基于工业机器人的摄像头自动化组装测试生产线设计

廖碧文

摘  要：由于工业4.0科技革命的兴起，很多企业开始积极引进工业智能机器人，因而越来越多高频、智能的工业自动生产线得到广泛应用。在此科技背景下，文章主要运用理论结合实践的研究手法，以摄像头自动化组装测试生产线为研究对象，介绍了自动化组装测试生产线的设计流程。通过对市场现有手工生产线的自动化升级改造、优化和模块化设计，使生产线更加符合市场个性化和多样化的需求，提高企业生产车间的自动化水平和生产效率，达到提升生产效益的目的。

关键词：工业机器人;摄像头;自动化生产线

中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）15-0022-02

Abstract： Due to the rise of the scientific and technological revolution of Industrial 4.0， many enterprises begin to actively introduce industrial intelligent robots， so more and more high-frequency and intelligent industrial automatic production lines are widely used. Under this scientific and technological background， this paper mainly uses the research technique of combining theory with practice， takes the camera automatic assembly and test production line as the research object， and introduces the design process of the automatic assembly and test production line. Through the automatic upgrading， optimization and modular design of the existing manual production line in the market， it is supposed to make the production line more in line with the personalized and diversified needs of the market， improve the automation level and production efficiency of the production workshop of the enterprise，and achieve the purpose of improving production efficiency.

Keywords： industrial robot; camera; automatic production line

目前，工业生产线自动化已经成为当下企业发展的趋势。工业机器人逐渐在柔性生产和自动生产领域中的传统行业升级改造、取代人工和从事繁重的工作等方面扮演着重要角色，能提高生产效率并节约生产成本。目前，大多数的摄像头生产组装为人工作业，不仅需要大量的人力，而且产品的生产效率与质量得不到严格的控制，从而导致企业在市场竞争中处于不利地位，所以进行摄像头组装测试生产线自动化改造设计，提高生产车间的自动化水平刻不容缓。因此，某企业为了提高摄像头零件组装测试的生产效率，提出基于机器人在摄像头组装测试过程的自动生产线设计需求。经过设计改造，很大程度上提高了企业的自动化水平和生产加工精度，获得较好的经济效益。

1 摄像头组装测试生产线整体布局

摄像头有SVS和RVC两种，主要由尾线、固定螺丝、支架、后盖、PCBA1（SVS&RVC）、PCBA2（RVC）、镜头模组、装饰盖等组成。基于智能工业机器人的摄像头组装测试生产线采用模块化设计，不仅易于维护，也可根据生产需要方便地增加或移除相应的设备，是高性价比的柔性生产线。线体由滚子链输送线、机械手、ICT在线测试仪、全自动在线在板烧录测试平台、激光分板站、AA设备、激光焊接工站、气密性测试站和功能测试设备等组成，可完成摄像头的一系列组装和测试工序，获得合格的成品。此外，所有的机构都紧凑地安装在铝型材框架内，不仅外形美观，而且一定程度上减少了占地面积，方便产线的布局。整体布局如图1所示。

2 摄像头组装测试生产线工艺分析

对于摄像头组装测试加工工艺性分析，是至关重要的技术准备。在规划设计自动化组装测试生产线之前，设计人员对摄像头产品的加工精度和加工质量等进行详细的工艺分析，确定详细的工艺流程图、组装检测方法。如工件在各工序之间流转时需要的翻转、搬运等中间工位，零件流转过程中所需的输送平面、输送方式，导向定位、信号检测及机械手抓取工件时的定位、夹紧、松开、检测等，这些工艺参数的确定，为整个自动化组装测试生产线起到关键的作用。

经过多次分析，最终确定该摄像头组装检测工艺流程：PCBA拼板上料→PCBA自动进料到ICT进行测试→PCBA拼板自动上料进行烧录（NG品自动回收）→自动翻转180°→自动上料PCBA到分板載具（载具自动回流）→激光分板→PCBA自动下料摆盘（Tray盘自动上料）→PCBA2与后壳人工上料自动组装→激光自动焊接前后盖半成品→人工上下料进行气密性和功能性测试→人工装好尾线上料到转盘自动完成装饰盖、支架组装及测试→人工下料。

3 总体设计

摄像头组装测试自动化生产线是根据其工艺要求合理布局的。通过结合客户工厂的占地面积、工件的组装工艺、中间过程的储料、专用设备的功能、机械手的承载、PCBA安全保护措施、工件的定位方式、物流输送方式等多种条件考虑，最终确定了功能最优、成本最低、占地面积较少的符合组装测试工艺的自动化组装测试摄像头生产线。主要包括如下相关部分：

（1）上料设备：PCBA人工弹夹上料、自动送料。本部分工作系统主要由上料送板机构、扫码枪、推料气缸、架体、PCBA入料机构等组成。设备上具有工件定位、输送导向、工件停止、到位检测等机構，主要工况流程：人工用上料小车将来料弹夹手动上料到自动传输线体，启动程序自动入料到弹夹升降位（弹夹上料数量可按客户需求进行制作）;拉料气缸拉入PCBA，由程序自动分配PCBA1或PCBA2产品到移位翻转机构;PCBA由移位机构自动送到扫码位识别绑定产品，并上传到MES系统，然后进行相应得ICT自动测试。为保证工件传输准确可靠，方便工序追踪，人工上料和自动上料前都需扫码绑定产品，治具流入每个工位时需经RFID读取识别。

（2）机器人系统：机器人系统是组装检测自动化生产线的重要组成部分，是运行速度快、定位精度高、回转自由度多的智能化设备，是工件在各加工设备间流转的主要执行机构。在摄像头组装检测生产线中，传输线体自动送料，分板治具经挡停机构自动精确定位后，机械手自动抓取PCBA拼板到分板载具。Tray盘横移机构自动抓取空Tray盘到摆盘工位，经激光切割后，机械手自动摆盘PCBA到Tray盘，自动取分板废料到废料桶，载满PCBA的Tray托盘和分板载具自动流向下一工位，升降台下降接驳空载具，如此循环往复。

（3）专用设备：本生产线可完成全自动在线拼板烧录测试。全自动在线拼板烧录测试平台主要由行程可调气缸、工业相机扫描模组、可快速更换治具针床、可快速更换烧录平台、FR系列烧录器、测试仪表、NG产品分捡模组几部分组成。本系统设计有别于传统自动化测试设备，使用行程可调气缸驱动可快速更换治具针床移动定位的方式，实现对PCBA的准确对针，确保不会因针床下压过头而损坏PCBA板。系统可全自动接驳SMT线，具有自动条码扫描、自动N连板测试、自动N连板烧录、自动不良标示、自动分捡不良品、自动收料等功能。

（4）组装测试设备：人工上料到转盘，自动完成装饰盖、支架组装及尾线与Camera半成自动组装及测试。本部分工程系统主要由凸轮分割器、扫码枪、激光刻印机、六轴机械手、三轴机构、螺丝枪、伺服压机、开短路测试仪等组成。主要工艺流程：人工上下料→装饰盖压入压机→装饰盖检测→支架上料→支架自动组装→支架自动锁螺丝→激光刻印→取料翻转及检测→尾线自动组装→尾线压入及测试（以保证工件完好无损、准确可靠的输出）→人工下料，如此循环。

（5）功能测试设备：设备可通过人工上下料实现摄像头功能自动化测试，主要由凸轮分割器、扫码枪、气缸、积分球、鱼眼箱、平行光管组、电气测试仪等组成。主要工艺流程：人工扫码并把产品放进夹具→产品进行鱼眼测试→产品进行色彩测试→产品进行MTF测试→产品进行电气测试→产品进行预留测试→人工将产品取出并放入新产品，如此循环。

其中，鱼眼测试系统由鱼眼箱、光栅尺、气缸、升降伺服等组成;MTF50测试系统由平行光管组、升降伺服、光栅尺等组成;色彩测试系统由升降模组和积分球组成。转盘治具到位后，在伺服机构的驱动下自动调焦和调整物距，并拍照上传电脑，经软件算法分析分别完成鱼眼、MTF/COLOUR和尘点/色彩测试。

电气测试系统主要由电气测试仪和控制软件组成。转盘治具到位，通过软件控制完成电气测试。

（6）线路布置及走向：它是指生产线中相关设备的动力线路、控制线路布置形式及相关走向。为方便走线和布线美观，将线缆走线分成机台铝型材框架内部和外部两种走线方式。对于内部的线缆，通过将机台电控柜设置在下机架后半部，并在机台大板上设置走线孔和线槽，让线缆沿着线槽穿过走线孔直接接在电控柜的方式，使线缆长度最短，既节约成本，又显得紧凑和美观;对于外部的线缆，可沿流水线方向将其固定在输送线的铝型材机架上，再接到总控柜，由于铝型材有标准的成套安装配件，不需自制，所以此方式不仅便于现场施工，线路布置也牢固、可靠、经济和美观，而且还防干涉、防磕碰。

4 结束语

经过测试验证，基于工业机器人的摄像头组装测试生产线系统可以完成对摄像头的组装与测试等工艺过程。本系统自动化水平程度较高，定位精度好、通用性强，有效改善了目前手工PCBA测试及产能低下的现状，如果将其投入生产，可减少人员劳动强度，降低运营成本，具有广阔市场前景。

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