基于圖像定位的自動點膠機系統設計

彭雄良+師君+吳秋霞++湯磊

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.158

摘 要：該文主要介紹基于圖像定位的自動點膠機系統的相關設計技術，主要包括系統整體方案設計、自動微調系統設計、XYZ軸的運動控制模塊設計、供圖形測量數顯系統設計、嵌入式結構設計等。該自動點膠機能夠極大地提高我國電子產品的數量和質量。

關鍵詞：圖像定位 自動點膠機 運動模組 圖形測量

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0158-02

在所有的制造工序中，點膠工序不僅占用的工人最多、費的工時最長，工人的工作條件也是最惡劣的。同時它也是影響電子產品質量的重要因素之一。現階段，大部分點膠工作都是由工人手工完成的，無法保證點膠的質量，不合格的涂膠不僅破壞電子產品的品質、美觀，還會造成脫膠，引起事故。為了提高電子產品點膠的均勻性、一致性、快速性，應大力研究和推廣提高點膠工序的自動化程度。該文介紹一種新型的基于圖像定位的自動點膠機，它適用于點、直線、圓弧以及任意不規則產品的點膠、涂膠，其運動參數下載方便，可直接輸入運行參數進行編程[1]。

1 點膠機系統的整體設計方案

根據合作公司對自動點膠機工藝具體要求，該文研究的基于圖像定位的自動點膠機主要由機械部分、運動電機、運動控制系統、圖像測量數顯系統、計算機相關硬件設備和軟件構成，其結構示意圖如圖1所示。其中，機械部分主要是一個（X、Y、Z）坐標的三自由度傳動機構，通過機械的移動可以把膠頭定位到空間任一三維坐標。每個坐標軸上安裝一個伺服電機，運動控制器控制電機轉動，電機帶動機械運動。每個坐標軸均采用線性導軌和研磨級絲桿以及伺服電機共同構成一個運動模組。圖像測量數顯系統包括LED光源和CCD鏡頭，CCD鏡頭模塊對點膠目標轉化為圖像信號，傳送給計算機系統，經過圖像算法處理，與事先存儲的圖像特征進行比較，獲取正確的點膠位置[2]。

2 新型自動微調系統的設計

為提高自動點膠機的點膠位置精度，項目設計了新型點膠閥微調系統，其系統結構圖如圖2所示。通過編程，XYZ三軸運動模組移動產品至大體點膠位置，將膠桶直接放入供膠模組內，通過向供膠模組內注入高壓，將膠桶內膠壓出膠桶，實現對膠閥平穩、連續的供膠。CCD鏡頭模塊對點膠對象進行圖像采集，對每個對象的mark點進行視覺對位，再由電腦計算mark點偏移尺寸，如圖3所示。根據計算得出的mark點偏移，利用膠閥微調模組，對兩個膠閥的XYZ相對位置進行自動補正和精確調整，從而保證點膠位置精準。

3 XYZ軸的運動控制模塊

XYZ軸的運動控制模塊均由智能控制系統連接電機和伺服系統構成，其電氣圖如圖4所示。智能控制系統通過圖像識別結果和程序對XYZ軸的點膠位置進行控制。在進行加工任務時，X軸使旋轉臺左右移動，將旋轉臺中心X值移動到與膠頭X坐標相同，同時利用X軸可提高相機標定的精度；Y軸可使旋轉臺前后移動，在膠頭出膠的任意時刻，Y軸移動可使攝像頭和膠頭相對位置不發生變化，這樣可確保膠水沒有外漏；Z軸主要負責膠頭的上下垂直運動，出膠前后需要膠頭的位置比出膠時的位置稍微高一些。三個直線軸均采用伺服電機進行驅動。

4 圖形測量數顯系統設計

圖形測量數顯系統主要包括影像顯示模塊、測量模塊、記錄模塊、數據分析模塊，其中影像顯示模塊是基礎，測量模塊是主體，分析模塊是手段，它們與記錄模塊以及報表輸出模塊構成了該系統的整體框架。影像顯示模塊用于捕捉工件影像，顯示工件各個部分的結構；測量模塊是利用幾何圖形測量工具對影像顯示模塊中顯示的工件影像進行形位測量；記錄模塊則記錄測量模塊所測得的結果，以圖形和數據的形式顯示出來，并以DXF文件格式記錄測量程序，可實現自動測量；數據分析模塊對記錄模塊中所記錄的測量數據進行分析與其他類似的系統相比，該系統為模塊化設計，具有很高的移植性以及更高效率。并且該系統還具有自動對焦、SPC數據分析、自動光源控制等功能，測量精度在5u范圍內。

5 嵌入式結構設計

目前，大多數點膠機都是獨立于客戶已有的生產線的設備。為與客戶現有標準流水生產線直接連接，完成對產品的自動點膠工作，本項目采用嵌入式結構進行設計，可直接安裝與客戶流水線上。產品可通過治具頂緊模組、產品壓緊模組和快速拔料模組與標準生產線相連接。模組初始狀態治具擋位導桿升起，阻擋來料治具，治具檢測光電開關檢測到治具到位后，模組頂升氣缸動作，治具頂升基板將來料治具頂起，脫離原有流水生產線（避免因原有流水生產線不平，對產品點膠工序的影響），等待點膠模組完成治具上產品點膠工作，點膠完成后，模組頂升氣缸下降，治具擋位氣缸下降，產品重新回到原有流水生產線上，流向下一工位。限于篇幅，不再對產品壓緊模組和快速拔料模組進行說明。

6 結語

本項目產品行程序絲杠測試、自動復位測試、壓墊噴閥測試后，與業界當前技術指標數據對比如表1所示。

通過對比，可以看出本項目自主研發的基于圖像處理技術的高性能自動化點膠機，精度較高、定位較準，能夠極大地提高我國電子產品的數量和質量，具有深遠的意義。東莞有數量眾多的電子廠，以每家電子廠配置2～3臺該點膠機為參考，將會為東莞創造數百億的產值。

參考文獻

[1] 項羅毅.自動點膠技術在功率模塊快速封裝中的應用[J].裝備制造技術，2015（1）：175-176.

[2] 何勰緋.基于工業PC的取料機械手控制系統[J].工業控制計算機，2009（7）：6-7.