本發(fā)明涉及引腳電子元件的組裝領(lǐng)域，特別是涉及一種異形元件取插裝置。

背景技術(shù)：

異形元件為不規(guī)則或非標(biāo)準(zhǔn)的引腳器件，如電感、變壓器、繼電器、連接器、大型電容、大型電阻、保險絲、輕觸開關(guān)等，在功率模擬電路、防震、電氣連接及電氣安全等應(yīng)用領(lǐng)域由于其大功率負(fù)載能力、強抗震動和高抗沖擊性能而不可或缺。然而，由于異形元件的尺寸和形狀多樣化且其引腳存在較大的尺寸公差和形位公差，其在PCB板上插件的自動化一直是電子組裝行業(yè)內(nèi)亟需突破的技術(shù)難題。目前，異形元件取插裝置一般采用并行排列的多個取插頭且一起安裝在一個X-Y定位拱架或龍門上，各取插頭上下垂直運動完成取件和插件，其插件流程中的取件、視覺識別、校正、插件等步驟大多是一個步驟接另一個步驟按順序串行的，因此單個插件周期包含多個步驟。盡管各取插頭可以單獨地或共同地完成取件，然而幾乎無法同時實現(xiàn)一個以上的視覺識別和插件，因此其插件速度的提升存在難以逾越的瓶頸，當(dāng)前插件速度技術(shù)指標(biāo)仍停留在中速（2-3秒/個）階段。因此，如何構(gòu)思高速的取插頭架構(gòu)已成為異形元件自動插件的技術(shù)難題。近些年市場出現(xiàn)過基于SCARA四軸串聯(lián)關(guān)節(jié)型機器人或六軸串聯(lián)關(guān)節(jié)型機器人的取插裝置，其取插頭為多個并行排列或沿圓周方向均勻分布，但其插件流程仍然局限于串行方式，速度慢的缺陷依然存在。

除上述速度限制難題外，由于異形元件的形狀不規(guī)則，精確的插件要求多個自由度的位姿檢測，這對異形元件的自動插件又是一道技術(shù)難題?，F(xiàn)有的異形元件插件機一般采用底視識別的視覺對中技術(shù)，但由于視覺光學(xué)元器件內(nèi)在的2D圖像采集特性，視覺的視野范圍僅局限于一個底面，對有些異形元件（如變壓器等），由于引腳針焊線點的底面成像與引腳針本身的底面成像存在交叉或重疊區(qū)域，底視識別難以適用，此外底視視覺還無法檢測到引腳高度、長度及變形缺陷等。所以現(xiàn)有的視覺對中技術(shù)不僅存在異形元件的兼容性問題，也難以糾正異形元件本體尺寸及引腳的長度制造誤差以保證插件高度方向的到位精度，更無法將不符合插件條件的異形元件預(yù)先剔除，如引腳歪斜、缺引腳等。

基于以上緣由，異形元件取插裝置的技術(shù)一直停滯不前，只是在十多年前的技術(shù)基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)馗纳婆c提升?，F(xiàn)有的異形元件取插裝置的插件速度、插件精度及性價比均無法達(dá)到客戶的預(yù)期。目前，在用量大的家電電控板、充電器、數(shù)字機頂盒、電視機、智能電表、開關(guān)電源及電機驅(qū)動器等PCB板的組裝，異形元件基本由人工插件，插件方式的生產(chǎn)效率低，人工成本高，錯插和漏插率質(zhì)量問題凸顯。迄今為止，市場上還尚未見有集插件高速、插件精準(zhǔn)、在線診斷及處理等本發(fā)明技術(shù)特征的異形元件取插裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種即能提高插件速度，又能保證插件精度的異形元件取插裝置。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種異形元件取插裝置，具有插件工位和取件工位，包括：

沿橫向布置的水平回轉(zhuǎn)模塊，其包括水平旋轉(zhuǎn)平臺；

若干個沿周向均布在水平旋轉(zhuǎn)平臺外周的取插頭，各所述取插頭與水平旋轉(zhuǎn)平臺的外周在Z軸的縱向上滑動連接；

分別設(shè)置在取件工位和插件工位的取插Z軸運動模塊，任一取插頭轉(zhuǎn)動至插件工位或取件工位后，所述取插Z軸運動模塊連接取插頭并可對該取插頭施加沿Z軸的縱向的推力。

進(jìn)一步地，各所述取插頭包括相互平行并可對向運動的兩個夾爪，夾爪配套設(shè)有夾爪夾持機構(gòu)和夾爪旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，夾爪夾持機構(gòu)驅(qū)動兩個夾爪的對向運動以夾持異形元件，夾爪旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動兩個夾爪以兩個夾爪的對稱軸為轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，各所述取插頭包括一夾爪基座，所述夾爪夾持機構(gòu)包括安裝在夾爪基座上的絲桿步進(jìn)電機和連接在絲桿步進(jìn)電機輸出端的直線滑塊，所述兩個夾爪直接或間接地連接在直線滑塊上，絲桿步進(jìn)電機通過直線滑塊可驅(qū)動兩個夾爪作對向直線移動。

進(jìn)一步地，所述絲桿步進(jìn)電機在驅(qū)動兩個夾爪的夾持過程中，通過力與位置柔順控制方式以實現(xiàn)兩個夾爪對異形元件的柔順接觸。

進(jìn)一步地，所述夾爪旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括步進(jìn)電機和同步輪，步進(jìn)電機安裝在所述夾爪基座上，夾爪夾持機構(gòu)通過同步帶與同步輪連接，步進(jìn)電機通過同步輪驅(qū)動所述夾爪夾持機構(gòu)繞其Z軸的中心旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，取插Z軸運動模塊包括取件Z軸運動模塊和插件Z軸運動模塊，取件Z軸運動模塊和插件Z軸運動模塊分別包括永磁直線電機、Z軸運動導(dǎo)軌和Z軸壓頂塊，所述永磁直線電機包括永磁鐵定子和運動線圈，Z軸壓頂塊安裝在運動線圈上，運動線圈安裝在Z軸運動導(dǎo)軌上，所述永磁直線電機通過提供運動線圈一電流激勵，與永磁鐵定子之間產(chǎn)生相互電磁推力，推動運動線圈沿Z方向運動，進(jìn)而帶動Z軸壓頂塊沿著Z軸運動導(dǎo)軌作Z軸方向上下直線運動，從而推動取插頭的升降。

進(jìn)一步地，所述永磁直線電機在驅(qū)動Z軸壓頂快和取插頭插件下降過程中，采用力與位置控制實現(xiàn)異形元件引腳對待插PCB板的柔性接觸。

進(jìn)一步地，異形元件插件裝置還包括取插頭隨水平旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)到達(dá)的底視識別工位、側(cè)視識別工位，所述水平旋轉(zhuǎn)平臺的下方設(shè)有底面識別視覺模塊，所述底面識別視覺模塊對應(yīng)于底視識別工位設(shè)置以用于拍攝異形元件引腳的底面圖像，水平旋轉(zhuǎn)平臺的側(cè)面設(shè)置有側(cè)面識別視覺模塊，側(cè)面識別視覺模塊對應(yīng)于側(cè)視識別工位設(shè)置以用于拍攝異形元件引腳的側(cè)面圖像。

進(jìn)一步地，所述取件Z軸運動模塊的側(cè)面設(shè)置有PCB基準(zhǔn)點識別視覺模塊，用于拍攝待插PCB板上的基準(zhǔn)點圖像。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明分別利用取件工位和插件工位的取插Z軸運動模塊對旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)工位的取插頭施加推力，使其沿縱向升降，在取件工位的取插頭下降后完成取件，在插件工位的取插頭下降后完成插件，水平旋轉(zhuǎn)平臺間隙式的旋轉(zhuǎn)完成取插頭在取件工位和插件工位的切換，通過以上方式自動實現(xiàn)電子元器件的取件、插件，從而提高生產(chǎn)效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1為異形件取插裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為取插頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為取插Z軸運動模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為取插Z軸運動模塊與取插頭組合時的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為取插頭下方的工位示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，異形元件取插裝置安裝在并未圖示的支撐板下面，屬懸掛吊頂安裝架構(gòu)。異形元件插件裝置包括水平回轉(zhuǎn)模塊、取插頭模塊、取插Z軸運動模塊、PCB基準(zhǔn)點識別視覺模塊62、底面識別視覺模塊63和側(cè)面識別視覺模塊64。所述水平回轉(zhuǎn)模塊包括DDR直驅(qū)電機65、水平旋轉(zhuǎn)平臺57和環(huán)形凸輪導(dǎo)向軌道58。所述取插頭模塊設(shè)置八個結(jié)構(gòu)類似的取插頭59a-59h，其沿圓周方向呈均勻分布且在空間上互差45o角度。

圖2示意出了其中一個取插頭的結(jié)構(gòu)圖，包括相互平行的兩個夾爪74、75、夾爪夾持機構(gòu)、夾爪旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、凸輪跟隨器77、固定座68和縱向滑塊69，其中固定座68沿圓周徑向與所述水平旋轉(zhuǎn)平臺57固定連接。再參考圖1，所述凸輪跟隨器77通過與環(huán)形凸輪導(dǎo)向軌道58的接合，在環(huán)形凸輪導(dǎo)向軌道58的導(dǎo)引下可沿圓周方向滾動。所述水平回轉(zhuǎn)模塊中的DDR直驅(qū)電機65可驅(qū)動水平旋轉(zhuǎn)平臺57繞其Z軸中心回轉(zhuǎn)，帶動八個取插頭59a-59h中的凸輪跟隨器77在環(huán)形凸輪導(dǎo)向軌道58內(nèi)沿圓周方向滾動，從而實現(xiàn)取八個插頭59a-59h繞所述Z軸中心的φ角旋轉(zhuǎn)。由于所述八個取插頭59a-59h沿周向共同轉(zhuǎn)動，繞所述Z軸的φ角旋轉(zhuǎn)定義為八個取插頭59a-59h的公轉(zhuǎn)。

再參考圖2，所述夾爪夾持機構(gòu)由電機驅(qū)動，其包括絲桿步進(jìn)電機70和直線滑塊71，兩個夾爪74、75直接或間接地連接在直線滑塊71上，絲桿步進(jìn)電機70通過直線滑塊71可驅(qū)動兩個夾爪74、75對向直線移動以夾持固定待插異形元件76（圖2所示的異形元件為一繼電器）的引腳。

優(yōu)選的，為適應(yīng)異形元件的繁多尺寸規(guī)格，所述夾爪夾持機構(gòu)的兩個夾爪74、75從夾緊至張開的幅度設(shè)計得覆蓋一定的尺寸變化范圍，以避免頻繁的更換。特別的，兩個夾爪74、75的夾緊力采用實時控制以降低沖擊力，從而減少對異形元件本體的損傷。具體方案是：所述絲桿步進(jìn)電機70在夾持過程中，通過力與位置柔順控制方式以實現(xiàn)兩個夾爪74、75對異形元件的柔順接觸，在接觸后控制夾持力大小以夾緊異形元件但不致使元件變形或損壞。關(guān)于力與位置柔順控制方式可參考以下文獻(xiàn)。

(1)李正義,機器人與環(huán)境間力／位置控制技術(shù)研究與應(yīng)用［Ｄ:博士學(xué)位論文］，華中科技大學(xué)，2011.

(2)隆志力，禹新路，朱 超，基于速度阻尼的位置／壓力切換控制模型，中國機械工程，2014，25（14）:1946-1955.

(3)陳永剛，閻秋，鞏航軍，基于速度阻尼力位切換DSP 算法的引線鍵合機邦頭設(shè)計，機床與液壓，2014，42(20):115-131。

再參考圖2，所述夾爪旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括步進(jìn)電機72和同步輪73，所述夾爪夾持機構(gòu)通過同步帶與同步輪73連接，步進(jìn)電機72通過同步輪73和同步帶的驅(qū)動，將所述夾爪夾持機構(gòu)繞其自身Z軸心旋轉(zhuǎn)θ角，亦即繞兩個夾爪74、75的對稱軸旋轉(zhuǎn)θ角，一方面滿足從0o至360o的插件角度需要，另一方面補償校正異形元件在插件前的角度誤差。由于此旋轉(zhuǎn)為繞自身的Z軸中心旋轉(zhuǎn)，繞Z軸的θ角旋轉(zhuǎn)定義為八個取插頭59a-59h的自轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，所述八個取插頭59a-59h中每個取插頭的結(jié)構(gòu)大致相同，其區(qū)別僅在于兩個夾爪74、75的形狀和尺寸。優(yōu)選的，兩個夾爪74、75的具體形狀和尺寸可根據(jù)異形元件的引腳形狀和尺寸而設(shè)計，如異形元件的引腳改變，僅需更換兩個夾爪74、75即可，從而提高異形元件的兼容性及降低換線時間。

再參考圖1，取插Z軸運動模塊包括結(jié)構(gòu)類似的取件Z軸運動模塊67和插件Z軸運動模塊66。如圖3所示，取件Z軸運動模塊67和插件Z軸運動模塊66均包括永磁直線電機、Z軸運動導(dǎo)軌80和Z軸壓頂塊81，其中Z軸壓頂塊81內(nèi)設(shè)置凸輪導(dǎo)向軌道82。所述永磁直線電機包括永磁鐵定子78和運動線圈79，Z軸壓頂塊81安裝在運動線圈79上，運動線圈79安裝在Z軸運動導(dǎo)軌80上。所述永磁直線電機通過提供運動線圈79一電流激勵，與永磁鐵定子78之間產(chǎn)生相互電磁推力，推動運動線圈79沿Z方向運動，進(jìn)而帶動Z軸壓頂塊81沿著Z軸運動導(dǎo)軌80作Z方向上下直線運動。

如圖4所示，所述環(huán)形凸輪導(dǎo)向軌道58在沿圓周方向設(shè)置兩個開口，所述取件Z軸運動模塊67和插件Z軸運動模塊66各自的凸輪導(dǎo)向軌道82安置于這兩個開口內(nèi)并分別與所述環(huán)形凸輪導(dǎo)向軌道58沿圓周方向水平串聯(lián)布置且留有Z方向運動的間隙。所述凸輪跟隨器77可通過與所環(huán)形凸輪導(dǎo)向軌道58和所述取件Z軸運動模塊67及插件Z軸運動模塊66各自的凸輪導(dǎo)向軌道82之間的串聯(lián)水平對接，沿圓周方向?qū)崿F(xiàn)360°持續(xù)的滾動。

再參考圖4，所述八個取插頭59a-59h在所述環(huán)形凸輪導(dǎo)向軌道58內(nèi)的公轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)各取插頭的凸輪跟隨器77公轉(zhuǎn)至取件Z軸運動模塊67或插件Z軸運動模塊66的凸輪導(dǎo)向軌道82內(nèi)時，所述永磁直線電機驅(qū)動Z軸壓頂塊81，通過凸輪導(dǎo)向軌道82下壓或上頂凸輪跟隨器77，帶動各取插頭的縱向滑塊69在固定座68內(nèi)實現(xiàn)Z方向的下降或上升直線運動，從而實現(xiàn)各取插頭的取件和插件的下降運動及升至原始Z方向高度的運動。

特別的，所述永磁直線電機在插件下降過程中，采用力與位置柔順控制方式實現(xiàn)異形元件引腳對待插PCB板的柔性接觸，在接觸后控制插力大小以可靠插入引腳但不導(dǎo)致引腳和待插PCB板的變形或損壞。

結(jié)合圖1和圖4，所述PCB基準(zhǔn)點識別視覺模塊62安裝在插件Z軸運動模塊66的側(cè)面，用于拍攝并未圖示的待插PCB板上的基準(zhǔn)點（MARK點）圖像，通過圖像算法實現(xiàn)異形元件在待插PCB板上的插件位置的定位。所述底面識別視覺模塊63安裝在所述水平旋轉(zhuǎn)平臺57的下方，用于拍攝異形元件引腳的底面圖像，采用圖像算法得出異形元件的引腳位置，得到異形元件視覺對位所需轉(zhuǎn)動的角度，在插件前對所述八個取插頭59a-59h分別進(jìn)行轉(zhuǎn)角的補償校正，從而實現(xiàn)插件的精準(zhǔn)視覺對位。所述側(cè)面識別視覺模塊64安裝在水平旋轉(zhuǎn)平臺57的側(cè)面，用于拍攝異形元件引腳的側(cè)面圖像，通過圖像算法計算出引腳的高度和長度，在插件時對所述八個插件頭59a-59h進(jìn)行Z方向位移的調(diào)整，從而保證異形元件的插件高度準(zhǔn)確到位。其次，對難以通過底面圖像識別引腳的情形，所述側(cè)面識別視覺模塊64可通過圖像算法間接求出異形元件的引腳位置，解決視覺對位的技術(shù)難題。此外，根據(jù)側(cè)面圖像，可檢測出異形元件的缺陷，如引腳歪斜、缺引腳等，從而可將不符合插裝條件的元件預(yù)先剔除。

如圖5所示，根據(jù)所述八個取插頭59a-59h在公轉(zhuǎn)間隔45o的八個軌跡位置，將其軌跡下方相對應(yīng)的位置分為八個工位，即取件工位83a、底視識別工位83b、側(cè)視識別工位83c、校正工位83d、插件工位83e、換夾爪工位83f和83h以及棄料工位83g。

結(jié)合圖1至圖5，所述八個工位位置時的工作過程分別為：

(1)取件工位83a: 為公轉(zhuǎn)歸零位置，對應(yīng)的取插頭下降到取件高度，其兩個夾爪74、75夾緊待插異形元件，然后取插頭上升到設(shè)定初始高度。

(2)底視識別工位83b：所述底面識別視覺模塊63拍攝與對應(yīng)的取插頭中的兩個夾爪74、75所夾持的待插異形元件引腳的底面圖像，通過圖像算法判斷待插異形元件是否符合插件條件，如符合則采用圖像算法得出異形元件的引腳位置，得到異形元件視覺對位所需轉(zhuǎn)動的角度。

(3)側(cè)視識別工位83c：所述側(cè)面識別視覺模塊64拍攝對應(yīng)的取插頭中的兩個夾爪74、75所夾持的待插異形元件引腳的側(cè)面圖像，通過圖像算法判斷待插異形元件是否符合插件條件，如符合則計算出插件高度或推算出異形元件的引腳位置，得到異形元件視覺對位所需轉(zhuǎn)動的角度。

(4)校正工位83d: 如待插異形元件符合插件條件，根據(jù)在底視識別工位83b或側(cè)視識別工位83c時所推算出的角度偏差值，對待插異形元件設(shè)定的插件角度進(jìn)行角度補償，得出插件補償角度。對應(yīng)的取插頭的兩個夾爪74、75所夾持的待插異形元件通過自轉(zhuǎn)所需的插件補償角度，完成角度差的校正。

(5)插件工位83e：如待插異形元件符合插件條件，根據(jù)在底視識別工位83b或側(cè)視識別工位83c 得出的引腳位置，由并未圖示的XY工作臺對待插異形元件設(shè)定的XY位置進(jìn)行XY坐標(biāo)補償，完成XY坐標(biāo)位置差的校正。對應(yīng)的取插頭下降至由側(cè)視識別工位83c計算所得的插件高度，從而完成待插異形元件的插件。然后取插頭的兩個夾爪74、75松開，取插頭上升到設(shè)定初始高度。

(6)換夾爪工位83f和83h：如對應(yīng)的取插頭無夾持異形元件，則可手動更換兩個夾爪74、75，兩個工位可更換兩對夾爪；

(7)棄料工位83g：對應(yīng)的取插頭中的兩個夾爪74、75松開，通過滑道60將不符合插入條件的異形元件剔除至廢料盒61中。

進(jìn)一步的，以上的八個工位除換夾爪工位83f和83h外，其余六個工位的功能為本發(fā)明的實施方案必須具備的。因此，優(yōu)選的實施方案為所述水平旋轉(zhuǎn)取插裝置3中設(shè)置六個或六個以上的取插頭，其具體數(shù)量可根據(jù)待插異形元件的數(shù)量和其相同類型的數(shù)量而確定。

由以上工位的工作過程可知，所述八個取插頭59a-59h順時針公轉(zhuǎn)，間隔45o停頓，在每次停頓時間內(nèi)可同時完成取件、底視識別、側(cè)視識別、校正、插件和棄料工作。假定取插頭59a在換夾爪工位83h，其余取插頭的兩個夾爪74和75夾持異形元件。設(shè)每次45o的公轉(zhuǎn)及隨后的停頓時間之和為一步，經(jīng)過初始的四步后，取插頭59a已完成取件、底視識別、側(cè)視識別和校正；取插頭59b已完成取件、底視識別和側(cè)視識別；取插頭59c已完成取件和底視識別；取插頭59d已完成取件。在第五步，在45o公轉(zhuǎn)隨后的停頓時間內(nèi)，取插頭59e的取件、取插頭59d的底視識別、取插頭59c的側(cè)視識別、取插頭59b的校正、取插頭59a的插件在同步并行工作。這一步完畢后取插頭59a從取件、底面識別、側(cè)面識別、校正到插件已完成一個插件周期；取插頭59b已完成取件、底視識別、側(cè)視識別和校正；取插頭55c已完成取件、底視識別和側(cè)視識別；取插頭55d已完成取件和底視識別；取插頭59e已完成取件。經(jīng)過第六步，取插頭59b將完成一個插件工作，由此類推，經(jīng)過每下一步，后續(xù)的取插頭，包括經(jīng)循環(huán)后已完成插件的取插頭均將完成一個插件，依照這種按步循環(huán)的方式連續(xù)運行，可完成待插PCB板上多個異形元件的插件。另外，分析上述按步循環(huán)的運行方式可推知，一個異形元件的插件周期為一步的時間，僅包含公轉(zhuǎn)45o的時間和用時最長的工位時間。一般地，插件工位83e由于動作最復(fù)雜而時間最長，因此一個異形元件的插件周期為公轉(zhuǎn)45o的時間與插件工位83e的時間之和。此種運行方式與常用拱架式或龍門式架構(gòu)采用的按順序串行運行方式相比，其插件速度大幅度加快，可將目前的插件速度從中速（2-3秒/個）檔次提升到高速（0.5-1秒/個）檔次。

上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的可行實施方式和優(yōu)選進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍。