一种插件机视觉系统的制作方法
一种插件机视觉系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及元器件组装技术领域，尤其设及一种插件机视觉系统。
【背景技术】
[0002] 由于电子产品往小型化、轻质量与低能耗方向发展，电子组装技术经历了人工插 装、通孔插装（THT)和表面贴装（SMT)S代发展过程。然而一些元器件由于规格尺寸的问 题，无法实现自动化组装，不得不用人工组装，该类元器件统称为异型件。虽然该类元器件 数量较少，但却耗费了整体的总装时间，同时该类异型件在供料过程中还存在着定位不精 准、插件运动距离长、插装效率低的问题。
[0003] 因此，有必要提出一种能够实现自动化组装、缩短异型件插件运动距离、提高插装 效率的插件机视觉系统W解决上述问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是要提供一种插件机视觉系统，它能实现异型件的自 动化组装，并具有缩短异型件插件运动距离、提高插装效率的特点。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是；一种插件机视觉系统，包括异型件拾 取部件、设于异型件拾取部件上的定位机构、导轨、铺设于导轨上的印刷电路板、至少一个 供料盘、异型件检测装置、横梁和基座；
[0006] 所述异型件拾取部件装置于所述横梁上并能沿X轴方向移动；
[0007] 所述横梁架设于所述基座之上并能沿Y轴方向移动；
[000引所述印刷电路板能在所述导轨的带动下沿Y轴方向移动；
[0009] 所述异型件检测装置设于所述印刷电路板和所述供料盘之间，其数量至少为一 个。
[0010] 作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述定位机构包括下视相机和第 一光源补充器，所述第一光源补充器位于所述下视相机和所述印刷电路板之间。
[0011] 作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述异型件检测装置主要由上视 相机和第二光源补充器组成，所述第二光源补充器设于所述上视相机的上方。
[0012] 作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述异型件检测装置的数量为两 个，分别设于所述横梁的两侧。
[0013]作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述供料盘的数量为两个，分别 设于所述基座的两侧。
[0014] 作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述第一光源补充器和第二光源 补充器呈环状设计。
[0015] 本发明公开的一种插件机视觉系统，能使异型件的组装实现自动化，通过设置定 位机构实现插件位置的精准定位，通过设置异型件检测装置实现插件运动轨迹的优化，从 而缩短异型件插装过程的运动距离，达到提高插装效率的目的。
【附图说明】
[0016] 图1示出本发明一实施例的插件机视觉系统的结构示意图；
[0017] 图2示出定位机构的结构示意图；
[001引图3示出异型件检测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。
[0020] 图1示出本发明一实施例的插件机视觉系统的结构示意图，如图1所示，该插件机 视觉系统包括异型件拾取部件1、设于异型件拾取部件1上的定位机构2、导轨4、铺设于导 轨4上的印刷电路板3、至少一个供料盘5、异型件检测装置6、横梁7和基座8,异型件拾取 部件1装置于所述横梁7上并能沿X轴方向移动，横梁7架设于所述基座8之上并能沿Y 轴方向移动，印刷电路板3能在所述导轨4的带动下沿Y轴方向移动，异型件检测装置6设 于所述印刷电路板3和所述供料盘5之间，其数量至少为一个。
[0021] 如图2所示，在本实施例中，定位机构2包括下视相机201和第一光源补充器202， 第一光源补充器202位于下视相机201和印刷电路板3之间，通过设置第一光源补充器202 能起到补光作用，从而增强下视相机201的捕图效果，使定位机构2对印刷电路板3上的插 装位置更为精准定位。
[0022] 如图3所示，为了增加补光效果，增强上视相机601的捕图能力，本实施例中异型 件检测装置6主要由上视相机601和第二光源补充器602组成，第二光源补充器设于上视 相机601的上方。
[0023] 为了使补光范围更广、补光效果更为均匀，第一光源补充器202和第二光源补充 器602呈环状设计。
[0024] 为了优化异型件的插装路径，提高插装效率，剔除有缺陷的元器件，异型件检测装 置6的数量为两个，分别设于横梁7的两侧。通过增加异型件检测装置6的数量，可W使上 视相机601的数量同时增加，从而更快地捕捉到异型件603的空间位置，上位机接收到异 型件603的图片信息后将其与设定的模板进行匹配比对，匹配比对后发现有缺憾的异型件 603则抛弃重新拾取；匹配比对后认为没有缺憾的则依照设定的运动轨迹通过异型件拾取 部件1对异型件603进行位置调整补偿，从而优化插装路径，提高插装效率。
[0025] 为了方便插件机取件，本实施例中供料盘5的数量为两个，分别设于基座8的两 侦U，在别的实施例中可W按照生产实际需求增加数量不等的供料盘5,同时也可W参考元器 件的尺寸设计供料盘5的大小和安装位置。
[0026] 本发明提供的插件机视觉系统工作流程和原理如下：
[0027] 步骤一，导轨4带动印刷电路板3移动到设定位置，进行机械定位；
[002引步骤二，横梁7在基座8上沿Y轴方向一定，异型件拾取部件1在横梁7上沿X轴 方向移动，带动定位机构2移动到印刷电路板3上方的设定位置，采集印刷电路板3上的基 准点图片进行精确定位，从而使上位机获得每一个需要插装异型件603的具体位置信息。
[0029] 印刷电路板3上的基准点是标准固定化的，其定位原理如下：
[0030] 1)通过标定好的定位机构2对基准点进行图片采集；
[0031] 2)上位机对基准点图片进行图片去噪与边缘 提取；
[0032] 3)对基准点进行圆拟合，得到图像坐标系下圆屯、坐标值，根据标定结果将此坐标 值转换为插件机视觉系统坐标系下的坐标值；
[0033] 4)根据上述基准点在插件机视觉系统坐标系下的坐标值计算出所有印刷电路板 3上需插装或者贴装异形异型件的坐标值，即实现定位。
[0034] 在其他实施例中也可W使用匹配法进行基准点定位，在此不再累述。
[0035] 步骤=，横梁7在基座8上沿Y轴运动，异型件拾取部件1在横梁7上沿X轴方向 移动到供料盘5上方进行取料，即抓取异型件603,运动至异型件检测装置6的上方时并不 停止，此时触发上视相机601进行异型件603图片采集，实现飞拍。
[0036] 步骤四，上位机后台处理上视相机601采集到的异型件603图片，进行异型件位置 与缺陷检测。
[0037] 步骤五，将异型件603的图片信息与设定的模板进行匹配比对，如果发现异型件 603存有缺陷的则抛弃重新拾取，而对没有缺陷的异型件603插装时进行位置误差补偿并 最终将异型件603插装在印刷电路板3上的正确位置。
[003引在此需要说明的是，由于异型件的种类繁多，形状不一，本实施例采用模板匹配的 方法用已知模板t(x，y)去遍历待测异型件图像的每个像素点，检测模板与待测异型件图 像重合部分的相似度，依照具体生产工艺的要求设定一个阔值，如0. 9,如果大于或等于该 个阀值则判断为寻找到一个合格的异型件，如果低于该个阀值则判断所取的异型件为存有 缺陷的不合格品，则指令异型件拾取部件1将其抛弃重新拾取。
[0039] 异型件的检测过程为：
[0040] 1)对异型件检测装置6进行设置标定；
[0041] 2)摄取所需插装异型件的优质图片，建立模板；
[0042] 3)当异型件拾取部件1抓取异型件通过异型件检测装置6的上视相机601上方 时，摄取异型件图片，进行模板匹配；
[004引具体的模板匹配原理是；假设异型件的模板为T(m，n)，大小为M*N，待测异型件的 图像为I(i，如，大小为W地，模板图像自待测图像的左上角开始，按一定的运动规律，如先 旋转后平移，求二者的相似性，公式（1)为
[0044]
[0045] 其中i，j表示模板图像的原点在待测图像中运动到的位置。
[0046] 记录每次旋转与平移时得到的D(i，j)值，最后得到最小的D(i，j)值，此（i，j)位 置即为所匹配结果，再依据具体生产工艺要求设定一阔值D，当存在D(i，j)值小于此阔值D 时才认为图中存在目标异型件。之所W需要先旋转再平移，是因为异型件在图片中可能存 在角度偏转，且记录每次匹配时偏转的角度与对应的D值，最后得到最合适的D值所处的位 置时，直接提取其旋转角度就是所抓取异型件所偏转的角，当异型件插装时进行补偿即可。 在模板图像中，设置异型件某一引角所在的位置为匹配原点，当获得最佳的D值时，此引角 位置在检测图片中也就能获取。
[0047] 4)获得匹配结果，如匹配目标的旋转角度与模板图像原点所在的位置。最后，将所 得到的异型件位置信息通过已经标定的下视相机201投影到世界坐标系里，在异型件插装 时进行补偿，即可成功插装。
[0048] 本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明 限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描 述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理 解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1. 一种插件机视觉系统，其特征在于，包括异型件拾取部件、设于异型件拾取部件上的 定位机构、导轨、铺设于导轨上的印刷电路板、至少一个供料盘、异型件检测装置、横梁和基 座； 所述异型件拾取部件装置于所述横梁上并能沿X轴方向移动； 所述横梁架设于所述基座之上并能沿Y轴方向移动； 所述印刷电路板能在所述导轨的带动下沿Y轴方向移动； 所述异型件检测装置设于所述印刷电路板和所述供料盘之间，其数量至少为一个。2. 根据权利要求1所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述定位机构包括下视 相机和第一光源补充器，所述第一光源补充器位于所述下视相机和所述印刷电路板之间。3. 根据权利要求2所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述异型件检测装置主 要由上视相机和第二光源补充器组成，所述第二光源补充器设于所述上视相机的上方。4. 根据权利要求1所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述异型件检测装置的 数量为两个，分别设于所述横梁的两侧。5. 根据权利要求1所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述供料盘的数量为两 个，分别设于所述基座的两侧。6. 根据权利要求3所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述第一光源补充器和 第二光源补充器呈环状设计。
【专利摘要】本发明公开一种插件机视觉系统，包括异型件拾取部件、设于异型件拾取部件上的定位机构、导轨、铺设于导轨上的印刷电路板、至少一个供料盘、异型件检测装置、横梁和基座；所述异型件拾取部件装置于所述横梁上并能沿X轴方向移动；所述横梁架设于所述基座之上并能沿Y轴方向移动；所述印刷电路板能在所述导轨的带动下沿Y轴方向移动；所述异型件检测装置设于所述印刷电路板和所述供料盘之间，其数量至少为一个。本发明实现异型件组装的自动化，通过设置定位机构实现插件位置的精准定位，通过设置异型件检测装置实现插件运动轨迹的优化，从而缩短异型件插装过程的运动距离，达到提高插装效率的目的。
【IPC分类】H05K13/08
【公开号】CN104902739
【申请号】CN201510363726
【发明人】高健, 曾友, 陈新, 简川霞, 姜永军, 卜研, 岑誉, 汤晖, 陈云
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月25日
【技术领域】
[0001] 本发明设及元器件组装技术领域，尤其设及一种插件机视觉系统。
【背景技术】
[0002] 由于电子产品往小型化、轻质量与低能耗方向发展，电子组装技术经历了人工插 装、通孔插装（THT)和表面贴装（SMT)S代发展过程。然而一些元器件由于规格尺寸的问 题，无法实现自动化组装，不得不用人工组装，该类元器件统称为异型件。虽然该类元器件 数量较少，但却耗费了整体的总装时间，同时该类异型件在供料过程中还存在着定位不精 准、插件运动距离长、插装效率低的问题。
[0003] 因此，有必要提出一种能够实现自动化组装、缩短异型件插件运动距离、提高插装 效率的插件机视觉系统W解决上述问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是要提供一种插件机视觉系统，它能实现异型件的自 动化组装，并具有缩短异型件插件运动距离、提高插装效率的特点。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是；一种插件机视觉系统，包括异型件拾 取部件、设于异型件拾取部件上的定位机构、导轨、铺设于导轨上的印刷电路板、至少一个 供料盘、异型件检测装置、横梁和基座；
[0006] 所述异型件拾取部件装置于所述横梁上并能沿X轴方向移动；
[0007] 所述横梁架设于所述基座之上并能沿Y轴方向移动；
[000引所述印刷电路板能在所述导轨的带动下沿Y轴方向移动；
[0009] 所述异型件检测装置设于所述印刷电路板和所述供料盘之间，其数量至少为一 个。
[0010] 作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述定位机构包括下视相机和第 一光源补充器，所述第一光源补充器位于所述下视相机和所述印刷电路板之间。
[0011] 作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述异型件检测装置主要由上视 相机和第二光源补充器组成，所述第二光源补充器设于所述上视相机的上方。
[0012] 作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述异型件检测装置的数量为两 个，分别设于所述横梁的两侧。
[0013]作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述供料盘的数量为两个，分别 设于所述基座的两侧。
[0014] 作为上述一种插件机视觉系统的一种优选方案，所述第一光源补充器和第二光源 补充器呈环状设计。
[0015] 本发明公开的一种插件机视觉系统，能使异型件的组装实现自动化，通过设置定 位机构实现插件位置的精准定位，通过设置异型件检测装置实现插件运动轨迹的优化，从 而缩短异型件插装过程的运动距离，达到提高插装效率的目的。
【附图说明】
[0016] 图1示出本发明一实施例的插件机视觉系统的结构示意图；
[0017] 图2示出定位机构的结构示意图；
[001引图3示出异型件检测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。
[0020] 图1示出本发明一实施例的插件机视觉系统的结构示意图，如图1所示，该插件机 视觉系统包括异型件拾取部件1、设于异型件拾取部件1上的定位机构2、导轨4、铺设于导 轨4上的印刷电路板3、至少一个供料盘5、异型件检测装置6、横梁7和基座8,异型件拾取 部件1装置于所述横梁7上并能沿X轴方向移动，横梁7架设于所述基座8之上并能沿Y 轴方向移动，印刷电路板3能在所述导轨4的带动下沿Y轴方向移动，异型件检测装置6设 于所述印刷电路板3和所述供料盘5之间，其数量至少为一个。
[0021] 如图2所示，在本实施例中，定位机构2包括下视相机201和第一光源补充器202， 第一光源补充器202位于下视相机201和印刷电路板3之间，通过设置第一光源补充器202 能起到补光作用，从而增强下视相机201的捕图效果，使定位机构2对印刷电路板3上的插 装位置更为精准定位。
[0022] 如图3所示，为了增加补光效果，增强上视相机601的捕图能力，本实施例中异型 件检测装置6主要由上视相机601和第二光源补充器602组成，第二光源补充器设于上视 相机601的上方。
[0023] 为了使补光范围更广、补光效果更为均匀，第一光源补充器202和第二光源补充 器602呈环状设计。
[0024] 为了优化异型件的插装路径，提高插装效率，剔除有缺陷的元器件，异型件检测装 置6的数量为两个，分别设于横梁7的两侧。通过增加异型件检测装置6的数量，可W使上 视相机601的数量同时增加，从而更快地捕捉到异型件603的空间位置，上位机接收到异 型件603的图片信息后将其与设定的模板进行匹配比对，匹配比对后发现有缺憾的异型件 603则抛弃重新拾取；匹配比对后认为没有缺憾的则依照设定的运动轨迹通过异型件拾取 部件1对异型件603进行位置调整补偿，从而优化插装路径，提高插装效率。
[0025] 为了方便插件机取件，本实施例中供料盘5的数量为两个，分别设于基座8的两 侦U，在别的实施例中可W按照生产实际需求增加数量不等的供料盘5,同时也可W参考元器 件的尺寸设计供料盘5的大小和安装位置。
[0026] 本发明提供的插件机视觉系统工作流程和原理如下：
[0027] 步骤一，导轨4带动印刷电路板3移动到设定位置，进行机械定位；
[002引步骤二，横梁7在基座8上沿Y轴方向一定，异型件拾取部件1在横梁7上沿X轴 方向移动，带动定位机构2移动到印刷电路板3上方的设定位置，采集印刷电路板3上的基 准点图片进行精确定位，从而使上位机获得每一个需要插装异型件603的具体位置信息。
[0029] 印刷电路板3上的基准点是标准固定化的，其定位原理如下：
[0030] 1)通过标定好的定位机构2对基准点进行图片采集；
[0031] 2)上位机对基准点图片进行图片去噪与边缘 提取；
[0032] 3)对基准点进行圆拟合，得到图像坐标系下圆屯、坐标值，根据标定结果将此坐标 值转换为插件机视觉系统坐标系下的坐标值；
[0033] 4)根据上述基准点在插件机视觉系统坐标系下的坐标值计算出所有印刷电路板 3上需插装或者贴装异形异型件的坐标值，即实现定位。
[0034] 在其他实施例中也可W使用匹配法进行基准点定位，在此不再累述。
[0035] 步骤=，横梁7在基座8上沿Y轴运动，异型件拾取部件1在横梁7上沿X轴方向 移动到供料盘5上方进行取料，即抓取异型件603,运动至异型件检测装置6的上方时并不 停止，此时触发上视相机601进行异型件603图片采集，实现飞拍。
[0036] 步骤四，上位机后台处理上视相机601采集到的异型件603图片，进行异型件位置 与缺陷检测。
[0037] 步骤五，将异型件603的图片信息与设定的模板进行匹配比对，如果发现异型件 603存有缺陷的则抛弃重新拾取，而对没有缺陷的异型件603插装时进行位置误差补偿并 最终将异型件603插装在印刷电路板3上的正确位置。
[003引在此需要说明的是，由于异型件的种类繁多，形状不一，本实施例采用模板匹配的 方法用已知模板t(x，y)去遍历待测异型件图像的每个像素点，检测模板与待测异型件图 像重合部分的相似度，依照具体生产工艺的要求设定一个阔值，如0. 9,如果大于或等于该 个阀值则判断为寻找到一个合格的异型件，如果低于该个阀值则判断所取的异型件为存有 缺陷的不合格品，则指令异型件拾取部件1将其抛弃重新拾取。
[0039] 异型件的检测过程为：
[0040] 1)对异型件检测装置6进行设置标定；
[0041] 2)摄取所需插装异型件的优质图片，建立模板；
[0042] 3)当异型件拾取部件1抓取异型件通过异型件检测装置6的上视相机601上方 时，摄取异型件图片，进行模板匹配；
[004引具体的模板匹配原理是；假设异型件的模板为T(m，n)，大小为M*N，待测异型件的 图像为I(i，如，大小为W地，模板图像自待测图像的左上角开始，按一定的运动规律，如先 旋转后平移，求二者的相似性，公式（1)为
[0044]
[0045] 其中i，j表示模板图像的原点在待测图像中运动到的位置。
[0046] 记录每次旋转与平移时得到的D(i，j)值，最后得到最小的D(i，j)值，此（i，j)位 置即为所匹配结果，再依据具体生产工艺要求设定一阔值D，当存在D(i，j)值小于此阔值D 时才认为图中存在目标异型件。之所W需要先旋转再平移，是因为异型件在图片中可能存 在角度偏转，且记录每次匹配时偏转的角度与对应的D值，最后得到最合适的D值所处的位 置时，直接提取其旋转角度就是所抓取异型件所偏转的角，当异型件插装时进行补偿即可。 在模板图像中，设置异型件某一引角所在的位置为匹配原点，当获得最佳的D值时，此引角 位置在检测图片中也就能获取。
[0047] 4)获得匹配结果，如匹配目标的旋转角度与模板图像原点所在的位置。最后，将所 得到的异型件位置信息通过已经标定的下视相机201投影到世界坐标系里，在异型件插装 时进行补偿，即可成功插装。
[0048] 本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明 限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描 述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理 解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
【主权项】
1. 一种插件机视觉系统，其特征在于，包括异型件拾取部件、设于异型件拾取部件上的 定位机构、导轨、铺设于导轨上的印刷电路板、至少一个供料盘、异型件检测装置、横梁和基 座； 所述异型件拾取部件装置于所述横梁上并能沿X轴方向移动； 所述横梁架设于所述基座之上并能沿Y轴方向移动； 所述印刷电路板能在所述导轨的带动下沿Y轴方向移动； 所述异型件检测装置设于所述印刷电路板和所述供料盘之间，其数量至少为一个。2. 根据权利要求1所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述定位机构包括下视 相机和第一光源补充器，所述第一光源补充器位于所述下视相机和所述印刷电路板之间。3. 根据权利要求2所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述异型件检测装置主 要由上视相机和第二光源补充器组成，所述第二光源补充器设于所述上视相机的上方。4. 根据权利要求1所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述异型件检测装置的 数量为两个，分别设于所述横梁的两侧。5. 根据权利要求1所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述供料盘的数量为两 个，分别设于所述基座的两侧。6. 根据权利要求3所述的一种插件机视觉系统，其特征在于，所述第一光源补充器和 第二光源补充器呈环状设计。
【专利摘要】本发明公开一种插件机视觉系统，包括异型件拾取部件、设于异型件拾取部件上的定位机构、导轨、铺设于导轨上的印刷电路板、至少一个供料盘、异型件检测装置、横梁和基座；所述异型件拾取部件装置于所述横梁上并能沿X轴方向移动；所述横梁架设于所述基座之上并能沿Y轴方向移动；所述印刷电路板能在所述导轨的带动下沿Y轴方向移动；所述异型件检测装置设于所述印刷电路板和所述供料盘之间，其数量至少为一个。本发明实现异型件组装的自动化，通过设置定位机构实现插件位置的精准定位，通过设置异型件检测装置实现插件运动轨迹的优化，从而缩短异型件插装过程的运动距离，达到提高插装效率的目的。
【IPC分类】H05K13/08
【公开号】CN104902739
【申请号】CN201510363726
【发明人】高健, 曾友, 陈新, 简川霞, 姜永军, 卜研, 岑誉, 汤晖, 陈云
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月25日
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