光视驱动的自动孔内贴片设备开发

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光 视 驱 动 的 自动 孔 内贴 片 设 备 开 发术口 李树军 口 魏海涛 口 王 宇 口 杨小丹西北工业大学 机 电学院 西安 710072摘 要 ：研 究了弹性体孔 内自动贴片技 术，利用光视 识别与驱动技 术和计 算机数控技术 ，开发一种光视 驱动的数控 孔贴片设备 ，有 效解 决了当前称重传感 器生产过程 中存在 的生产效 率低 和产品一致性差的 问题 ，具有一定的科 学意 义和 工程实用价值 。

关键词 ：传感器 应变片 孔 内自动贴片 光视驱动中图分类号：TH715；TP212 文献标识码：A 文章编号：1000—4998f2013)10—0006—05Abstract：From the study of the automatic in—bore SMT technology applied to the elastic body and in combination with thetechnology of identifying and driving by the light source and CNC technology，a light—driven CNC SMT equipment is developedto provide an efective solution to the problems of low production eficiency and poor consistency that exist in curent productionprocess of weighing sensor．This equipment has some scientific signifcance and practical value in engineering.

Key W ords：Sensor Strain Gage Automatic in-bore SM T Light Drive电阻应 变式称 重传 感器 是指 金属 变 形单元 在 外力作 用下 产生 机械 形变 ，从 而使 应变 片 电阻值 随之 发 生相 应 变化 的称重 传感 器 ]。如 图 1所示 。电阻应 变式称重 传感 器 由弹性 体 、电阻应 变 片 、测 量 电路 和传输 电缆$国家科技支撑计划项目(编号：2011BAF04B011陕西省科技统筹创新工程计划项目(编号：2012KTCQ01—15)收稿日期 ：2013年 5月[9] 李健心．基于低碳经济视角的机械制造业技术创新[J]．潍坊学 院学报，2012，12(1)：75—76.

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2013／104部 分 组 成 。

称重传 感器 在工 业 系统 内需求 量 大 、应 用 范 围广 ，其生 产质 量和生 产效 率直 接影 响 着称 重等 计量 产 品 的性 能 以及 传感器 制造 企业 的生产 能力 和 利润空 间。 由于称 重传感 器生 产环 节 中孔 内贴 片工 序 完全 由工 人手工操 作 ，其 贴 片效率低 而且 精 度 和一致 性得 不 到保 证 ，因此 迫切 需要设 计一 种在 满 足高精 度 和高 效率 的前 提[17]冉东平．机械制造中绿色制造技术的探索[J]．中国新技术新产 品，2012(9)：123.

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综 上 所 述 ．在 各 运 动 机 构 相 互 配 合 及 检测 系 统 的辅 助下 ，即可 完 成孔 贴 片 的动作 ，并 满 足精度 要 求 。

1．5 系统 架 构 及 组 成为 满 足 孔 内 贴 片 功 能 、技 术 指 标 及 工 艺要 求 ，根 据 孑L内贴 片 技 术 实 现 的 方 法 ．构 建了 各 系 统 组 成 及 相 互 关 系 (如 图 8所 示 )，该孑L内贴 片设 备 由机 械 系统 、光 视觉 系统 和 数控 系统 等部 分组 成 。

2 光视检测与控制系统设计2．1 光 视 检 测(1)取 片 机 械 手 将 抓 取 到 的 应 变 片 移 动 至 光 视 检 测 系 统 的 镜 头 视 野 内 ，镜 头 在 光 源 的辅助 下 获得 应变 片 的光 学 图像 。该 光学图 像 被 相 机 采 集 后 作 进 一 步 数 字 化 处 理 ．并 将数 字化 信 息输 入处 理 软件 。处 理 软件 通过一 定 算法 (边界 检 测方 法 或边 界 直 线 的最 小二乘 拟合 方 法 )对 其 进 行 检 测 ，确 定 应 变 片的型 号 是否 准 确 、特征 是 否完 好 以 及特 征 三角形 的位 置 检 测 ．并 将 位 置检 测 结 果 与标 准模 板 比对 ．得 出偏 移 量 信 息 上 传 给 数 控 系统 。数控 系统 通 过此偏 移 量信 息调 整 取 片机械 手 对 应 的 运 动 轴 ．实 现 应 变 片 的 检 测 与 校准 过 程 。

(2)光 视 检 测 系 统 对 弹 性 体 的 位 置 检 ▲图 8 系统组成示意图测 和定 位 与应 变片 检测 类似 ，不 同的地 方 在于 光视 检测 系统 检 测弹性 体 上 的贴 片孔 轮廓 ，得 到 的是偏 移 量信 息 ，控 制 系统 利用 该 信息 驱 动弹性 体 安装 台 ，实 现弹性 体 的 自动定 位 ，具 体 原理 如 图 9所 示 。

2．2 控 制 系统 设 计数 控 系统 主要 实现 各个 系 统单元 间 的信 息处 理 及控 制 的功 能 ．其 硬件 由多轴运 动 控制 卡 、工业 控 制计 算机 、伺 服 驱 动 器 等 组 成 ．架 构 以 “PC 机 +多 轴 运 动 控 制卡 ”为核心 搭建 。PC为上位 机 (负 责数控 系统人 机交互及处 理视 觉 系统 的检 测结 果 ，对 输入 信 息进 行存 储 判断 运 算 和 输 出 控 制 )。 多 轴 运 动 控 制 卡 为 下 位 机 ，下 位机包 括硬 件 和软 件 两部 分 ，硬 件包 括 轴控 制 电路 和 I／0模 块 ，软件则 是 与硬件 对应 的运 动控 制程 序 和 PLC程序 。上下 位软件 分别运 行在 工控 机和运 动控制 器 中 ，实现运 算 、存储 以及 控 制 的功能 ，共 同配 合 实现 整个 系 统的稳定 工作 ，具 体组 成及 功能如 图 10所 示 。

3 实验验证及结论根 据 各系 统功 能关 系 、技 术指标 及 实 际需求 ，建 立整 套设 备 的模 型 ．如 图 1l所 示 。为 了保证 设备 的实 际机械制造51卷 第59o期▲图9 应变片／弹性体光视觉检测系统原理图掮件PLC程序运动程序轴控制电路 硬件
I，0电路、 下位机弹性体安装台显示器胶带绕爪黏贴机构数控系统1人机交互 I、
I I ， l权限管理 l l lI I 餮l位置补偿 卜I l
I lI l l数据库管理 II l，
‘、 上位机 PC一 、
一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一
， 数控系统▲图 10 数控系统组成示意图三色灯取 片机械手操作 面板应变片料台弹性体检测相机应变片检测相机▲图 1l 孔内贴片设备三维模型效果图工作 质量 ，制 作孑L内贴片样 机 进行相 关 测试 及 实验 ，以验证 贴 片精 度及 设计 要求 。

3．1 光 视 检 测 及 数 控 驱 动 技 术 实 验 验 证为 了 验 证 数 控 系 统 的校 准 精 度 ，客 观 分 析 实 验 结果 ，对 某 型 号 应 变 片 进 行 小 批 量 实 验 。 在 实 验 中 选 择i00片 应 变 片 进 行 试 贴 ， 再 对 黏 贴 位 置 偏 移 情 况 进 行2013／10