自动化贴片机的制作方法

本发明涉及贴片装置，具体为一种具有机械手的自动化贴片机。

背景技术

在电子元器件加工过程中，需要贴合电阻、电容类电子元器件，这就是通常所说的贴片工序；根据产品性质的不同，贴片工作通常是采用人工贴合或机器贴合。人工贴合的效率较低，且耗费的人力成本较高，限制了元器件生产厂商的出货量以及成本的控制。现有贴片机的采购成本及维护成本较高，且贴合的不良率较高，并且现有的贴片机只有一个操作元件，这就使得其生产效率仍然不能满足大规模集成化生产的要求。

现有的一种贴片机主要是针对扁平形状的ic自动化贴片设计的一种自动化机器，这种设备大都采用真空吸嘴从料站拾取ic，然后用龙门式3轴机构将ic原件搬运至预定位置，贴装在pcb上，完成。但是这种贴片机的龙门式结构形式的搬运机构，在设计时在设计时为了提高运行速度，普遍将z轴行程做的很短，可用行程普遍小于15mm,这导致贴片机只用应用场景很小，只适用于扁平形状的ic。

另外，现有贴片机的上料方案是：在搬运机构的运动范围内设计了很多个固定位置的料站，拾取同种物料时，贴片机的贴片机每次都到相同位置去拾取，然后再到上视摄像头上分纠偏，再贴装。这种上料方式，需要有专用的上料设备或机构，将物料输送至固定位置，对于大批量生产的物料，没有什么问题，但对于小批量试产的项目，特别是异形元件，则就需要设计专门上料设备或夹具，成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种成本较低、方便各种工况使用的自动化贴片机。

为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种自动化贴片机，包括用于放置工件的工作台以及设置于工作台上的机械手装置，所述机械手装置包括拾取装置以及带动拾取装置运动的机械臂，所述自动化贴片机还包括上视觉单元和下视觉单元，所述上视觉单元用于判断工件位置，所述拾取装置根据上视觉单元得到的工具位置信息拾取工件，所述拾取装置在拾取工件之后运动至下视觉单元的视角范围内，所述下视觉单元采集拾取装置所拾取的工件影像，并根据工件影像将工件初始位置信息校准为工件当前位置信息，拾取装置依照工件当前位置信息继续运动以完成工件的转运，所述拾取装置包括拾取座以及安装在拾取座上的多个拾取头，所述拾取座可拆卸的连接于所述机械臂的末端。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述机械手装置设置多个，沿着所述工作台的纵长方向呈一字型排列。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述机械手装置设置多个，围绕所述工坐台的中心间隔排列。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述拾取头构造为吸嘴，所述机械臂1上设有气嘴以及连通气嘴的气流通道，所述吸嘴连通所述气流通道，所述气嘴通过空气阀连接到真空源。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述吸嘴设置多个，围绕拾取座中心间隔排列或沿着拾取座呈一字型排列。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述多个吸嘴之间的间距可调。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述拾取头构造为夹爪，所述拾取座连接驱动气缸，所述夹爪在驱动气缸的作用下沿着拾取座的预定轨道移动以张开或者聚拢。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述夹爪连接弹性元件，所述弹性元件沿着使夹爪张开或者聚拢的方向偏压所述夹爪。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述上视觉单元包括两个上视摄像头以及连接所述两个上视摄像头的计算模块，所述两个上视摄像头设置在所述机械臂的末端的上端面上，所述两个上视摄像头获取工件的影像，所述计算模块根据工件的影像位置计算出机械臂带动拾取装置运动到对应工件位置的路径。

作为本发明一实施例的进一步改进，所述下视觉单元还包括校准模块、设置于工作台的底照摄像头以及设置于工作台上且位于底照摄像头上部的底照光源，所述拾取装置带动拾取的工件运动至底照摄像头的视角范围内；所述底照摄像头在所述底照光源的作用下拍摄采集所拾取到的工件影像，所述校准模块根据工件影像将工件初始位置信息校准为工件当前位置信息，所述拾取装置依照工件当前位置信息继续运动以完成工件的转运投放。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：本发明的自动化贴片机既可以贴常规ic元件又可以贴异形件，还可以贴大尺寸ic元件，适用于不同的工况，提升工作效率。

附图说明

图1为本发明优选的第一实施例的自动化贴片机的立体示意图；

图2为图1中自动化贴片机的另一视角的立体示意图；

图3为本发明优选的第二实施例的自动化贴片机的立体示意图；

图4为本发明优选的第三实施例的自动化贴片机的平面示意图；

图5为本发明优选的第四实施例的自动化贴片机的平面示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图1和图2所示为本发明优选的第一实施方式的自动化贴片机，其包括机械手装置1和用于放置工件的工作台2。工作台2为沿一平面延伸的平台结构；机械手装置1位于工作台2的一侧，机械手装置1包括末端的拾取装置5以及带动拾取装置5运动的机械臂3。在机械臂3的带动下，拾取装置5的工作范围覆盖工作台2的工作区域，也就是说：在机械臂3的带动下，拾取装置5可运动地配合至工作台2的工作区域任意位置处，以便于拾取并转运放置在工作台2工作区域任意位置处的工件。

为便于描述，本申请中，工作台2所在平面定义为水平面，垂直于工作台2所在平面的方向定义为竖直方向；机械手装置1所在侧定义为工作台2的上方。

其中，自动化贴片机中记录有工件初始位置信息，该工件初始位置信息标示了工件在工作台2上的位置(包括坐标、角度、尺寸、姿态等参数)。在机械臂3的带动下，拾取装置5依照工件初始位置信息运动至工作台2对应位置处并拾取工件。

拾取装置5设置于机械手装置1的末端，机械手装置1可以是三轴机械手、四轴机械手、五轴机械手等等，以利于完成精细作业。拾取装置5包括连接于机械手装置1的末端的拾取座51以及安装在拾取座51上的拾取头52，拾取头52可拆卸的安装在拾取座51上。其中，拾取头51可以是一个或者多个，拾取头52的构造可以是吸嘴结构或者夹爪结构，多个拾取头52可以呈一字型排列的方式安装在拾取座51上，也可以是围绕一个中心间隔排列。

进一步的，拾取头52构造为吸嘴，吸嘴能够连接到贴片机的真空源，真空源用于给吸嘴提供吸力，当然，吸嘴可以通过拾取座的安装而与真空源管路连通，比如拾取座内部设置于吸嘴连通的吸入管路，拾取座安装到机械手末端就可以与真空源连通。也可以是真空源直接连接拾取座，从而实现到吸嘴的管路连通。

本实施例中优选的，拾取装置5包括四个吸嘴，每个吸嘴均可独立拾取工件，也可以协同拾取一个工件，四个吸嘴的排布沿一字型排布，吸嘴之间的间距可以根据需要来调节。当然，四个吸嘴也可以是围绕一个中心间隔排布，以适应不同的工况。

如图2所示，本实施例中，机械臂3连接于升降杆11上，升降杆11的升降使机械臂3实现升降。机械臂3的末端与拾取装置5可拆卸连接，机械臂1上设有气嘴，拾取装置的吸嘴通过机械臂1内的气流道与气嘴连通，气嘴与可通过空气阀连接到真空源。机械臂1上连接有多个驱动电机以及由驱动电机带动的齿轮组，机械臂3在齿轮组的带动下实现在工作台2所在平面上平移或者翻转。也就是说，本发明的机械手装置1，可以包括移动机构、摆动机构、旋转机构，通过移动机构、摆动机构、旋转机构及机械臂3的配合，可使得机械臂3可于水平、垂直向动作及翻转，保证工作范围大。

在本申请中，机械手装置1还包括设置于机械臂1上的上视觉单元，自动化贴片机还包括设置于工作台的底照视觉系统，在拾取装置5拾取工件之前，上视觉单元用于判断工件的位置，以能够快速准确的拾取工件；在拾取装置5拾取工件之后转运投放工件之前，底照视觉系统还可对拾取装置5所拾取到的工件进行二次定位。

具体地，上视觉单元包括计算模块以及设置于机械臂1上的上视摄像头41，上视摄像头41用于采集工作台2上的工件初始影像，上视觉单元根据工件初始影像获得工件初始位置信息，进而机械手装置1根据工件初始位置信息执行拾取工件的动作。这样，通过在机械臂3上设置上视摄像头41，利用上视摄像头41获取工作台2上的工件初始位置信息，可以监测拾取装置5拾取工件的过程，保证拾取装置5精准拾取工件，减小拾取工件过程中工件错动、转动、漏拾的异常问题发生几率。

优选地，上视摄像头的数目设置为两个。这样，操作人员可根据实际需求(例如工件的尺寸、工作台2工作区域面积、工件的边界形状、精度需求等)搭配合适的摄像头，例如：其中一个上视摄像头设置为长焦摄像头，以用于对工作台2上的工件进行精准成像，便于识别工件的细节结构；其中另一上视摄像头设置为短焦摄像头，以用于获得更大范围的工作台2工作区域影像。上视摄像头41的视角范围为工作台2的平面的范围，上视摄像头41获取工件的影像，计算模块根据工件的影像位置计算出机械臂1带动拾取装置运动到对应工件位置的路径，从而机械手装置1根据计算好的路径运动到与工件对应的位置并拾取工件。本实施例中，上视摄像头41设置在机械臂3的对应于末端输出轴的输出端面上，这样，可便于上视摄像头41获得最佳的视角，从而利于拾取装置5拾取工件时的精准定位。

底照视觉系统还包括校准模块、设置于工作台2上的底照摄像头42以及设置于工作台2上且位于底照摄像头43上部的底照光源43，底照摄像头42的视角范围与拾取装置5的工作范围有交叠，也就是拾取装置5可以运动到底照摄像头42的视角范围内。其中，拾取装置5在拾取工件之后，拾取装置5首先运动至底照摄像头42的视角范围内以便于将其所拾取的工件运送至底照摄像头42的视角范围内；这时，底照摄像头42通过拍摄采集拾取装置5所拾取到的工件影像；校准模块根据工件影像将工件初始位置信息校准为工件当前位置信息；而后，拾取装置5依照工件当前位置信息继续运动以完成工件的转运投放。

这样，本发明通过设置底照摄像头42和校准模块，在拾取装置5拾取工件后，拾取装置5首先对应至底照摄像头42处，底照摄像头42拍下此时拾取装置5上的工件影像(包括此时工件的角度、姿态等参数)，然后校准模块根据工件影像对数据进行校准，拾取装置5再执行后续的转运作业，从而针对拾取装置5拾取工件过程中出现的工件错动、转动等情况，修正工件的位置数据，保证机械手装置1可以精准地投放工件至预定位置处，还可满足投放工件中的高精度需求(例如需要0.2mm以内的精度)。

进一步地，当底照摄像头42采集到工件影像后，校准模块根据工件影像判定工件影像中无工件时，也就是对应于拾取装置5未拾取到工件的情况，拾取装置5返回并重新拾取工件。这样，拾取装置5未拾取到工件的情况发生时，可避免拾取装置5盲目地“空投”工件，提升工作效率。

进一步地，底照摄像头42的视角垂直于工作台2所在平面向上，也即底照摄像头42的视角布设为竖直向上；拾取装置5可运动至底照摄像头42的正上方以便于将其所拾取的工件运送至底照摄像头42的正上方，而底照光源43设置于底照摄像头42的正上方，此时底照摄像头42在底照光源43的照射下更加清楚的通过拍摄可方便地采集到拾取装置5所拾取到的工件影像。

本实施例中，若干拾取头52在拾取工件之后依次运动至底照摄像头42的正上方以将拾取的工件运送至底照摄像头42正上方，以使底照摄像头42依次采集若干拾取头52所拾取的工件影像。比如：第一拾取头拾取第一工件，第二拾取头拾取第二工件，以此类推。而后在机械臂3的带动下，拾取装置5运动至底照摄像头42上方；第一拾取头运动至底照摄像头42正上方以使第一工件位于底照摄像头42的视角范围内，底照摄像头42采集第一工件影像，校准模块依照第一工件影像将第一工件初始位置信息校准为第一工件当前位置信息；而后，拾取装置5通过运动微调位置，第二拾取头运动至底照摄像头42正上方以使第二工件位于底照摄像头42的视角范围内，底照摄像头42采集第二工件影像，校准模块依照第二工件影影像将第二工件初始位置信息校准为第二工件当前位置信息；再以此类推。最后，在机械臂3的带动下，拾取装置5依照第一工件当前位置信息将第一工件转运并投放至相应目标位置处，并依照第二工件当前位置信息将第二工件转运并投放至相应目标位置处。

如图3所示，在本发明优选的第二实施方式中，拾取装置5a具体可设置为通过抓取的方式拾取工件，即拾取装置5a包括拾取座51a以及安装在拾取座51a上的夹爪53。拾取座51a连接驱动气缸，通过气动的方式驱动夹爪53张开，夹爪53可以在拾取座的预定轨道内移动以张开或者聚拢，另外夹爪53可以连接弹性元件，弹性元件用于使夹爪53聚拢，也就是说，气缸驱动夹爪53张开后，夹爪53夹持工件并在弹性元件的作用下保持工件。当然也可以是夹爪的张开或者聚拢都通过气缸实现，也可以是夹爪张开通过弹性元件实现，而夹爪聚拢通过气缸实现，也可以是两种方式都采用以保证夹持的可靠性。

如图4所示，本发明优选的第三实施方式中，自动化贴片机包括多个机械手装置1和用于放置工件的工作台2，多个机械手装置1围绕工作台的中心间隔设置。比如工作台是圆形的，多个机械手装置1可以围绕工作台的圆心间隔布置，如工作台是方形的，多个机械手装置1可以布置在工作台的四个角。

如图5所示，本发明优选的第四实施方式中，自动化贴片机包括多个机械手装置1和用于放置工件的工作台2，多个机械手装置围绕工作台的纵长方向一字型布置。

当然，自动化贴片机只设置一个机械手装置，拾取装置也可以同时包括吸嘴和夹爪。同样的，自动化贴片机包括多个机械手装置，多个机械手上的拾取装置可以均设置成吸嘴或夹爪，或者同一个机械手装置既设置吸嘴也设置夹爪。

与现有技术相比，本发明的自动化贴片机既可以贴常规ic元件又可以贴异形件，还可以贴大尺寸ic元件，适用于不同的工况，同时通过利用上视摄像头41获取工作台2上的工件初始位置信息，可以监测拾取装置5拾取工件的过程，保证拾取装置5精准拾取工件，减小拾取工件过程中工件错动、转动、漏拾的异常问题发生几率；在拾取装置5拾取工件之后转运投放工件之前，先利用底照摄像头42和校准模块对工件位置数据进行校准，从而实现对拾取装置5拾取工件过程中出现的工件错动、转动等情况进行校准，保证机械手装置1可以精准地投放工件至目标位置处，还可满足投放工件中的高精度需求(例如需要0.2mm以内的精度)；并且在拾取装置5未拾取到工件的情况发生时，可避免拾取装置5盲目地“空投”工件，提升工作效率。

以上所描述的实施方式仅仅是示意性的，其中作为校准模块、计算模块等显示的部件/结构可以是或者也可以不是物理模块，其可具体为位于包括保存设备在内的本地和远程计算机保存介质中的执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。