CN103213941B - 基于三目光学体视显微镜的焊盘引线结构 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于三目光学体视显微镜的焊盘引线结构。它是由双目光学体视显微镜、电机（2）、连接板(3)、SLM底板(4)、前置摄像头（5）、微夹钳（6）、旋转盘(7)、微马达底座（8）、微马达线圈（9）、引线焊盘（10）组成。双目光学体视显微镜检测微夹钳钳尖自动夹持引线的过程，前置摄像头（5）检测微夹钳把引线夹持到焊盘的过程。电机（2）带动旋转盘（7）转动，使引线焊盘到达确定的位置，然后微夹钳将3根引线分别夹持到指定的焊盘上。微马达底座（8）与旋转盘（7）装配到一起，当旋转盘转动时带动微马达的旋转，最终带动引线焊盘（10）的旋转。在当今微型化发展的趋势下，本发明针对引线细小，用肉眼很难引线的特点，设计的机械装置在三目光学体视显微镜的检测下具有更好的准确性和通用性。

Description

基于三目光学体视显微镜的焊盘引线结构

技术领域

本发明属于微机电***技术领域，用于焊盘引线微装配使用的机械装置。本装置利用电机旋转带动旋转盘,使引线焊盘旋转到指定位置，实现微夹钳夹持微型马达线圈引线，并将引线夹持到焊盘上的一种机械装置。

背景技术

基于光学体视显微镜的双目显微立体视觉技术已经在微操作、微装配、微测量等领域广泛应用，而微马达是一种典型的微执行器，并且已经用于汽车、玩具、办公机械、自动化设备等多种领域。微马达最重要的工序就是将微马达线圈的引线焊接到焊盘上。微马达转子引线自动装配到焊盘上已经成为微机电技术和微装置技术的关键。

目前，由于引线的细小，柔软，不易抓取的特点，大部分工业领域内引线的焊接全部采用人工在显微镜下操作完成，人工在显微镜下的长时间操作会使操作人员产生视觉疲劳，不仅对工人的身体有害，而且会造成操作误差、生产效率不稳定、焊接成本高、成品率低、准确率低等一系列问题，如何克服人工操作存在的问题，使引线能够准确地装配到焊盘上是微马达焊盘引线最重要的技术问题。另外，也有一些针对手机上的振动微马达的设计，是采用视觉控制的方法实现微马达转子引线自动化装配的研究，这种方法针对引线柔性的特点，采用气流定位法定位引线头，并且要对焊盘进行位姿调整.使得操作复杂、效率较低，而且用气流定位法定位引线头需要控制气流的大小，气流太小不能达到定位的目的，太大则会将引线吹断。

发明内容

本发明的目的在于克服人工在显微镜下进行焊接造成的生产效率低，成本高和准确度低的缺点，提出了一种基于三目光学体视显微镜的微马达引线自动焊接的方法。三目光学体视显微镜包括双目光学体视显微镜以及放置在马达线圈前端的前置摄像头，通过三目光学体视显微镜体系代替人眼观测并确定焊盘的位置，这种技术属于图像处理领域的应用，需要在计算机中编写自动检测焊盘位置的程序，这种设计把机械结构与图像处理结合起来。

为了实现上述目的，减少工业生产的成本和避免采用气流定位法定位引线头不准确的特点，本发明采用如下技术方案：

基于三目光学体视显微镜的焊盘引线结构，其特征在于：该装置包括双目光学体视显微镜SLM1、电机2、连接板3、SLM底板4、前置摄像头5、微夹钳6、旋转盘7、微马达底座8、微马达线圈9、引线焊盘10；

双目光学体视显微镜SLM1、前置摄像头5与计算机连接在一起，双目光学体视显微镜SLM1检测引线的位置，通过计算机内的图像处理软件控制微夹钳6的运动，使其容易夹持引线；前置摄像头5检测3个焊盘的位置，通过图像处理软件控制电机2的旋转角度使焊盘旋转到准确的位置；双目光学体视显微镜SLM1物镜的下方是微马达线圈9，前置摄像头5的中心轴线与微马达线圈9的中心轴线同轴；微马达线圈9的前端是引线焊盘10，前置摄像头对准引线焊盘10，以便检测引线焊盘10的位置；在引线焊盘10的一侧设有用于夹持引线的微夹钳6，微夹钳6与二维平台装配在一起；在微马达底座8前端安装有微马达线圈9；微马达底座8安装在旋转盘7；旋转盘7与电机2固定，电机2转动带动旋转盘7的转动，并最终带动引线焊盘10的转动；电机2的上端与连接板3的中间部位固定到一起，连接板的两端与SLM底板4固定到一起。

微夹钳6的设计主要是夹持引线，微夹钳与二维平台装配在一起，电机的旋转运动转化成平移台的直线运动，从而控制微夹钳的运动量和运动方向，当微马达线圈前的焊盘旋转到确定的位置时，微夹钳能够自动地夹持引线，夹持引线后，微夹钳远离引线焊盘，当微马达线圈前的下一个焊盘旋转到确定的位置时，微夹钳再靠近焊盘引线进行引线。

应用双目光学体视显微镜和前置摄像头进行视觉检测，对微夹钳夹持引线并夹持到引线焊盘10的过程采用图像处理技术，图像处理技术在该领域的应用提高了显微镜和摄像头控制焊盘引线的准确度，并提高微夹钳自动引线的效率，这类技术通常需要摄像头和计算机组合在一起，在计算机中设计双目光学体视显微镜检测微夹钳夹持引线和前置摄像头检测引线是否夹持到焊盘上的图像处理软件，本设计采用Halcon图像处理软件。微马达线圈前端的3个焊盘均匀分布，即相邻两个焊盘之间的夹角为120°。电机转动，控制微马达线圈的转动角度，双目光学体视显微镜能够看到以及检测微夹钳夹持引线的过程，前置摄像头检测微夹钳夹持引线后并把引线准确地夹持到焊盘上的过程。

本发明把电机和连接板装配到一起，占用的空间较小，并且使微马达线圈有了相对较好的位置，保证了微马达线圈前端的焊盘在双目光学体视显微镜镜头的中心轴线位置，更能够清晰成像，有利于微夹钳和前置摄像头的放置。双目光学体视显微镜和前置摄像头对微夹钳进行位置控制，只需应用图像处理软件即可。这样的整体设计利用图像处理技术实现微马达线圈焊盘引线的自动化夹持和焊接，只需操作人员操作计算机即可，操作简便，提高生产率。

附图说明

图1本发明基于三目光学体视显微镜的焊盘引线整体结构示意图

图2本发明连接板的结构图

图3本发明旋转盘的结构图

图4本发明微马达底座的结构图

图5本发明微马达线圈的结构图

图6本发明旋转盘、微马达底座、微马达线圈的整体装配图

图中，1、双目光学体视显微镜SLM；2、电机；3、连接板；4、SLM底板；5、前置摄像头；6、微夹钳；7、旋转盘；8、微马达底座；9、马达线圈；10、引线焊盘；

具体实施方式

结合图1-图5对本发明做进一步说明：

如图1所示，电机2转动带动旋转盘的转动，最终带动微马达线圈的旋转，本发明选用的电机的尺寸不大，选用的步进电机的型号为Y80M1-2，考虑到电机的放置问题，应该使整套装置有着合适的位置。根据微夹钳的设计，使微夹钳的钳尖能够容易地夹持引线，根据这一原则，把电机与连接板通过螺栓装配到一起，使电机放置在SLM底板上部，并使钳尖靠近引线。

连接板3的中间部位与电机2固定，连接板的两端与SLM底板固定，由于螺钉用于不经常拆卸和受力较小的场合，根据电机上螺纹的大小选择M3的内六角圆柱头螺钉来连接电机与连接板，由于铝合金较轻便，成本较低的特点，连接板选用铝合金的材料，设计连接板总的尺寸为，长×宽×高：260mm×35mm×90mm。厚度为5mm，并且在与SLM底板装配处各攻两个螺纹，与SLM底板的装配采用螺栓连接，螺栓一般用于不太厚的钻成通孔的场合，根据SLM底板的通孔选用M7的螺栓。

旋转盘7主要带动微马达底座8，旋转盘7的材料选择铝合金。设计旋转盘的尺寸为：与电机轴装配的空心圆轴的外径为Φ15mm，内径为Φ8mm，长度为25mm，在空心圆轴上打Φ3mm的孔，用螺钉把电机轴和旋转盘装配起来；旋转盘的底盘直径为Φ50mm，厚度为10mm；旋转盘的凸台也采用空心圆轴，外径尺寸为Φ25mm，内径尺寸为Φ20mm，长度为10mm。与旋转盘7装配在一起的微马达底座8的尺寸为：底盘直径为Φ20mm，厚度为10mm，旋转盘7的凸台和微马达底盘各攻3个M3螺纹，凸台上的孔为通孔，微马达底盘的孔的深度为5mm，每3个孔相差角度为120°，均匀分布在旋转盘的凸台和微马达底座的底盘上，再用M3的螺栓把两个组件装配到一起。微马达底盘前端的选用的轴Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的尺寸分别为：轴Ⅰ的直径为Φ8mm，长度为7mm，在其上也攻有3个相差120°的孔，直径为Φ3mm，深度为2mm，轴Ⅱ的直径为Φ3mm，厚度为2mm，轴Ⅲ的直径为Φ2mm，长度为5mm，在轴心线上开直径为0.1mm的孔，就是为了微马达线圈的底端与孔配合。

我们用的微马达引线是70μm，3根引线重叠在一起，由于引线非常细小柔软，因此应用双目光学体视显微镜来观测微夹钳的钳尖自动夹持引线的过程，当钳尖夹持到一根引线的时候，前置摄像头检测微马达线圈焊盘是否到达准确的位置，到达准确位置之后微夹钳自动地把引线夹持到焊盘上，然后旋转盘在电机的带动下旋转120°，带动微马达线圈转到下一个焊盘，然后再重复微夹钳夹持引线的过程，直到把3根引线分别夹持到相应的焊盘上，这样，用微夹钳夹持引线到相应的焊盘上的过程就完成了。然后由机械手把微马达线圈取下来，进行下一道焊接的工序。

焊盘引线装置在工作时，焊盘引线装置在工作时，前置摄像头5检测3个焊盘的位置，通过图像处理软件控制电机2的旋转，由电机旋转带动引线焊盘的旋转，使焊盘旋转到准确的位置。双目光学体视显微镜SLM1通过计算机内的图像处理软件控制微夹钳6的运动，使其容易夹持引线。双目光学体视显微镜检测微夹钳自动引线的过程，整个微夹钳接近、夹持引线的过程在计算机里清晰可见，如果有偏差时可以很容易调整。前置摄像头检测微夹钳把引线夹持到焊盘上的过程，这个过程需要很高的精度，需要微夹钳与引线焊盘较高精度的装配。在微夹钳夹持引线，前置摄像头检测引线焊盘到达指定的位置后，微夹钳把引线夹持到引线焊盘上，然后电机旋转120°，进行第2个焊盘引线的装配，依次类推，直到微夹钳把3根引线分别夹持到相应的3个引线焊盘上时，这道工序才算完成。

本发明突出的特点为：一、采用图像处理技术与机械装置结合起来，把双目光学体视显微镜和前置摄像头与计算机连接到一起，在计算机中采用图像处理软件识别引线，使微夹钳准确地夹持引线，并把引线夹持到引线焊盘上。二、利用电机带动旋转盘的转动，最终带动微马达线圈的均匀转动，使3个焊盘精确旋转120°。三、利用连接板固定电机，把连接板固定到双目光学体视显微镜底板上，结构装置新颖，减少装置占用的空间。

Claims (1)

1.基于三目光学体视显微镜的焊盘引线结构，其特征在于：包括双目光学体视显微镜SLM(1)、电机(2)、连接板(3)、SLM底板(4)、前置摄像头(5)、微夹钳(6)、旋转盘(7)、微马达底座(8)、微马达线圈(9)、引线焊盘(10)；

双目光学体视显微镜SLM(1)、前置摄像头(5)与计算机连接在一起，双目光学体视显微镜SLM(1)物镜的下方是微马达线圈(9)，前置摄像头(5)的中心轴线与微马达线圈(9)的中心轴线同轴；微马达线圈(9)的前端是引线焊盘(10)，前置摄像头对准引线焊盘(10)，以便检测引线焊盘(10)的位置；在引线焊盘(10)的一侧设有用于夹持引线的微夹钳(6)，微夹钳(6)与二维平台装配在一起，由二维平台的运动控制微夹钳的运动；微马达底座(8)的前端安装有微马达线圈(9)；微马达底座(8)安装在旋转盘(7)；旋转盘(7)与电机(2)固定，电机(2)转动带动旋转盘(7)的转动，并最终带动引线焊盘(10)的转动；电机(2)的上端与连接板(3)的中间部位固定到一起，连接板的两端与SLM底板(4)固定到一起。