电路板安装系统和电路板安装控制方法与流程

1.本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电路板安装系统和电路板安装控制方法。


背景技术：

2.电子产品在生活中起到越来越重要的作用，人们对于电子产品的质量要求也随之提高。为此，在电子产品的生产过程中对电子器件尺寸公差的把控就显得尤为重要。快速、准确的判断电子器件安装的位置精度以及电子器件生产线的制程能力成为需要解决的技术问题。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供了一种电路板安装系统和电路板安装控制方法，以提高检测过程的自动化水平和检测精度，减少了工人工作强度。
4.根据本发明实施例的第一方面，提供了一种电路板安装系统，所述系统包括：
5.固定治具，具有多个容置槽，所述容置槽用于承载电路板；
6.抓取机构，包括至少一个机械臂；
7.影像采集系统，包括至少一个相机；
8.控制装置，用于从所述影像采集系统获取电路板安装路程中至少一个节点中电路板和/或功能器件的检测图像，并根据所述检测图像确定安装流程中的尺寸公差，并根据所述尺寸公差控制所述机械臂取走不合格的电路板和/或功能器件。
9.进一步地，所述至少一个相机包括位于第一节点上的第一相机和/或位于第三节点上的第三相机；
10.所述至少一个机械臂包括位于所述第一节点的第一机械臂和/或位于所述第三节点上的第三机械臂；
11.所述控制装置用于控制所述第一机械臂把所述功能器件贴装在所述电路板上，并从所述第一相机获取所述功能器件与电路板相对位置的第一尺寸公差，以及根据所述第一尺寸公差取走不合格的电路板与功能器件，和/或所述控制装置用于从所述第三相机获取所述容置槽与电路板的相对位置第三尺寸公差，并根据所述第三尺寸公差控制所述第三机械臂把电路板放置在所述容置槽内以及取走不合格的电路板与固定治具。
12.进一步地，所述至少一个相机包括位于第二节点上的第二相机和/或位于第四节点的第四相机以及位于第五节点的第五相机；
13.所述至少一个机械臂包括位于所述第二节点上的第二机械臂和/或位于所述第四节点的第四机械臂和/或位于所述第五节点的第五机械臂；
14.所述电路板安装系统还包括位于第二节点的零件轨道和/或位于所述第四节点的整板轨道和/或位于所述第五节点的贴装轨道，所述零件轨道用于传送功能器件，所述整板轨道用于传送电路板，所述贴装轨道用于传送所述固定治具；
15.所述控制装置还用于控制所述第二相机获取功能器件的焊盘位置的第二尺寸公差，并根据所述第二尺寸公差控制所述第二机械臂取走不合格的功能器件和/或所述控制装置用于控制所述第四相机获取来料整板上的电路板边缘尺寸和电路板的焊盘与电路板边缘的第四尺寸公差，并根据所述第四尺寸公差控制所述第四机械臂取走不合格电路板和/或所述控制装置用于从所述第五相机获取所述容置槽形状以及各所述容置槽相对位置的第五尺寸公差，并根据所述第五尺寸公差控制所述第五机械臂取走不合格的所述固定治具。
16.第二方面，本发明实施例还提供了一种电路板安装控制方法，所述方法包括：
17.获取电路板安装路程中至少一个节点中电路板和/或功能器件的检测图像；
18.根据所述检测图像确定安装流程中的尺寸公差；
19.根据所述尺寸公差控制所述机械臂把功能器件贴装在电路板上，以及取走不合格的电路板和/或功能器件。
20.进一步地，所述获取电路板安装路程中至少一个节点中电路板和/或功能器件的检测图像，具体为：获取所述电路板与所述功能器件相对位置的第一检测图像；
21.所述根据所述检测图像确定安装流程中的尺寸公差，具体为：根据所述第一检测图像确定所述电路板与所述功能器件相对位置的第一尺寸公差；
22.根据所述尺寸公差控制所述机械臂取走不合格的电路板和/或功能器件，具体为：根据所述第一尺寸公差控制所述机械臂把功能器件贴装在电路板上，以及取走不合格的所述电路板和所述功能器件；和/或
23.获取容置槽与电路板的相对位置的第三检测图像；
24.根据所述第三检测图像确定所述容置槽与电路板的相对位置的第三尺寸公差；
25.根据所述第三尺寸公差控制所述机械臂把电路板放置在所述容置槽内以及取走不合格的所述固定治具和电路板。
26.进一步地，将取走的电路板与功能器件进行再次贴装；
27.再次检测所述第一尺寸公差是否合格；
28.将所述第一尺寸公差不合格的电路板与功能器件取走并重复上述步骤，直至所述第一尺寸公差合格。
29.进一步地，获取功能器件的焊盘的第二检测图像；
30.根据第二检测图像确定功能器件焊盘位置的第二尺寸公差；
31.根据所述第二尺寸公差控制所述机械臂取走不合格的功能器件；和/或
32.获取来料整板上的电路板的第四检测图像；
33.根据所述第四检测图像确定来料整板上的电路板边缘尺寸和所述电路板焊盘的与所述电路板边缘第四尺寸公差；
34.根据所述第四尺寸公差控制所述机械臂取走不合格的所述电路板。
35.进一步地，将取走的电路板与所述固定治具进行再次装配；
36.再次检测所述第三尺寸公差是否合格；
37.将所述第三尺寸公差不合格的电路板与所述固定治具取走并重复上述步骤，直至所述第三尺寸公差合格。
38.进一步地，获取固定治具第五检测图像；
39.根据所述第五检测图像确定所述固定治具的容置槽形状以及各所述容置槽相对位置的第五尺寸公差；
40.根据所述第五尺寸公差控制所述机械臂取走不合格的所述固定治具。
41.进一步地，采集所述第一尺寸公差、所述第二尺寸公差、所述第三尺寸公差、所述第四尺寸公差、所述第五尺寸公差中至少一种数据；
42.将采集到的数据与系统预存的制程能力模型进行匹配，解析得到被采集数据对应的制程能力指数；
43.将得到的制程能力指数进行显示。
44.本发明实施例的电路板安装系统和电路板安装控制方法，利用在电路板安装系统中设置的抓取机构、影像采集系统和控制装置来对被测电子产品公差进行检测。由此，通过增加的影像识别系统可以自动识别且判断单个零件的公差以及零部件之间公差是否符合要求，提高量测精度和效率。同时，省去人工量测、收集、整理数据的工时以及量测设备、辅助量测的工装等费用，也避免工人操作的误差，降低工人操作强度。
附图说明
45.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
46.图1是本发明实施例的电路板安装系统示意图；
47.图2是本发明实施例的控制装置、影像采集系统和抓取机构通讯连接示意图；
48.图3是本发明实施例的电路板安装控制方法流程图；
49.图4是本发明实施例的制程能力分析流程图；
50.图5是本发明实施例的固定治具结构示意图；
51.图6是本发明实施例的第一尺寸公差位置示意图；
52.图7是本发明实施例的第三尺寸公差位置示意图；
53.图8是本发明实施例的第三尺寸公差位于图7中ⅳ处的放大示意图；
54.图9是本发明实施例的第四尺寸公差位置示意图；
55.图10是本发明实施例的第五尺寸公差位置示意图。
56.附图标记说明：
[0057]1‑
抓取机构；
[0058]
11
‑
第一机械臂；12
‑
第二机械臂；13
‑
第三机械臂；14
‑
第四机械臂；15
‑
第五机械臂；
[0059]2‑
影像采集系统；
[0060]
21
‑
第一相机；22
‑
第二相机；23
‑
第三相机；24
‑
第四相机；25
‑
第五相机；
[0061]
31
‑
贴装轨道；32
‑
整板轨道；33
‑
零件轨道；
[0062]4‑
固定治具；41
‑
容置槽；
[0063]5‑
不良品收集台；
[0064]6‑
来料整板；61
‑
电路板；62
‑
功能器件；
[0065]7‑
控制装置。
具体实施方式
[0066]
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0067]
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0068]
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
[0069]
除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0070]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0071]
表面贴装技术(smt)，英文全称为surface mount technology，是目前电子组装行业里最流行的一种技术和工艺。它是一种将无引脚或短引线表面组装元器件，安装在印制电路板(printed circuit board，pcb)的表面或其它基板的表面上，通过回流焊或浸焊等方法加以焊接组装的电路装连技术。
[0072]
电路板装配过程中需要对加工的物料的尺寸公差进行检测，以保证安装工艺的质量要求。目前常用的检测方式是对物料进行人工抽检，人工抽检并不能精准的反馈物料是否达到质量标准，也不能为工程人员分析问题提供充足的依据。
[0073]
图1是本发明实施例的电路板安装系统示意图，图2是本发明实施例的控制装置7、影像采集系统2和抓取机构1通讯连接示意图，如图1
‑
2所示，本实施例的电路板安装系统包括：固定治具4、抓取机构1、影像采集系统2以及控制装置7，固定治具4具有多个容置槽41，该容置槽41用于承载电路板61。抓取机构1包括至少一个机械臂，影像采集系统2包括至少一个相机，控制装置7用于从影像采集系统2获取电路板61安装路程中至少一个节点中电路板61和/或功能器件62的检测图像，并根据检测图像确定安装流程中的尺寸公差。同时，根据尺寸公差控制机械臂取走不合格的电路板61和/或功能器件62。通过本实施例中的电路板安装系统，可以对电路板61以及功能器件62进行自动贴装并同时进行公差检测，提升了测量精度，并降低人工操作难度。
[0074]
可选的，功能器件62可以为贴装在电路板上并可以实现一定功能的器件，如金属弹片、麦克风喇叭、充电口等零件。
[0075]
进一步地，本实施例中的电路板安装系统可以对lcp(液晶聚合物)柔性软板进行贴装，lcp柔性软板与金属弹片、麦克风喇叭等功能器件结合，可以形成应用于耳机、手机等设备的电子器件。在贴装过程中容置槽41与lcp柔性软板为间隙配合，从而有效的对lcp柔性软板进行定位。lcp英文全称liquid crystal polymer，中文名称为液晶聚合物，具有高
强度、高刚性、耐高温、收缩率低、高电绝缘性等性质，被广泛用于电子零部件和各种耐热小型电子零件等领域。
[0076]
具体地，本实施例中的机械臂可以为多关节机械臂，也可为直角坐标机械臂。在考虑到固定治具4、电路板61和功能器件62在装配过程中大致处于同一水平面上，因此可优先选用直角坐标机械臂，从而能节省设备成本。配合机械臂使用的相机可以为ccd、cmos等相机中的一种。本实施例的电路板安装系统，通过增加的影像识别系统2可以自动识别且判断单个零件的公差以及零部件之间公差是否符合要求，提高量测精度和效率。同时，省去人工量测、收集、整理数据的工时以及量测设备、辅助量测的工装等费用，也避免工人操作的误差，降低工人操作强度。
[0077]
进一步地，至少一个相机包括位于第一节点上的第一相机21，至少一个机械臂包括位于第一节点的第一机械臂11，控制装置7用于控制第一机械臂11把功能器件62贴装在电路板上，并从第一相机21获取功能器件62与电路板61相对位置的第一尺寸公差，以及根据第一尺寸公差取走不合格的电路板61与功能器件62。
[0078]
在一些实施方式中，如图6所示，第一尺寸公差包括a1、a2、b1、b2、c1和c2。图6中标注为ⅰ、ⅱ、ⅲ的3个位置，是本实施例中在电路板61上贴装的金属弹片、充电口和麦克风喇叭3个功能器件62的位置。其中，a1、a2和b1、b2和c1、c2为第一个、第二个和第三个功能器件62与电路板61相对位置的长度方向和宽度方向尺寸公差。利用第一尺寸公差可以判断电路板61与功能器件62相互间的位置关系，进而保证了功能器件62在电路板61上安装位置的精准度。利用第一尺寸公差可以判断3个功能器件62在电路板61上的相对位置关系，进而保证了金属弹片、麦克风喇叭和充电口在电路板61上安装位置的精准度。
[0079]
进一步地，至少一个相机包括位于第二节点上的第二相机22，至少一个机械臂包括位于第二节点上的第二机械臂12，电路板安装系统还包括位于第二节点的零件轨道33，零件轨道33用于传送功能器件62。控制装置7还用于控制第二相机22获取功能器件62的焊盘位置的第二尺寸公差，并根据第二尺寸公差控制第二机械臂12取走不合格的功能器件62。利用第二尺寸公差可以对功能器件62的焊盘尺寸进行筛选，在电路板61组装之前，把焊盘尺寸不合格的功能器件62提前取走，进而提高功能器件62与电路板61的贴装精度。
[0080]
进一步地，至少一个相机包括位于第三节点上的第三相机23，至少一个机械臂包括位于第三节点的第三机械臂13，控制装置7还用于从第三相机23获取容置槽41与电路板61的相对位置的第三尺寸公差，并根据第三尺寸公差控制第三机械臂13把电路板61放置在容置槽41内，以及取走第三尺寸公差不合格的电路板61与功能器件62。
[0081]
在一些实施方式中，如图6
‑
7所示，第三尺寸公差包括d1、d2。其中，d1是电路板61与容置槽41长度方向上的尺寸公差，d2是电路板61与容置槽41宽度方向上的尺寸公差。通过对第三尺寸公差的检测，保证了容置槽41与电路板61的相对位置精度，从而为进一步保证功能器件62与电路板61的位置精度提供了基础。
[0082]
进一步地，至少一个相机包括位于第四节点上的第四相机24，至少一个机械臂包括位于第四节点的第四机械臂14，电路板安装系统还包括位于第四节点的整板轨道32，整板轨道32用于传送电路板61，控制装置7还用于控制第四相机24获取来料整板6上的电路板61边缘尺寸和电路板61的焊盘与电路板61边缘的第四尺寸公差，并根据第四尺寸公差控制第四机械臂14取走不合格的电路板61。
[0083]
在一些实施方式中，如图9所示，第四尺寸公差包括e1、e2、a3、a4、b3、b4、c3和c4。其中，e1、e2为电路板长度与宽度方向上的尺寸公差，a3、a4、b3、b4、c3和c4分别为电路板61上焊盘相对于电路板61外缘的长度与宽度方向上的尺寸公差。其中
ⅰ′
、
ⅱ′
和
ⅲ′
焊盘，分别对应金属弹片、充电口和麦克风喇叭的焊盘位置。在固定治具4上放置的电路板61前，对电路板61尺寸进行检测，可以有效的提高电路板61与固定治具4、功能器件62与电路板61安装时的位置精度。同时机械手有效减少了操作工人的操作难度。
[0084]
进一步地，至少一个相机包括位于第五节点的第五相机25，至少一个机械臂包括位于第五节点的第五机械臂15，电路板安装系统包括位于第五节点的贴装轨道31，贴装轨道31用于传送固定治具4。控制装置7用于从第五相机25获取容置槽41形状以及各容置槽41相对位置的第五尺寸公差，并根据第五尺寸公差控制第五机械臂15取走不合格的固定治具4。本实施例中贴装轨道31可以将固定治具4自动传送到电路板安装系统对应的节点上，与抓取机构1、影像采集系统2相配合，实现自动化装配。
[0085]
在一些实施方式中，贴装轨道31可以与零件轨道33和/或整板轨道32相配合使用，通过在不同轨道之间布置的机械臂，可以进一步增加电路板安装系统的自动化水平。
[0086]
在一些实施方式中，如图10所示，第五尺寸公差包括g1、g2、f1和f2。其中，g1、g2分别为各容置槽41之间长度方向与宽度方向的尺寸公差，f1、f2分别为单个容置槽41长度与宽度方向的尺寸公差。在固定治具4上放置电路板61前，对固定治具4上的容置槽41尺寸进行检测，可筛选出尺寸公差符合要求的固定治具4，进而提高了电路板61与固定治具4安装时的相对精度。
[0087]
在其他实施方式中，第一机械臂11、第二机械臂12、第三机械臂13、第四机械臂14和第五机械臂15附近还可设置有不良品收集台5，该不良品收集台5可以集中放置尺寸公差不合格的固定治具4、电路板61以及功能器件62中的至少一种，从而便于对不合格的工件集中处理，使厂房中的环境更加整洁。
[0088]
在一些实施方式中，电路板安装系统还可以包括固定治具4装载运输机，其位于贴装轨道31第五节点前的位置，该运输机可以根据目前的加工进度调整固定治具4的传送速度。
[0089]
在其他实施方式中，电路板安装系统的第一节点与第二节点之间还包括锡膏印刷步骤以及锡膏检测步骤。优选地，为提高系统的自动化程度，所述的锡膏印刷与锡膏检测都可设置为通过机械臂与相机配合来完成。
[0090]
进一步地，电路板安装系统第一节点后还设置有回流焊接工艺。回流焊接是指利用焊膏(由焊料和助焊剂混合而成的混合物)将一或多个电子元件连接到接触垫上之后，透过控制加温来熔化焊料以达到永久接合，可以用回焊炉、红外加热灯或热风枪等不同加温方式来进行焊接。在经过回流焊接后，把工件从贴装轨道61上取走。
[0091]
本实施例的电路板安装系统按照如下流程来进行电路板安装控制，如图3所示，所述流程包括：
[0092]
步骤s100：获取电路板安装路程中至少一个节点中电路板61和/或功能器件62的检测图像；
[0093]
步骤s200：根据检测图像确定安装流程中的尺寸公差；
[0094]
步骤s300：根据尺寸公差控制机械臂把功能器件62贴装在电路板上，以及取走不
合格的电路板61和/或功能器件62。
[0095]
通过本实施例的电路板安装控制方法，可以对电路板61以及功能器件62进行自动贴装并进行公差检测，提升了测量精度，并降低人工操作难度。
[0096]
进一步地，获取电路板安装路程中至少一个节点中电路板61和/或功能器件62的检测图像，具体为：获取电路板61与功能器件62相对位置的第一检测图像。根据检测图像确定安装流程中的尺寸公差，具体为：根据第一检测图像确定电路板61与功能器件62相对位置的第一尺寸公差。根据尺寸公差控制机械臂取走不合格的电路板61和/或功能器件62，具体为：根据第一尺寸公差控制机械臂把功能器件62贴装在电路板61上，以及取走不合格的电路板61和功能器件62。利用第一尺寸公差可以判断电路板61与功能器件62相互间的位置关系，进而保证了功能器件62的在电路板61上安装位置的准确定。
[0097]
优选地，电路板安装控制方法还包括将取走的电路板61与功能器件62进行再次贴装，再次检测第一尺寸公差是否合格，将第一尺寸公差不合格的电路板61与功能器件62取走并重复上述步骤，直至第一尺寸公差合格。本实施例中对第一尺寸公差不合格电路板61与功能器件62进行重复装配，提高了工艺系统的智能化水平。
[0098]
进一步地，电路板安装控制方法还包括获取功能器件62的焊盘的第二检测图像，根据第二检测图像确定功能器件62焊盘位置的第二尺寸公差，根据第二尺寸公差控制机械臂取走不合格的功能器件62。利用第二尺寸公差可以对功能器件62的焊盘尺寸进行筛选，在于电路板组装之前，把焊盘尺寸不合格的功能器件62的提前取走，进而提高功能器件62与电路板61的贴装精度。同时在第二节点设置的零件轨道33可与机械手、贴装轨道31进行配合，实现对功能器件62的自动传送。
[0099]
进一步地，电路板安装控制方法还包括获取容置槽41与电路板61的相对位置的第三检测图像，根据第三检测图像确定容置槽41与电路板61的相对位置的第三尺寸公差，根据第三尺寸公差控制机械臂把电路板61放置在容置槽41内以及取走不合格的固定治具4和电路板61。利用第三尺寸公差保证了容置槽41与电路板61的相对位置关系。
[0100]
优选地，电路板安装控制方法还包括将取走的电路板61与固定治具4进行再次装配，再次检测第三尺寸公差是否合格，将第三尺寸公差不合格的电路板61与固定治具4取走并重复上述步骤，直至第三尺寸公差合格。本实施例中对第三尺寸公差不合格电路板61与功能器件62进行重复装配，提高了工艺系统的智能化水平。
[0101]
进一步地，电路板安装控制方法还包括获取来料整板6上的电路板61的第四检测图，根据第四检测图像确定来料整板6上的电路板61边缘尺寸和电路板61焊盘的与电路板61边缘第四尺寸公差，根据第四尺寸公差控制机械臂取走不合格的电路板。在固定治具4上放置的电路板61前，对电路板61尺寸进行检测，可以有效的提高电路板61与固定治具4安装时的相对位置精度。同时机械手有效减少了操作工人的操作难度。
[0102]
进一步地，获取固定治具4的第五检测图像，根据第五检测图像确定固定治具4的容置槽41形状以及各容置槽41相对位置的第五尺寸公差，根据第五尺寸公差控制机械臂取走不合格的固定治具4。在固定治具4上放置的电路板61前，固定治具4上的容置槽41尺寸进行检测，提高电路板61与固定治具4安装时的相对精度。
[0103]
在另一个可选实现方式中，如图4所示，本实施例的电路板安装系统按照如下流程来进行电路板安装控制。在本实现方式中，利用采集到的尺寸公差与制程能力模型进行匹
配，从而判断工艺系统的制程能力，所述流程包括：
[0104]
步骤s100
′
：采集第一尺寸公差、第二尺寸公差、第三尺寸公差、第四尺寸公差、第五尺寸公差中至少一种数据；
[0105]
步骤s200
′
：将采集到的数据与系统预存的制程能力模型进行匹配，解析得到被采集数据对应的制程能力指数；
[0106]
步骤s300
′
：将得到的制程能力指数进行显示。
[0107]
制程能力是指工序在一定时间里，处于控制状态(稳定状态)的实际工作能力。制程能力指数是指制程能力满足产品质量标准要求(规格范围等)的程度，或是工序在一定时间里，处于控制状态(稳定状态)下的实际加工能力。本实施例中利用采集到的各尺寸公差与制程能力模型进行对比分析，可以对工艺系统的制程能力进行检测，省去人工量测、收集、整理数据，进一步保证了产品质量。
[0108]
图5是本发明实施例的固定治具4的结构示意图，如图5所述，本实施例中固定治具4由钢片制成，在其上设置的容置槽41呈3
×
8的矩形阵列分布。该固定治具4可以同时容纳多个电路板61。
[0109]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。