專利名稱：基于三目光學(xué)體視顯微鏡的焊盤引線結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，用于焊盤引線微裝配使用的機(jī)械裝置。本裝置利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動旋轉(zhuǎn)盤，使引線焊盤旋轉(zhuǎn)到指定位置，實現(xiàn)微夾鉗夾持微型馬達(dá)線圈引線，并將引線夾持到焊盤上的一種機(jī)械裝置。
背景技術(shù)：
基于光學(xué)體視顯微鏡的雙目顯微立體視覺技術(shù)已經(jīng)在微操作、微裝配、微測量等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而微馬達(dá)是一種典型的微執(zhí)行器，并且已經(jīng)用于汽車、玩具、辦公機(jī)械、自動化設(shè)備等多種領(lǐng)域。微馬達(dá)最重要的工序就是將微馬達(dá)線圈的引線焊接到焊盤上。微馬達(dá)轉(zhuǎn)子引線自動裝配到焊盤上已經(jīng)成為微機(jī)電技術(shù)和微裝置技術(shù)的關(guān)鍵。目前，由于引線的細(xì)小，柔軟，不易抓取的特點，大部分工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)引線的焊接全部采用人工在顯微鏡下操作完成，人工在顯微鏡下的長時間操作會使操作人員產(chǎn)生視覺疲勞，不僅對工人的身體有害，而且會造成操作誤差、生產(chǎn)效率不穩(wěn)定、焊接成本高、成品率低、準(zhǔn)確率低等一系列問題，如何克服人工操作存在的問題，使引線能夠準(zhǔn)確地裝配到焊盤上是微馬達(dá)焊盤引線最重要的技術(shù)問題。另外，也有一些針對手機(jī)上的振動微馬達(dá)的設(shè)計，是采用視覺控制的方法實現(xiàn)微馬達(dá)轉(zhuǎn)子引線自動化裝配的研究，這種方法針對引線柔性的特點，采用氣流定位法定位引線頭，并且要對焊盤進(jìn)行位姿調(diào)整.使得操作復(fù)雜、效率較低，而且用氣流定位法定位引線頭需要控制氣流的大小，氣流太小不能達(dá)到定位的目的，太大則會將引線吹斷。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服人工在顯微鏡下進(jìn)行焊接造成的生產(chǎn)效率低，成本高和準(zhǔn)確度低的缺點，提出了一種基于三目光學(xué)體視顯微鏡的微馬達(dá)引線自動焊接的方法。三目光學(xué)體視顯微鏡包括雙目光學(xué)體視顯微鏡以及放置在馬達(dá)線圈前端的前置攝像頭，通過三目光學(xué)體視顯微鏡體系代替人眼觀測并確定焊盤的位置，這種技術(shù)屬于圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用，需要在計算機(jī)中編寫自動檢測焊盤位置的程序，這種設(shè)計把機(jī)械結(jié)構(gòu)與圖像處理結(jié)合起來。為了實現(xiàn)上述目的，減少工業(yè)生產(chǎn)的成本和避免采用氣流定位法定位引線頭不準(zhǔn)確的特點，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:基于三目光學(xué)體視顯微鏡的焊盤引線結(jié)構(gòu)，其特征在于:該裝置包括雙目光學(xué)體視顯微鏡SLMl、電機(jī)2、連接板3、SLM底板4、前置攝像頭5、微夾鉗6、旋轉(zhuǎn)盤7、微馬達(dá)底座
8、微馬達(dá)線圈9、引線焊盤10;雙目光學(xué)體視顯微鏡SLM1、前置攝像頭5與計算機(jī)連接在一起，雙目光學(xué)體視顯微鏡SLMl檢測引線的位置，通過計算機(jī)內(nèi)的圖像處理軟件控制微夾鉗6的運(yùn)動，使其容易夾持引線；前置攝像頭5檢測3個焊盤的位置，通過圖像處理軟件控制電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)角度使焊盤旋轉(zhuǎn)到準(zhǔn)確的位置；雙目 光學(xué)體視顯微鏡SLMl物鏡的下方是微馬達(dá)線圈9，前置攝像頭5的中心軸線與微馬達(dá)線圈9的中心軸線同軸；微馬達(dá)線圈9的前端是引線焊盤10，前置攝像頭對準(zhǔn)引線焊盤10，以便檢測引線焊盤10的位置；在引線焊盤10的一側(cè)設(shè)有用于夾持引線的微夾鉗6，微夾鉗6與二維平臺裝配在一起；在微馬達(dá)底座8前端安裝有微馬達(dá)線圈9 ;微馬達(dá)底座8安裝在旋轉(zhuǎn)盤7 ;旋轉(zhuǎn)盤7與電機(jī)2固定，電機(jī)2轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)盤7的轉(zhuǎn)動，并最終帶動引線焊盤10的轉(zhuǎn)動；電機(jī)2的上端與連接板3的中間部位固定到一起，連接板的兩端與SLM底板4固定到一起。微夾鉗6的設(shè)計主要是夾持引線，微夾鉗與二維平臺裝配在一起，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成平移臺的直線運(yùn)動，從而控制微夾鉗的運(yùn)動量和運(yùn)動方向，當(dāng)微馬達(dá)線圈前的焊盤旋轉(zhuǎn)到確定的位置時，微夾鉗能夠自動地夾持引線，夾持引線后，微夾鉗遠(yuǎn)離引線焊盤，當(dāng)微馬達(dá)線圈前的下一個焊盤旋轉(zhuǎn)到確定的位置時，微夾鉗再靠近焊盤引線進(jìn)行引線。應(yīng)用雙目光學(xué)體視顯微鏡和前置攝像頭進(jìn)行視覺檢測，對微夾鉗夾持引線并夾持到引線焊盤10的過程采用圖像處理技術(shù)，圖像處理技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用提高了顯微鏡和攝像頭控制焊盤引線的準(zhǔn)確度，并提高微夾鉗自動引線的效率，這類技術(shù)通常需要攝像頭和計算機(jī)組合在一起，在計算機(jī)中設(shè)計雙目光學(xué)體視顯微鏡檢測微夾鉗夾持引線和前置攝像頭檢測引線是否夾持到焊盤上的圖像處理軟件，本設(shè)計采用Halcon圖像處理軟件。微馬達(dá)線圈前端的3個焊盤均勻分布，即相鄰兩個焊盤之間的夾角為120°。電機(jī)轉(zhuǎn)動，控制微馬達(dá)線圈的轉(zhuǎn)動角度，雙目光學(xué)體視顯微鏡能夠看到以及檢測微夾鉗夾持引線的過程，前置攝像頭檢測微夾鉗夾持引線后并把引線準(zhǔn)確地夾持到焊盤上的過程。本發(fā)明把電機(jī)和連接板裝配到一起，占用的空間較小，并且使微馬達(dá)線圈有了相對較好的位置，保證了微馬達(dá)線圈前端的焊盤在雙目光學(xué)體視顯微鏡鏡頭的中心軸線位置，更能夠清晰成像，有利于微夾鉗 和前置攝像頭的放置。雙目光學(xué)體視顯微鏡和前置攝像頭對微夾鉗進(jìn)行位置控制，只需應(yīng)用圖像處理軟件即可。這樣的整體設(shè)計利用圖像處理技術(shù)實現(xiàn)微馬達(dá)線圈焊盤引線的自動化夾持和焊接，只需操作人員操作計算機(jī)即可，操作簡便，提聞生廣率。
圖1本發(fā)明基于三目光學(xué)體視顯微鏡的焊盤引線整體結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明連接板的結(jié)構(gòu)3本發(fā)明旋轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)4本發(fā)明微馬達(dá)底座的結(jié)構(gòu)5本發(fā)明微馬達(dá)線圈的結(jié)構(gòu)6本發(fā)明旋轉(zhuǎn)盤、微馬達(dá)底座、微馬達(dá)線圈的整體裝配中，1、雙目光學(xué)體視顯微鏡SLM ;2、電機(jī)；3、連接板；4、SLM底板；5、前置攝像頭；6、微夾鉗；7、旋轉(zhuǎn)盤；8、微馬達(dá)底座；9、馬達(dá)線圈；10、引線焊盤；
具體實施例方式結(jié)合圖1-圖5對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:如圖1所示，電機(jī)2轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，最終帶動微馬達(dá)線圈的旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明選用的電機(jī)的尺寸不大，選用的步進(jìn)電機(jī)的型號為Y80M1-2，考慮到電機(jī)的放置問題，應(yīng)該使整套裝置有著合適的位置。根據(jù)微夾鉗的設(shè)計，使微夾鉗的鉗尖能夠容易地夾持引線，根據(jù)這一原則，把電機(jī)與連接板通過螺栓裝配到一起，使電機(jī)放置在SLM底板上部，并使鉗尖靠近引線。連接板3的中間部位與電機(jī)2固定，連接板的兩端與SLM底板固定，由于螺釘用于不經(jīng)常拆卸和受力較小的場合，根據(jù)電機(jī)上螺紋的大小選擇M3的內(nèi)六角圓柱頭螺釘來連接電機(jī)與連接板，由于鋁合金較輕便，成本較低的特點，連接板選用鋁合金的材料，設(shè)計連接板總的尺寸為，長X寬X高:260mmX 35mmX 90mm。厚度為5mm，并且在與SLM底板裝配處各攻兩個螺紋，與SLM底板的裝配采用螺栓連接，螺栓一般用于不太厚的鉆成通孔的場合，根據(jù)SLM底板的通孔選用M7的螺栓。旋轉(zhuǎn)盤7主要帶動微馬達(dá)底座8,旋轉(zhuǎn)盤7的材料選擇招合金。設(shè)計旋轉(zhuǎn)盤的尺寸為:與電機(jī)軸裝配的空心圓軸的外徑為Φ 15mm,內(nèi)徑為Φ8ι πι,長度為25mm,在空心圓軸上打Φ3.ι的孔，用螺釘把電機(jī)軸和旋轉(zhuǎn)盤裝配起來；旋轉(zhuǎn)盤的底盤直徑為Φ50.ι，厚度為IOmm ;旋轉(zhuǎn)盤的凸臺也采用空心圓軸，外徑尺寸為Φ25ι πι,內(nèi)徑尺寸為Φ20ι πι,長度為10mm。與旋轉(zhuǎn)盤7裝配在一起的微馬達(dá)底座8的尺寸為:底盤直徑為Φ 20mm，厚度為10mm，旋轉(zhuǎn)盤7的凸臺和微馬達(dá)底盤各攻3個M3螺紋，凸臺上的孔為通孔，微馬達(dá)底盤的孔的深度為5_，每3個孔相差角度為120°，均勻分布在旋轉(zhuǎn)盤的凸臺和微馬達(dá)底座的底盤上，再用M3的螺栓把兩個組件裝配到一起。微馬達(dá)底盤前端的選用的軸1、I1、111的尺寸分別為:軸I的直徑為Φ 8mm，長度為7mm，在其上也攻有3個相差120°的孔，直徑為Φ 3mm，深度為2mm,軸II的直徑為Φ 3mm,厚度為2mm,軸III的直徑為Φ 2mm,長度為5mm,在軸心線上開直徑為0.1mm的孔，就是為了微馬達(dá)線圈的底端與孔配合。我們用的微馬達(dá)引線是70 μ m，3根引線重疊在一起，由于引線非常細(xì)小柔軟，因此應(yīng)用雙目光學(xué)體視顯微鏡來觀測微夾鉗的鉗尖自動夾持引線的過程，當(dāng)鉗尖夾持到一根引線的時候，前置攝像頭檢測微馬達(dá)線圈焊盤是否到達(dá)準(zhǔn)確的位置，到達(dá)準(zhǔn)確位置之后微夾鉗自動地把引線夾持到 焊盤上，然后旋轉(zhuǎn)盤在電機(jī)的帶動下旋轉(zhuǎn)120°，帶動微馬達(dá)線圈轉(zhuǎn)到下一個焊盤，然后再重復(fù)微夾鉗夾持引線的過程，直到把3根引線分別夾持到相應(yīng)的焊盤上，這樣，用微夾鉗夾持引線到相應(yīng)的焊盤上的過程就完成了。然后由機(jī)械手把微馬達(dá)線圈取下來，進(jìn)行下一道焊接的工序。焊盤引線裝置在工作時，焊盤引線裝置在工作時，前置攝像頭5檢測3個焊盤的位置，通過圖像處理軟件控制電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)，由電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動引線焊盤的旋轉(zhuǎn)，使焊盤旋轉(zhuǎn)到準(zhǔn)確的位置。雙目光學(xué)體視顯微鏡SLMl通過計算機(jī)內(nèi)的圖像處理軟件控制微夾鉗6的運(yùn)動，使其容易夾持引線。雙目光學(xué)體視顯微鏡檢測微夾鉗自動引線的過程，整個微夾鉗接近、夾持引線的過程在計算機(jī)里清晰可見，如果有偏差時可以很容易調(diào)整。前置攝像頭檢測微夾鉗把引線夾持到焊盤上的過程，這個過程需要很高的精度，需要微夾鉗與引線焊盤較高精度的裝配。在微夾鉗夾持引線，前置攝像頭檢測引線焊盤到達(dá)指定的位置后，微夾鉗把引線夾持到引線焊盤上，然后電機(jī)旋轉(zhuǎn)120°，進(jìn)行第2個焊盤引線的裝配，依次類推，直到微夾鉗把3根引線分別夾持到相應(yīng)的3個引線焊盤上時，這道工序才算完成。本發(fā)明突出的特點為:一、采用圖像處理技術(shù)與機(jī)械裝置結(jié)合起來，把雙目光學(xué)體視顯微鏡和前置攝像頭與計算機(jī)連接到一起，在計算機(jī)中采用圖像處理軟件識別引線，使微夾鉗準(zhǔn)確地夾持引線，并把引線夾持到引線焊盤上。二、利用電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，最終 帶動微馬達(dá)線圈的均勻轉(zhuǎn)動，使3個焊盤精確旋轉(zhuǎn)120°。三、利用連接板固定電機(jī)，把連接板固定到雙目光學(xué)體視顯微鏡底板上，結(jié)構(gòu)裝置新穎，減少裝置占用的空間。
權(quán)利要求
1.基于三目光學(xué)體視顯微鏡的焊盤引線結(jié)構(gòu)，其特征在于:該裝置包括雙目光學(xué)體視顯微鏡SLM (I)、電機(jī)(2)、連接板(3)、SLM底板(4)、前置攝像頭(5)、微夾鉗(6)、旋轉(zhuǎn)盤(7)、微馬達(dá)底座(8)、微馬達(dá)線圈(9)、引線焊盤(10)； 雙目光學(xué)體視顯微鏡SLM (I)、前置攝像頭(5 )與計算機(jī)連接在一起，雙目光學(xué)體視顯微鏡SLM (I)物鏡的下方是微馬達(dá)線圈(9)，前置攝像頭(5)的中心軸線與微馬達(dá)線圈(9)的中心軸線同軸；微馬達(dá)線圈(9)的前端是引線焊盤(10)，前置攝像頭對準(zhǔn)引線焊盤(10)，以便檢測引線焊盤(10)的位置；在引線焊盤(10)的一側(cè)設(shè)有用于夾持引線的微夾鉗(6)，微夾鉗(6)與二維平臺裝配在一起，由二維平臺的運(yùn)動控制微夾鉗的運(yùn)動；微馬達(dá)底座(8)的前端安裝有微馬達(dá)線圈(9);微馬達(dá)底座(8)安裝在旋轉(zhuǎn)盤(7);旋轉(zhuǎn)盤(7)與電機(jī)(2)固定，電機(jī)(2)轉(zhuǎn)動帶動旋轉(zhuǎn)盤(7)的轉(zhuǎn)動，并最終帶動引線焊盤(10)的轉(zhuǎn)動；電機(jī)(2)的上端與連接板(3)的中間部位 固定到一起,連接板的兩端與SLM底板(4)固定到一起。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于三目光學(xué)體視顯微鏡的焊盤引線結(jié)構(gòu)。它是由雙目光學(xué)體視顯微鏡、電機(jī)(2)、連接板(3)、SLM底板(4)、前置攝像頭(5)、微夾鉗(6)、旋轉(zhuǎn)盤(7)、微馬達(dá)底座(8)、微馬達(dá)線圈(9)、引線焊盤(10)組成。雙目光學(xué)體視顯微鏡檢測微夾鉗鉗尖自動夾持引線的過程，前置攝像頭(5)檢測微夾鉗把引線夾持到焊盤的過程。電機(jī)(2)帶動旋轉(zhuǎn)盤(7)轉(zhuǎn)動，使引線焊盤到達(dá)確定的位置，然后微夾鉗將3根引線分別夾持到指定的焊盤上。微馬達(dá)底座(8)與旋轉(zhuǎn)盤(7)裝配到一起，當(dāng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時帶動微馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)，最終帶動引線焊盤(10)的旋轉(zhuǎn)。在當(dāng)今微型化發(fā)展的趨勢下，本發(fā)明針對引線細(xì)小，用肉眼很難引線的特點，設(shè)計的機(jī)械裝置在三目光學(xué)體視顯微鏡的檢測下具有更好的準(zhǔn)確性和通用性。
文檔編號B81C1/00GK103213941SQ201310111628
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者王躍宗, 張稱稱, 馬國棟, 殷文佳 申請人:北京工業(yè)大學(xué)