精密雕刻系统软件与视觉定位技术研究及应用

论文摘要

印刷电路板是现代电子产品中必不可少的,随着印刷电路技术的发展,对其制造工艺和制造设备提出了更高的要求。机械加工是印刷电路板制造工艺中重要的环节,而快速PCB雕刻机作为印刷电路板机械加工的专用设备,对提高印刷电路板的生产效率和生产质量具有十分重要的意义。满足了实验室、研发部门对于快速PCB样板制作的要求,并为激烈的电子产品竞争赢得了宝贵时间。本文结合目前的先进技术和印刷电路板机械加工的特点对快速PCB雕刻机的控制软件的关键技术进行了研究。并将视觉定位技术应用于PCB的加工定位。上位软件首先对Gerber加工数据和Excellon加工数据进行读取并解码,并将加工轨迹的位置坐标信息以矢量图的形式绘制在用户界面上,使用户操作更加直观。并且利用矢量图的特性,用户可以选择指定对象加工,使PCB的雕刻更加灵活。本系统将钻、铣有机的结合到一起,更好的将机械加工应用于电路板的线路加工。上位软件中还设置了完整的加工参数数据库,来增强应用软件对加工过程的规划,并且通过对加工顺序的优化,简化了PCB加工雕刻工艺,提高了加工效率。上位机程序以LabVIEW为开发平台,采用面向数据流的模块化设计。通过对数据流的分析将整个上位机软件分为若干个功能模块,并且各个模块间的数据交换主要是通过数据文件的格式进行的。这样有利于单独编写和调试各个模块的程序,又有利于整个软件的使用和维护。本文采用TI公司最新推出的TMS320F2812型32位定点DSP作为运动控制核心,通过RS232串口通信接收由上位机发送的加工数据。应用比较积分法实现直线、圆弧的插补并与良好的升降速控制算法结合,较好地满足了雕刻加工对快速性和加工平稳性的要求。通过SVPWM方法对电主轴进行变频调速控制,实现20000~60000rpm的无级调速。在上位软件中集成了视觉定位功能。通过Hough变换检测圆的中心位置,进行定位孔的像素级定位。再使用最小二乘法进行圆拟合达到亚像素定位,以满足系统定位精度要求。利用摄像头获取电定路板中孔的实际坐标与加工数据中相应孔的理论坐标的相对差值,计算出实际位置与理论位置的夹角和偏移量。根据齐次变换原理求得变换矩阵,对加工数据进行定位校正。视觉定位很好的解决了目测翻板定位精度不高,操作复杂的问题,对于提高PCB加工质量,加工效率有着重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 PCB 机械加工技术发展现状
• §1-3 雕刻机技术发展现状
• 1-3-1 雕刻技术的起源及发展
• 1-3-2 雕刻工艺与数控雕刻机
• 1-3-3 我国数控雕刻机的发展现状
• 1-3-4 雕刻软件的发展现状
• §1-4 PCB 雕刻机软件特点及视觉应用
• §1-5 视觉定位技术与研究现状
• §1-6 研究内容与创新
• 第二章 PCB 雕刻制作工艺与雕刻机软件功能分解
• §2-1 PCB 制作工艺流程
• 2-1-1 数据处理
• 2-1-2 钻孔
• 2-1-3 孔金属化
• 2-1-4 焊接面电路图形刻制
• 2-1-5 元件面电路图形刻制
• 2-1-6 透铣取下电路板
• §2-2 PCB 雕刻机控制软件总体方案
• 2-2-1 系统设计要求
• 2-2-2 系统总体方案
• §2-3 软件功能分解
• §2-4 本章小结
• 第三章 运动控制程序开发
• §3-1 数据接收与处理
• §3-2 插补原理及算法
• 3-2-1 插补原理
• 3-2-2 比较积分法原理
• 3-2-3 直线的比较积分法插补
• 3-2-4 圆弧的比较积分法插补
• §3-3 步进电机加减速控制
• 3-3-1 匀加减速控制
• 3-3-2 指数规律加减速控制
• §3-4 主轴变频调速
• 3-4-1 空间向量PWM 原理
• 3-4-2 SVPWM 程序设计
• §3-5 本章小结
• 第四章 上位软件的模块化设计
• §4-1 模块化设计概述
• 4-1-1 模块及模块的划分原则
• 4-1-2 模块化设计标准
• §4-2 开发平台的选择
• §4-3 操作界面设计
• §4-4 总体设计
• 4-4-1 主函数
• 4-4-2 文件 I/O 模块
• 4-4-3 状态显示模块
• 4-4-4 加工控制模块
• 4-4-5 刀具管理模块
• 4-4-6 系统设置模块
• 4-4-7 图像处理模块
• 4-4-8 数据发送模块
• §4-5 本章小结
• 第五章 视觉定位与数据校正
• §5-1 视觉定位原理及精度分析
• 5-1-1 视觉定位原理
• 5-1-2 精度分析
• §5-2 图像预处理与边缘检测
• 5-2-1 降低图像噪声
• 5-2-2 Canny 算子
• §5-3 Hough 变换检测圆
• 5-3-1Hough 变换基本原理
• 5-3-2 Hough 变换检测圆
• §5-4 亚像素拟合
• 5-4-1 亚像素拟合概述
• 5-4-2 最小二乘法拟合圆
• 5-4-3 实验数据比较
• 5-4-4 结论
• §5-5 数据校正
• 5-5-1 定位校正原理
• 5-5-2 求解校正矩阵
• 5-5-3 试验及应用
• §5-6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢