机器视觉在SMT贴片机中的研究及应用

论文摘要

本课题以苏州大学SMT实验室报废的Quad QSP-2型贴片机为研究平台,在原有设备及更新控制系统硬件和自主研发底层驱动软件基础上,研究和搭建了贴片机的机器视觉系统。本课题设计和研究的视觉系统在贴片机中主要解决了如下问题:1)PCB定位;2)上摄像头坐标定位;3)片状元件贴装补偿。经研究实验,当PCB被固定时,贴片头带动下视摄像头到基准点上方获取图像,图像经过实际研究选取的线性拉伸、中值滤波、最大方差阈值分割、灰值开及灰值闭等操作之后再由逐步缩小搜索区域及形心法确定其质心在图像中的坐标,再经过坐标转换成机器坐标系的坐标,通过获取两个基准点的实际坐标就能获取PCB板距标准位置的偏差,从而完成PCB板定位。由于系统是刚搭建的,上视摄像头被重新安装,其位置的确定关系到元件贴片补偿。上视摄像头定位在本文中是通过多次移动贴片头获取元件图像,因图像的中心对应上视摄像头的中心,通过元件中心与图像中心的坐标差再经坐标转换,上视摄像头中心在机器坐标系的坐标就确定了。元件被吸起可能出现吸嘴不在元件中心或元件出现偏转,若直接贴片将出现错误贴装。为此,当吸嘴吸起元件移至目标位置经过上视摄像头时获取元件图像。图像经先前方法处理后再由像素分割法找到特征点,用最小二乘法拟合直线。由直线的斜率可得到元件的偏转角,利用基准点找质心的方法可确定元件中心坐标,其与图像中心的偏差经坐标转换可得吸嘴偏离元件中心的实际偏差。贴片头移至目标位置上方前,T轴,X、Y轴伺服机构综合上述两种偏差实现纠偏和进给补偿。本文用实验的方法验证了采用上述方法的贴片机视觉系统能对PCB板及元件的偏差精确检测。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 SMT 贴片机概述
• 1.1.1 贴片机概述
• 1.1.2 机器视觉技术的发展与应用
• 1.2 本课题国内外研究现状
• 1.3 课题来源
• 1.4 课题的主要目的与内容
• 第二章 贴片机视觉系统的组成
• 2.1 贴片机的贴装原理
• 2.2 贴片机视觉系统的结构及工作流程
• 2.3 贴片机视觉系统的硬件组成
• 2.3.1 摄像器件
• 2.3.2 视觉系统光源
• 2.3.3 图像采集卡
• 2.3.4 执行机构
• 2.4 本章小结
• 第三章 数字图像处理
• 3.1 图像概述
• 3.1.1 图像的获取
• 3.1.2 单色的图像形成模型
• 3.1.3 图像数字化
• 3.1.4 放大和收缩数字图像
• 3.1.5 数字图像文件格式
• 3.2 灰度线性拉伸
• 3.3 图像降噪
• 3.3.1 噪声来源
• 3.3.2 降噪机理
• 3.3.3 均值滤波器
• 3.3.4 中值滤波器
• 3.3.5 贴片元件图像滤波效果对比
• 3.4 阈值分割
• 3.4.1 固定阈值分割法
• 3.4.2 最大方差阈值分割
• 3.5 边缘检测
• 3.5.1 常用边缘检测算子基本原理
• 3.5.2 边缘检测算法效果对比
• 3.6 本章小结
• 第四章MARK 点识别及PCB 板定位
• 4.1 PCB 板机械定位分析
• 4.2 PCB 板视觉定位原理
• 4.3 MARK 点的识别
• 4.3.1 开操作与闭操作
• 4.3.2 确定MARK 点搜索区域
• 4.4 坐标转换
• 4.5 PCB 板定位程序设计
• 4.6 本章小结
• 第五章上视摄像头定位及贴片元件的纠偏
• 5.1 上视摄像头坐标定位
• 5.2 元件角度的纠偏
• 5.2.1 图像匹配法提取特征点
• 5.2.2 像素分割法提取特征点
• 5.2.3 最小二乘法拟合特征点
• 5.3 元件中心偏移的补偿
• 5.4 元件检测程序设计
• 5.5 实验验证
• 5.6 本章小结
• 第六章总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 致谢