CN102928430B - 五轴运动定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五轴运动定位系统，包括：机箱外壳、光学照明装置、五轴移动装置、控制器以及传送机。有效的解决了现有技术中受自身生理因素的限制，人工检测方式效率低、漏检率高、主观性强、易受外界干扰，难以满足PCB元器件准确、可靠、重复性高的检测要求。

Description

五轴运动定位系统

技术领域

本发明涉及机械自动化领域，更具体的说，是涉及一种五轴运动定位系统。

背景技术

智能电能表是一种新型全电子式电能表，具有电能量计量、实时监控、自动控制、信息交互及数据交互等功能，方便用户准确迅速地了解家庭的用电情况，制定节能计划。智能电能表是智能电网（特别是智能配电网）数据采集的重要基础设备，对于电网实现信息化、自动化、互动化具有重要支撑作用，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务，是实现信息集成、分析优化和信息展现的基础，从而提高电力企业的经营效率、促进节能减排，增强电力系统的稳定性。

印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)是构成智能电能表的核心部件，是承载各种电子元器件的母体，每个智能电能表均有一块PCB及大量的元器件，如电阻、电容、电感、集成芯片等等，这些元器件主要以表面贴装技术(Surface Mount Technology，SMT)及插孔式安装技术焊接在PCB板上。

PCB及其元器件的检测在智能电能表生产过程中直接关系到产品的合格率，检测尤其重要。由于生产现场的各种环境因素的影响，加工制造过程中各种误差的存在，电路板在生产制造过程中有可能产生各种各样的缺陷，比如电路板上组件缺失、偏移以及错件等，这样必然会影响产品的质量和安全。对电路板进行实时检测，实时结果分析和及时差错纠正，可以避免废品、改善质量、降低损耗。

传统的检测方法主要有人工检测，电测试和X射线测试方式。人工检测方式最方便、实用、适应性最强的一种检测方式。它依靠人眼加放大镜（5-40倍左右）进行PCB元器件的检查工作。受自身生理因素的限制，人工检测方式效率低、漏检率高、主观性强、易受外界干扰，难以满足PCB元器件准确、可靠、重复性高的检测要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种五轴运动定位系统，用以解决现有的人工检测方式效率低、漏检率高、主观性强、PCB板检测易受外界干扰的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种五轴运动定位系统，包括：

机箱外壳；

设置在所述机箱外壳内侧顶部，用于为待检测PCB板提供照明环境的光学照明装置；

设置在所述光学照明装置下方的，用于固定待检测PCB板，并实现五轴运动的五轴移动装置；

与所述五轴移动装置相连，用于根据外界计算机的信号控制所述五轴移动装置进行相应的五轴运动的控制器；

设置在所述五轴移动装置的下方，用于传送带检测PCB板的传送机。

优选的，还包括：

设置在所述五轴移动装置上的，用于放置待检测PCB板并设置有多个螺纹孔的载物台。

优选的，还包括：

设置在所述载物台上，用于调节待检测PCB板呈不同位置关系的PCB板安装装置。

优选的，所述PCB板安装装置包括：

底板；

设置在所述底板一端的第一定位杆；

设置在所述底板另一端的第一支撑杆以及第二支撑杆；

设置在所述第一支撑杆以及所述第二支撑杆上方的调节片；

设置在所述调节片上方，且与所述第一定位杆平行设置的第二定位杆；

设置在所述底板下方的，用于保证待检测PCB板在被输送至检测平台时按照预定方向运动的导向条。

优选的，还包括用于夹紧待检测PCB板的磁性夹紧装置。

优选的，所述传送机为U形带式输送机、管形带式输送机、气垫式带输送机、钢绳牵引带式输送机、压带式带输送机或QD80轻型固定式带输送机。

优选的，所述五轴移动装置包括：

根据所述控制器产生的电信号转换为角位移的步进电机。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种五轴运动定位系统，包括：机箱外壳、光学照明装置、五轴移动装置、控制器以及传送机。有效的解决了现有技术中受自身生理因素的限制，人工检测方式效率低、漏检率高、主观性强、易受外界干扰，难以满足PCB元器件准确、可靠、重复性高的检测要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种五轴运动定位系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种传送机的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种五轴定位装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种载物台的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种磁性夹紧装置的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种PCB板安装装置的示意图。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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。

实施例一

请参阅附图1，为本发明实施例提供的一种五轴运动定位系统的结构示意图，包括：

机箱外壳；

设置在所述机箱外壳内侧顶部，用于为待检测PCB板提供照明环境的光学照明装置；

设置在所述光学照明装置下方的，用于固定待检测PCB板，并实现五轴运动的五轴移动装置；

与所述五轴移动装置相连，用于根据外界计算机的信号控制所述五轴移动装置进行相应的五轴运动的控制器；

设置在所述五轴移动装置的下方，用于传送带检测PCB板的传送机。

本发明提供了一种五轴运动定位系统，包括：机箱外壳、光学照明装置、五轴移动装置、控制器以及传送机。采用自动化的控制过程，有效的解决了现有技术中受自身生理因素的限制，人工检测方式效率低、漏检率高、主观性强、易受外界干扰，难以满足PCB元器件准确、可靠、重复性高的检测要求。

实施例二

在上述实施例一的基础上，本实施例除了包括：机箱外壳；设置在所述机箱外壳内侧顶部，用于为待检测PCB板提供照明环境的光学照明装置；设置在所述光学照明装置下方的，用于固定待检测PCB板，并实现五轴运动的五轴移动装置；与所述五轴移动装置相连，用于根据外界计算机的信号控制所述五轴移动装置进行相应的五轴运动的控制器；设置在所述五轴移动装置的下方，用于传送带检测PCB板的传送机外，本发明还提供了载物台，该载物台设置在所述五轴移动装置上的，用于放置待检测PCB板并设置有多个螺纹孔，如图3所示。

需要说明的是，所述载物台用来放置PCB板，由于PCB板的尺寸大小不一致，所以按照PCB板最大尺寸来设计载物台的尺寸，优先取尺寸为300mm×250mm。为了方便安装PCB板磁性吸紧装置和顺利引导PCB板安装装置在载物台占有正确的位置，在上面打5行6列共30个螺纹孔，间距为50mm。其中图3只是为了举例说明，螺纹孔的数量以及载物台的尺寸可以根据实际需要进行设定，均在本发明的保护范围之内。

优选的，还包括设置在所述载物台上，用于调节待检测PCB板呈不同位置关系的PCB板安装装置。所述PCB板安装装置如图6所示，可以包括：

底板；

设置在所述底板一端的第一定位杆；

设置在所述底板另一端的第一支撑杆以及第二支撑杆；

设置在所述第一支撑杆以及所述第二支撑杆上方的调节片；

设置在所述调节片上方，且与所述第一定位杆平行设置的第二定位杆；

设置在所述底板下方的，用于保证待检测PCB板在被输送至检测平台时按照预定方向运动的导向条。

现结合附图，对PCB板安装装置进行简要说明，其中，PCB板安装装置是用来安装PCB板的，由于各种电能表PCB板的尺寸大小不一样，而且上面的电阻、电容等元器件的高度也不相等，位置排列也不同，所以，不能直接把电能表PCB板放在载物台上；另外，电能表PCB板是通过皮带传送机输送到载物台上，安装装置能够安装不同大小的PCB板，并能在皮带传送机上输送。

所述PCB板安装装置的安装方法如下：

PCB板通过其上的定位孔安放在长定位杆2、短定位杆5上，短定位杆5和调节片3通过螺纹来连接；调节片3放在支撑杆4和6上，调节片3上有长槽，可以调整距离；底板1上有有10行*10列直径为5mm的螺纹孔，用来安装长定位杆2和支撑杆4和6。导向条7在PCB板安装装置被输送到检测平台时用于保证正确运动方向。

本发明提供的PCB板安装装置能安放不同尺寸大小的PCB板，使系统更具通用性，实现PCB的正确摆放。

实施例三

请参阅图5，在上述本发明提供的实施例的基础上，优选的，还包括用于夹紧待检测PCB板的磁性夹紧装置。

发明人考虑到PCB板通过安装装置被输送到载物台后，运动定位平台要运动到检测的位置，另外，在检测过程中，载物台还要旋转和摆动，所以PCB板安装装置在载物台上需要保持不动，即需要夹紧。

夹紧的方式主要有手动、气压、液压、电动、电磁、磁力、真空吸力等等。随着机械制造工业的迅速发展，自动化和半自动化设备的推广，以及在大批量生产中要求尽量减轻操作人员的劳动强度，现在大多采用气动、液压等夹紧来代替人力夹紧，这类夹紧机构还能进行远距离控制，其夹紧力可保持稳定，机构也不必考虑自锁，夹紧质量也比较高。

现对各种夹紧方式进行简单介绍：

1、手动

选用手动方式的夹紧装置一定要具有可靠的自锁性能以及较小的原始作用力，所以手动夹紧装置多用于螺栓螺母施力机构和偏心施力机构的夹紧装置。设计这种夹紧装置时，应考虑操作者体力和情绪的波动对夹紧力的大小波动的影响。

2、气动

气动方式的动力源介质是空气，所以不会变质和不产生污染，且在管道中的压力损失小，但气压较低，一般为0.4~0.6MPa，当需要较大的夹紧力时，气缸就要很大，致使夹紧装置结构不紧凑。另外，由于空气的压缩性大，所以夹紧装置的刚度和稳定性较差。此外，还有较大的排气噪声。

3、液压

液压夹紧装置是利用液压油为工作介质来传力的一种装置。它与气动夹紧方式比较，液压夹紧机构具有压力大、体积小、结构紧凑、夹紧力稳定、吸振能力强、不受外力变化的影响等优点。但结构比较复杂、制造成本较高，因此仅适用于大量生产。液压夹紧的传动系统与普通液压系统类似，但系统中常设有蓄能器，用以储蓄压力油，以提高液压泵电动机的使用效率。在工件夹紧后，液压泵电动机可停止工作，靠蓄能器补偿漏油，保持夹紧状态。

4、气-液组合

气-液组合夹紧装置的动力源为压缩空气，但要使用特殊的增压器，比气动夹紧装置复杂。

5、电动电磁

电动扳手和电磁吸盘都属于硬特性动力源，在流水作业线常采用电动扳手代替手动，不仅提高生产效率，而且克服手动时施力的波动，并减轻工人的劳动强度，是获得稳定夹紧力的方法之一。

6、磁力

磁力夹紧装置利用高性能的磁体材料，吸力大，体积小，自重轻，操作安全方便。由于不需要电源，磁力夹紧装置的整体结构简单。

在设计夹紧装置时，除了考虑所采用的夹紧方式外，还要考虑使用的经济效益，不仅应使动力源设施的投资减少，而且应使夹紧结构简化，降低成本。根据以上分析，结合具体要求，本项目采用磁力夹紧装置。其结构如图5所示，工作原理如下：

PCB板安装装置由输送机送到载物台1，在运动过程中，沿着二块位置导向块6和9，逐渐从左到右，被强力磁铁5紧紧吸住。位置导向块6和9分别由内六角螺钉7、8和10、11连接在平台1上，磁性条5粘在挡块2上，挡块2由内六角螺钉3、4连接在载物台1上。

优选的，所述传送机为U形带式输送机、管形带式输送机、气垫式带输送机、钢绳牵引带式输送机、压带式带输送机或QD80轻型固定式带输送机。

优选的，所述五轴移动装置包括：

根据所述控制器产生的电信号转换为角位移的步进电机。

综上所述：本发明提供的五轴定位运动系统，通过伺服电机驱动安装在机箱内的驱动轴使其按一定位移在X，Y及Z轴移动，以一定角度进行水平旋转及特定角度改变平台水平角度（俯角/仰角）。除此，可以采用高速CCD对驱动轴平台上的电能表PCB进行摄像并进行图像后处理，并对板上的元器件进行定位及识别。建立标准PCB板的样本库，然后将采集的待测PCB与标准样本库进行比较分析，实现缺陷检测及元器件定位检测。可实现正面板上的元器件识别及从侧面对元器件进行检测。有效的解决了现有技术中受自身生理因素的限制，人工检测方式效率低、漏检率高、主观性强、易受外界干扰，难以满足PCB元器件准确、可靠、重复性高的检测要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种五轴运动定位系统，其特征在于，包括：

机箱外壳；

设置在所述机箱外壳内侧顶部，用于为待检测PCB板提供照明环境的光学照明装置；

设置在所述光学照明装置下方的，用于固定待检测PCB板，并实现五轴运动的五轴移动装置；

与所述五轴移动装置相连，用于根据外界计算机的信号控制所述五轴移动装置进行相应的五轴运动的控制器；

设置在所述五轴移动装置的下方，用于传送带检测PCB板的传送机；

设置在所述五轴移动装置上的，用于放置待检测PCB板并设置有多个螺纹孔的载物台；

设置在所述载物台上，用于调节待检测PCB板呈不同位置关系的PCB板安装装置；

其中，所述PCB板安装装置包括：

底板；

设置在所述底板一端的第一定位杆；

设置在所述底板另一端的第一支撑杆以及第二支撑杆；

设置在所述第一支撑杆以及所述第二支撑杆上方的调节片；

设置在所述调节片上方，且与所述第一定位杆平行设置的第二定位杆；

设置在所述底板下方的，用于保证待检测PCB板在被输送至检测平台时按照预定方向运动的导向条。

2.根据权利要求1所述的五轴运动定位系统，其特征在于，还包括用于夹紧待检测PCB板的磁性夹紧装置。

3.根据权利要求1所述的五轴运动定位系统，其特征在于，所述传送机为U形带式输送机、管形带式输送机、气垫式带输送机、钢绳牵引带式输送机、压带式带输送机或QD80轻型固定式带输送机。

4.根据权利要求1所述的五轴运动定位系统，其特征在于，所述五轴移动装置包括：

根据所述控制器产生的电信号转换为角位移的步进电机。