用于柔性电路板的自动光学设备运动控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种PCB板技术领域的用于柔性电路板的自动光学设备运动控制系统。
背景技术
目前国内大部分中小型企业普遍依赖人工进行FPC缺陷检测，此种检测方法的速度慢，效率低，造成资源浪费。检测的可靠性和精确性受主观因素的影响比较大，因现在电路板的线路越来越密集，各种孔径逐渐变小，已经达到了肉眼难以辨别的地步，所以靠眼看己经无法完成检测任务。传统的在线测试与功能测试编程也变得费时和费力，使用测试夹具很难获得对测试探针的放置空间，测试夹具的制造也昂贵、费时。由于国外进口检测设备的价格昂贵，技术支持和售后服务能力有限，导致生产成本高、产品工艺及性能方面受限制。随后出现一种自动检测光学设备，此光学设备虽然运动控制功能相对简单，但是，由于采用工作台作Ｘ-Ｙ平面移动而摄像头静止的方式进行图像采集，使得质量很轻的柔性电路板在不断地移动过程中很容易晃动甚至错位，使得图像处理造成极大困难。导致被检测柔性电路板的检测精度比较低，控制系统定位精度比较低。
发明内容
有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够提高被检测柔性电路板的检测精度，提高控制系统定位精度的用于柔性电路板的自动光学设备运动控制系统。
为此解决上述技术问题，本实用新型中的技术方案所提供一种用于柔性电路板的自动光学设备运动控制系统，其包括图像采集模块，图像处理模块，运动控制模块，软件操作模块；所述图像采集模块包括相机，图像采集卡，镜头，以及光源；所述运动控制模块包括运动执行单元，用于控制运动执行单元的运动控制单元；所述运动执行单元包括伺服电机，与伺服电机相互连接控制的运动执行机构；所述运动控制单元包括运动控制模块，该运动控制模块包括多轴运动控制器，与多轴运动控制器相互连接的I/O连接模块，连接在多轴运动控制器上的工控服务器，分别连接在多轴运动控制器上的X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、W轴伺服驱动器，连接在X轴伺服驱动器上的X轴马达，与X轴马达连接的X轴模组；连接在Y轴伺服驱动器上的Y轴马达，与Y轴马达连接的Y轴模组；连接在Z轴伺服驱动器上的Z轴马达，与Z轴马达连接的左皮带轮；连接在W轴伺服驱动器上的W轴马达，与W轴马达连接的右皮带轮；分别连接在I/O连接模块上的Z轴锁销电磁阀、Z轴取板电磁阀、以及电源；分别连接在I/O连接模块上的X/Y轴原点输入触点、X/Y轴正限位输入触点、X/Y轴负限位输入触点、以及治具放置或检测或取出位；多轴运动控制器是由型号为DMC-B140-M的GALIL公司制作的四轴独立型运动的控制器；该控制器内设有太网接口和RS-232的两个通讯接口，以输出脉冲与方向方式，或1至4轴步进电极的可控制伺服电机，该可控制伺服电机运动方式包含多轴直线或圆弧插补方式或轮廓运动方式或电子齿轮方式或单轴或多轴点对点定位运动方式；也可通过通讯接口与人机界面或其它控制器配合使用。
进一步限定，所述控制器包括微处理器MCU，连接在微处理器MCU上的监控器，连接在微处理器MCU上的高速电动机编码器接口，连接在微处理器MCU上的主先进先出储存器，连接在微处理器MCU上的第二先进先出储存器，连接在微处理器MCU上的I/O接口。
进一步限定，所述I/O接口是由型号为37Pin D型的母连接器构成，该母连接器包括芯片U1，分别连接在芯片U1上的引脚上的锁紧电磁阀、取板电磁阀、X轴正向限位接口、X轴负向限位接口、X轴原位接口、Y轴正向限位接口、Y轴负向限位接口、Y轴原位接口、治具放置位接口、治具检测位接口、治具取出位接口、急停常开接口。
进一步限定，所述控制器还包括输入信号电气电路，输出信号电路；所述输入信号电气电路包括三极管Q1，连接在三极管Q1基极端上的二极管D1，二极管D2，并联连接在二极管D1或二极管D2两端的电阻R1，连接在二极管D1或二极管D2一端的电阻R2，连接在三极管Q1两端的GND接地端，信号输入端，INCOM端；输出信号电路包括三极管Q2，连接在三极管Q2基极端的二极管D3，连接在三极管Q2集电极端上的继电器线圈，设置于继电器线圈上的OUTPOWER SUPP端，连接在二极管D3一端的电阻R3。
进一步限定，所述运动执行机构包括伺服电机支架，安装在伺服电机支架上面的电机编码器，安装在伺服电机支架上端的伺服电机，安装在伺服电机支架下端的精密模组，沿着精密模组来回移动的相机，安装在伺服电机支架一端的正负限位装置，安装在精密模组下面的光栅尺，安装在精密模组一端的横向设置的移动模组，设置于移动模组上的原点开关，安装在移动模组另一端的模组编码器，安装在模组编码器上的移动模组的伺服电机，安装在移动模组与精密模组下方的光电定位杆，分别安装在光电定位杆上的光电定位器，设置于两根光电定位杆之间的治具板，分别设置于光电定位杆一端的定位杆步进电机，设置于光电定位杆一侧的定位销；所述定位销与电磁阀相互连接，所述电磁阀分别与步进电机驱动器和I/O连接器相互连接，所述的步进电机驱动器和I/O连接器分别与四轴独立运动控制器，所述四轴独立运动控制器与所述伺服驱动器相互连接，所述伺服驱动器与模组编码器相互连接；所述的四轴独立运动控制器上还设置上位机UI界面。
本实用新型的有益技术效果：因本技术方案采用图像采集模块，图像处理模块，运动控制模块，软件操作模块；所述运动控制模块包括运动执行单元，用于控制运动执行单元的运动控制单元；所述运动控制单元包括运动控制模块，所述运动控制模块采用多轴运动控制器为核心，与多轴运动控制器相互连接的I/O连接模块，连接在多轴运动控制器上的工控服务器，多轴运动控制器是由型号为DMC-B140-M的GALIL公司制作的四轴独立型运动的控制器；该控制器内设有太网接口和RS-232的两个通讯接口，以输出脉冲与方向方式，或1至4轴步进电极的可控制伺服电机，该可控制伺服电机运动方式包含多轴直线或圆弧插补方式或轮廓运动方式或电子齿轮方式或单轴或多轴点对点定位运动方式。运动时，采用直线插补运动控制，S曲线加减速平滑处理以及间隙补偿方式，使得在柔性电路板检测过程中，能够以更高的速度与定位精度完成待侧板的取像，提高被检测柔性电路板的检测精度，提高控制系统定位精度的功效。
下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
图1为本实用新型中运动控制模块的原理图；
图2为本实用新型中多轴运动控制器的结构原理图；
图3为本实用新型中I/O接口的结构原理图；
图4为本实用新型中运动执行单元的结构原理图；
图5为本实用新型中输入信号电气电路的电路图；
图6为本实用新型中输出信号电路的电路图；
【具体实施方式】
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参考图1至图6所示，下面结合实施例说明一种用于柔性电路板的自动光学设备运动控制系统，其包括图像采集模块，图像处理模块，运动控制模块，软件操作模块。
所述图像采集模块包括相机，图像采集卡，镜头，以及光源。工作使用时，通过相机获取待测板图像，将待测板上的元器件、焊点或者布线的过程中产生的焊膏、贴片状态、焊点形态以及缺陷等技术缺陷捕捉成像，通过图像处理算法，与数据库中的模板进行综合比较，判断所测元器件是否含有缺陷，然后得出检测结果，判断诸如丢件落件、极性反转、桥连虚焊等质量问题。
所述运动控制模块包括运动执行单元，用于控制运动执行单元的运动控制单元。所述运动执行单元包括伺服电机，与伺服电机相互连接控制的运动执行机构。所述运动执行机构包括伺服电机支架1，安装在伺服电机支架1上面的电机编码器2，安装在伺服电机支架1上端的伺服电机3，安装在伺服电机支架1下端的精密模组4，沿着精密模组4来回移动的相机5，安装在伺服电机支架1一端的正负限位装置6，安装在精密模组4下面的光栅尺7，安装在精密模组4一端的横向设置的移动模组8，设置于移动模组8上的原点开关9，安装在移动模组8另一端的模组编码器10，安装在模组编码器10上的移动模组8的伺服电机3，安装在移动模组8与精密模组4下方的光电定位杆12，分别安装在光电定位杆12上的光电定位器13，设置于两根光电定位杆12之间的治具板14，分别设置于光电定位杆12一端的定位杆步进电机15，设置于光电定位杆12一侧的定位销16；所述定位销16与电磁阀相互连接，所述电磁阀分别与步进电机驱动器和I/O连接器相互连接，所述的步进电机驱动器和I/O连接器分别与四轴独立运动控制器，所述四轴独立运动控制器与所述伺服驱动器相互连接，所述伺服驱动器与模组编码器相互连接；所述的四轴独立运动控制器上还设置上位机UI界面。
所述运动控制单元包括运动控制模块，该运动控制模块包括多轴运动控制器，与多轴运动控制器相互连接的I/O连接模块，连接在多轴运动控制器上的工控服务器，分别连接在多轴运动控制器上的X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、W轴伺服驱动器，连接在X轴伺服驱动器上的X轴马达，与X轴马达连接的X轴模组；连接在Y轴伺服驱动器上的Y轴马达，与Y轴马达连接的Y轴模组；连接在Z轴伺服驱动器上的Z轴马达，与Z轴马达连接的左皮带轮；连接在W轴伺服驱动器上的W轴马达，与W轴马达连接的右皮带轮；分别连接在I/O连接模块上的Z轴锁销电磁阀、Z轴取板电磁阀、以及电源；分别连接在I/O连接模块上的X/Y轴原点输入触点、X/Y轴正限位输入触点、X/Y轴负限位输入触点、以及治具放置或检测或取出位；多轴运动控制器是由型号为DMC-B140-M的GALIL公司制作的四轴独立型运动的控制器；该控制器内设有太网接口和RS-232的两个通讯接口，以输出脉冲与方向方式，或1至4轴步进电极的可控制伺服电机，该可控制伺服电机运动方式包含多轴直线或圆弧插补方式或轮廓运动方式或电子齿轮方式或单轴或多轴点对点定位运动方式；所述控制器提供FLASH EEPROM，方便用户存储参数、程序等的数据，除了可实现控制器的独立工作,也可通过通讯接口与人机界面或其它控制器配合使用，以满足用户不同场合和应用方式的需求。
多轴运动控制器是由型号为DMC-B140-M的GALIL公司制作的四轴独立型运动的控制器。其中，Ｘ、Ｙ轴分别通过伺服驱动器控制精密模组，Ｚ轴通过步进电机驱动器连接传送带步进电机。送料轨道上装有光电定位，用于控制盛放待测工料的制具的启停位置。光电定位杆上配有正负限位开关、原点开关以及光栅尺，用于控制相机行程并实时测量相机实际运行位置。控制器与上位机之间通过以太网连接，同时还配有串口连接作为辅助通讯。工作流程为：由特定的制具盛放待测柔性线路板，经传送带送达指定位置，光电开关检测制具到达位置确定无误后，定位锁销锁死。相机开始被定位在指定默认零点，待测板到位后，控制器驱动Ｘ、Ｙ轴模组按指定的路径在水平面内移动拍照。每次取像完成后，相机回到原点等待下一步命令。
所述控制器包括微处理器MCU，连接在微处理器MCU上的监控器，连接在微处理器MCU上的高速电动机编码器接口，连接在微处理器MCU上的主先进先出储存器，连接在微处理器MCU上的第二先进先出储存器，连接在微处理器MCU上的I/O接口。所述控制器采用32-bit的微处理器，该微处理器上的FLASH EEPROM和RAM为用户提供了126个变量存储区、6个数组800个元素的数组定义空间以及450行＊40字符的用户程序存储空间。DMC-B140-M的控制器为每轴电机提供了增量编码器信号输入、驱动器使能信号输出、以及脉冲或方向信号输出、原点开关信号输入、前后位置极限信号，其输出的脉冲或者方向信号，可用于控制伺服电机与步进电机。脉冲信号频率最高为3MHZ,绝大多可以满足数高分辨率、高速度的应用需求。输出驱动器使能信号，可用于伺服驱动器实现电机的打开与关闭，也可用于步进驱动器的半流或脱机控制。
控制器每轴可以接收一组增量编码器信号，该信号可以是脉冲或方向信号，也可以是正交方波的增量编码器信号。对于单脉冲信号，可接收的最高频率为3MHZ；对于正交方波信号，可接收的最高频率为12 MHZ的信号。控制器可接收编码器的宽度不得小于80ns的零位信号。每轴提供独立的前、后极限信号输入以实现行程保护，并提供原点开关输入以确定机械原点位置。该控制器为用户提供８路光电隔离型通用输入，用户可以按照自己的应用需求自行编程定义它们的功能。这些输入点也可以被定义为各轴的高速位置捕捉及独立急停信号输入。另外，４路光电隔离型通用输出，允许用户对其进行编程实现自己所需要的功能。
所述I/O接口是由型号为37Pin D型的母连接器构成，该母连接器包括芯片U1，分别连接在芯片U1上的引脚上的锁紧电磁阀、取板电磁阀、X轴正向限位接口、X轴负向限位接口、X轴原位接口、Y轴正向限位接口、Y轴负向限位接口、Y轴原位接口、治具放置位接口、治具检测位接口、治具取出位接口、急停常开接口。I/O接口通过互联模块与各轴回零、限位以及Ｉ／Ｏ信号相连。
其中，限位及原点接口采用微动开关，它具有微小接点间隔和速动机构，可用规定额行程和力进行开关动作，外部有传动器且外形较小。常开状态的控制器接口输入高电平，一旦闭合，则跳变为低电平。所述制具位置检测采用对射式光电开关，该对射式的光电开关是由发射器和接收器组成，两者在结构上相互分离，在光束被中断的情况下产生高电平向低电平的跳变。所述的I/O接口具有体积小，重复定位精度高，抗干扰性好，性能可靠的优点。
所述控制器还包括输入信号电气电路，输出信号电路。所述输入信号电气电路包括三极管Q1，连接在三极管Q1基极端上的二极管D1，二极管D2，并联连接在二极管D1或二极管D2两端的电阻R1，连接在二极管D1或二极管D2一端的电阻R2，连接在三极管Q1两端的GND接地端，信号输入端，INCOM端。输出信号电路包括三极管Q2，连接在三极管Q2基极端的二极管D3，连接在三极管Q2集电极端上的继电器线圈，设置于继电器线圈上的OUT POWER SUPP端，连接在二极管D3一端的电阻R3。输入信号电气电路为每轴提供有标准的正向限位、反向限位、回零信号外，还提供有８路通用数字输入信号以及急停输入信号。所有的输入信号均经过双向的光耦进行隔离处理，信号公共端为INCOM端。INCOM端和数字输入信号最大电压为28VDC,最小电压为0VDC。用户可以选择将INCOM端直接与控制器输入电源的＋24V或24V的GND接地端相连接，也可单独选择一开关电源，此开关电源的电压输入范围为5 VDC -28VDC。所述控制器的所有输出信号均采用达林顿光耦隔离，其驱动能力为200mA。用户需要将37PIN连接器上的OUT COMMON信号连接到OUTPUT输出信号回路的公共端。所述的输出信号电路的一端连接有DC24V的继电器，将OUTPUT信号连接到继电器线圈的一端，继电器线圈的另外一段连接＋２４Ｖ，则同时需要将OUT COMMON信号连接到24VDC电源的公共端。
本实施例中，所述自动光学检测运动控制系统是以GALI的四轴独立型运动控制器为核心，该四轴独立型运动控制器分别连接Ｘ轴精密模组，Ｙ精密模组；光电定位杆的步进电机以及定位锁销。光电定位杆带动制具在指定位置停止后，所述模组可在水平面内以任意路径启停拍照。采用光栅尺检测模组实际位置并反馈，以此提高系统定位精度。采用直线插补运动控制、Ｓ曲线加减速平滑处理以及间隙补偿等理论，从而保证了系统在进行线路板检测过程中，能够以更高的速度与定位精度完成待测板的取像。 系统取像路径为。首先将待测板取像问题分成焊点聚类和求最短路径访问序列两部分，通过对迭代自组织聚类算法以及遗传算法，通过CAD焊点数据导入，利用MATLAB进行编程得出路径规划算法，使系统以最少的拍照次数，最短的路径完成待测板取像，大大缩短了检测时间。
综上所述，因本技术方案采用图像采集模块，图像处理模块，运动控制模块，软件操作模块；所述运动控制模块包括运动执行单元，用于控制运动执行单元的运动控制单元；所述运动控制单元包括运动控制模块，所述运动控制模块采用多轴运动控制器为核心，与多轴运动控制器相互连接的I/O连接模块，连接在多轴运动控制器上的工控服务器，多轴运动控制器是由型号为DMC-B140-M的GALIL公司制作的四轴独立型运动的控制器；该控制器内设有太网接口和RS-232的两个通讯接口，以输出脉冲与方向方式，或1至4轴步进电极的可控制伺服电机，该可控制伺服电机运动方式包含多轴直线或圆弧插补方式或轮廓运动方式或电子齿轮方式或单轴或多轴点对点定位运动方式。运动时，采用直线插补运动控制，S曲线加减速平滑处理以及间隙补偿方式，使得在柔性电路板检测过程中，能够以更高的速度与定位精度完成待侧板的取像，提高被检测柔性电路板的检测精度，提高控制系统定位精度的功效。
以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。
