PCB传送识别检测系统结构设计研究

邵云飞 部双双 张俊玲 王继荣

摘要：针对印刷电路板人工检测效率低、误检率高等问题，本文通过调查人工检测电路板的过程，对特定的印刷电路板设计了一套传送识别检测系统，用来取代人工拿取电路板再放板检测的过程。利用Solidworks软件建立三维模型，分别介绍了传送部分和测试部分的结构组成和工作原理，以及抓取机构、识别机构、测试机构的结构设计。该系统能实现印刷电路板的自动抓取、自动扫码识别和性能检测的功能，与人工检测相比，该设计能有效提高检测效率，降低误检率。该研究对设计印刷电路板的自动化生产具有较大的应用价值。

关键词：

印刷电路板; 人工检测; 识别检测; 结构设计; 自动化

中图分类号： TH122; TP274+.5文献标识码： A

文章编号： 10069798（2019）01009104; DOI： 10.13306/j.10069798.2019.01.016

印刷电路板（printed circuit board，PCB）是电子元器件电气连接的载体＼[1＼]，在现代电子设备中具有广泛的应用，其质量对产品的性能有很大的影响。技术和工艺的不斷进步使印刷电路板布线密度越来越大，传统的人工检测印刷电路板的故障问题已经难以满足实际生产的要求。目前，国内外对集成电路板或PCB检测方面的研究较多，LU S L等人＼[2＼]介绍了一种基于机器视觉的集成焊锡沉积检测方案，该方法能检测出位移、焊锡不足、焊锡过量和焊锡桥接及溢出的缺陷;N.S.S.Mar等人＼[3＼]提出一种焊点自动分类系统的2个检测模块，一种是被称为“frontend”的检测系统（包括光照归一化、定位和分割）;另一种是“backend”检测系统（包括应用LogGabor滤波器的焊点分类和分类器融合技术）;Zhang L等人＼[4＼]研究了激光超声和振动计检测系统检测倒装焊焊点热循环裂纹的能力，并引入自动比较方法来检测具有较少检测点的芯片，而不依赖于参考芯片;刘建群等人＼[5＼]利用图像技术及平面几何知识，建立了视觉检测系统，实现了对表面贴装芯片引脚的实时测量;旷辉＼[6＼]设计了机器视觉检测系统，利用图像处理算法，实现了对芯片引脚的智能化检测;吴福培等人＼[7＼]提出一种基于模式匹配的PCB焊点检测方法，该方法通过研究由特定结构光和3CCD彩色相机获取PCB焊点图像，对良品、多锡、少锡及假焊等焊点类型提取其各自的焊点特性，并设计了相应的模式匹配算法。基于此，本文设计了一套传送识别检测系统，该系统先扫描PCB上的二维码，并绑定测试数据，再通过机械手抓取PCB到电路检测机构进行检测，检测结束后，记录坏板（no good，NG）和好板（OK板），最后控制机械手将NG板整齐的放到皮带输送机上缓存，将OK板放到流水线上待后续加工。该研究有利于印刷电路板的自动化生产，具有较大的应用前景。

1PCB传送识别检测系统工作原理

PCB传送识别检测系统由传送部分和测试部分组成。传送部分主要是抓取机构，测试部分包括识别机构和测试机构，PCB传送识别检测系统三维图如图1所示。

PCB传送识别检测系统工作时，通过伺服电机驱动安装在机架上的丝杆模组，驱动机械手将2块PCB小板抓起，并向测试部分运动。机械手抓取PCB小板在运动过程中先经过一个单自由度的高分辨率读码器，扫描到PCB上的二维码，完成对2块PCB小板扫描识别，将PCB的“身份证”信息传递到总控制系统中去，然后2块PCB小板被机械手下放到测试机构中，测试机构通电工作，完成一系列检测。在测试机构中，测试模块在加电的一瞬间，PCB小板上的两个灯都会闪一下，当模块在测试过程中接收到信号时红灯会闪一下，当模块接收到信号内部处理完成再向外发送信号时绿灯会闪一下。控制系统根据2块PCB的检测结果，控制机械手的下一步动作。有NG板时，则控制机械手先将所有的NG板整齐的放到缓存区的皮带输送机上;再将所有的OK板下放到另一个皮带输送机上，由皮带输送机将PCB小板运送至下一个工位＼[812＼]。

2PCB传送识别检测系统整体设计

2.1抓取机构设计

抓取机构主要由抓取机械手、丝杆模组和伺服电机组成，抓取机构三维图如图2所示。为了提高生产效率，满足生产线生产节拍的要求，采用一个双排气动手指机械手来抓取分板完成后的PCB小板，共有2个气动手指，每次可抓取2块PCB小板，抓取机械手部分三维图如图3所示。因为每2块小板之间的距离太近，所以将每个气动手指上连接的夹爪设计成一面单爪和一面双爪的形式，安装时，两排夹爪，单爪和双爪相间排列。

PCB分板完成后，控制系统通过控制伺服电机驱动丝杆模组，使机械手移动到PCB小板上方位置，气缸伸缩，使2个气动手指下降到PCB位置，并同时收缩，抓取到PCB，然后检测2个气动手指是否都抓取到PCB，记录下结果反馈到系统中。最后机械手抓取PCB上升，向识别机构运动[13]。

2.2识别机构设计

PCB二维码识别机构采用一个单自由度的高分辨率读码器来扫描识别，由气缸连接读码器底板，通过气缸的运动实现读码器位置的移动。读码器的像素为130万像素，识别距离为90～120 mm。识别机构三维图如图4所示。

当机械手抓取PCB经过识别机构上方时，读码器开始扫描识别PCB小板上的二维码，先记录下机械手最外侧的1块PCB小板的信息，并传递到总控制系统中，然后识别机构上的气缸动作，读码器向内侧移动，同时机械手后退一段距离，待气缸动作完毕，机械手再次移动到读码器上方，读码器再次扫描识别机械手最内侧的1块PCB信息，并传递到总控制系统中。至此，完成机械手上2块PCB的二维码扫描识别。气缸再次动作，使二维码识别器复位，等待下一批PCB的扫描识别[1415]。

2.3测试机构设计

扫码识别完成后，机械爪带动2块PCB小板向检测机构运动，对PCB小板的好坏进行通电检测。检测机构三维图如图5所示。

为了防止检测机构气缸和抓取机械手产生运动干涉，当机械手抓取PCB向检测机构运动时，控制系统判断气缸是否处于收缩状态，如果不是，则发出信号控制检测机构上的气缸收缩，带动下压板上升，为机械手能顺利的将PCB下放到PCB载具上提供条件，然后机械手上升复位到初始工位待命。控制系统输出信号使气缸伸缩，气缸下端连接下压板，通过定位孔与测试部件定位，压板向下压[16]，使2块PCB小板与检测载具完全接触，接通检测回路，OK板在测试模块加电的一瞬间，小板上的两个灯都会闪一下，在测试过程中接收到信号时红灯会闪一下，接收到信号内部处理完成再向外发送信号时绿灯会闪一下，然后记录下每块PCB小板的检测结果，将信息传到总控制系统中，为码齐NG板做准备。

当2块PCB小板均检测完成后，控制系统发出信号控制气缸上升复位，然后控制另一侧的抓取机械手动作，将2块PCB小板抓离检测载具，并根据记录下的测试结果分别控制机械爪将NG板整齐的放到皮带输送机上缓存，最后再将OK板放到另一皮带输送机上运往下一个加工工位。至此，一个识别检测的周期才算完成[1720]。

3结束语

本文主要对特定印刷电路板的自动识别检测系统进行设计。抓取机构、识别机构、检测机构3种机构分别动作，实现对PCB小板的传送、识别和性能检测，大大提高了印刷电路板的自动化识别检测效率，节省人员投入，实现产能提升。但该系统只是针对特定的印刷电路板设计，抓取机构和检测机构只能抓取和检测一种电路板，不适用其他电路板的检测，接下来的研究方向可以考虑将抓取机构和检测机构模块化，方便更换。

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