動，進而實現微鑽的旋轉。電機19轉動帶動精密滾珠絲槓20轉動，使絲槓螺母上下直線運動，絲槓螺母與螺母支架21緊固在一起，可以帶動微鑽旋轉機構3整體上下運動，實現微鑽的上下移動。 側面檢測完成後，氣缸16的氣缸16桿伸出，摩擦輪18遠離微鑽，夾持器28夾緊微鑽，分度旋轉平臺23繼續旋轉把微鑽送到刃面測量機構5，刃面相機進行刃面圖像採集，圖像處理軟體計算微鑽刃面幾何參數。 如圖3所示，分度旋轉平臺23繼續旋轉把微鑽送到下料機構7，下料機構7鬆開
微鑽，根據微鑽在側面測量機構5和刃面測量機構6的檢測結果，上位機自動對微鑽進行分
類，並把分類結果發送到下位機，良品收料盤部件13和次品收料盒部件14分別沿U軸和P
軸完成良品收料盒和次品收料進給，下位機根據分類結果控制收料機械手11沿Y軸運動，
把微鑽從下料機構7取下並放置到相應的料盒——良品收料盒或次品收料盒。 4個工位的工作同時進行，如此往復循環，實現對微鑽進行快節拍高精度批量檢測
的目的。 本實施例工作過程如下驅動上料盤部件到達上料位置，入料機械手抓取上料盒內的微鑽，置於分度旋轉平臺的上料位置，分度旋轉平臺旋轉帶動微鑽到側面測量機構；微鑽在側面測量機構進行側面參數檢測，具體是微鑽旋轉1周，同時上位機進行微鑽側面多角度圖像採集，圖像處理軟體計算微鑽側面幾何參數，並對微鑽軸向高度進行實時補償調整，具體是通過控制微鑽高度調整機構，把微鑽調整到一合適高度，使微鑽刃面在刃面測量機構成像清晰；分度旋轉平臺繼續旋轉把微鑽送到刃面測量機構，進行刃面圖像採集和檢測；分度旋轉平臺繼續旋轉把微鑽送到下料機構，根據微鑽在側面測量機構和刃面測量機構的檢測結果，上位機自動對微鑽進行分類，並把分類結果發送到下位機，下位機根據分類結果控制收料機械手，把微鑽從下料機構取下並放置到相應的料盒——良品料盒或次品料
權利要求
一種PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，包括上料機構、旋轉工作檯、微鑽旋轉機構、高度調整機構、側面測量機構、刃面測量機構和下料機構，其特徵在於旋轉工作檯設置於工作平臺上，上料機構和下料機構分別對應設置於旋轉工作檯的上料位置和下料位置，微鑽旋轉機構和高度調整機構依次由上而下設置於旋轉工作檯的側面，側面測量機構和刃面測量機構分別設置於工作平臺相應的視覺檢測位置。
2. 根據權利要求1所述的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，其特徵是，所述 的上料機構包括入料機械手、入料直線導軌和上料盤部件，其中入料直線導軌設置於工 作平臺上，入料機械手設置於入料直線導軌上，上料盤部件設置於工作平臺上，其中入料直 線導軌與上料盤部件呈正交布置。
3. 根據權利要求1所述的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，其特徵是，所 述的下料機構包括收料機械手、收料直線導軌、良品收料盤部件和次品收料盤部件，其中 收料直線導軌設置於工作平臺上並與上料機構相垂直，收料機械手設置於收料直線導軌 上，良品收料盤部件和次品收料盤部件設置於工作平臺，二者間隔平行布置，並分別與收料 直線導軌呈正交布置。
4. 根據權利要求1所述的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，其特徵是，所述 的入料機械手和收料機械手均為三自由度氣動手爪，可沿運動軸直線往返運動，並可垂直 運動軸運動，同時手指能實現夾緊和放鬆動作，從而完成對微鑽的抓取和放置，實現上、下 料動作。
5. 根據權利要求1所述的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，其特徵是，所述的微鑽旋轉機構包括電機、氣缸、同步帶輪和摩擦輪，其中電機的輸出軸與同步帶輪同 軸連接，同軸帶輪與摩擦輪嚙合，氣缸設置於側架並與滑臺連接，氣缸杆通過滑臺控制摩擦 輪靠近或遠離微鑽。
6. 根據權利要求1所述的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，其特徵是，所述的高度調整機構包括電機、精密絲槓組件和螺母支架，其中電機的輸出軸與精密滾珠絲 槓組件同軸連接，螺母支架設置於絲槓螺母並與微鑽旋轉機構連接。
7. 根據權利要求1所述的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，其特徵是，所述的旋轉工作檯包括伺服電機、同步帶、微鑽氣動夾持機構和分度旋轉平臺，其中微鑽氣 動夾持機構設置於旋轉工作檯的下料位置，伺服電機設置於工作平臺下方，分度旋轉平臺 設置於工作平臺上，同步帶分別連接伺服電機和分度旋轉平臺，實現工位轉換。
8. 根據權利要求1所述的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，其特徵是，所述的微鑽氣動夾持機構包括夾持氣缸、導向杆、工位觸頭、壓輪、夾持器、立座、角架和彈簧， 其中夾持氣缸設置於與立座連接的角架，導向杆的兩端分別與夾持氣缸和工位觸頭相連 接，工位觸頭與壓輪相接觸，壓輪位於旋轉工作檯上，工位觸頭通過壓輪使得彈簧壓緊或放 松，控制夾持器夾緊放鬆。
9. 根據權利要求1所述的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，其特徵是，所述的視覺檢測裝置包括側面測量機構和刃面測量機構，其中側面相機、側面鏡頭、側面同軸 光源、側面背光源、刃面相機、刃面檢測鏡頭組件、刃面光源和兩個支架，其中兩個支架分 別固定設置於旋轉工作檯的相對兩側，側面相機、側面鏡頭及側面同軸光源設置於一個支 架上，側面背光源設置於側面鏡頭前面，刃面相機、刃面光源及刃面檢測鏡頭組件設置於旋轉工作檯另一個支架上'
全文摘要
一種刀具檢測技術領域的PCB板鑽孔用微型鑽針全自動質量檢測裝置，包括上料機構、旋轉工作檯、微鑽旋轉機構、高度調整機構、視覺檢測裝置和下料機構，其中上料機構、旋轉工作檯和下料機構分別對應設置於工作平臺的上料工位、旋轉工位和下料工位，微鑽旋轉機構和高度調整機構依次由上而下設置於旋轉工作檯的側面，視覺檢測裝置設置於工作平臺的視覺檢測工位，上料工位和旋轉工位位於同側，下料工位與上料工位位於工作平臺的兩端，視覺檢測工位與下料工位位於同側。本發明微鑽旋轉和高度調整機構能使微鑽同時實現周向旋轉和軸向的實時精密調整，能實時微調微鑽的軸向定位高度，保證刃面的成像質量和幾何參數測量精度。
文檔編號G01B11/00GK101706256SQ200910310129
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月20日 優先權日2009年11月20日
發明者劉冰, 吳丁雲, 柴運東, 許開州, 許黎明 申請人:上海交通大學