拱架式贴片机视觉系统的研究

论文摘要

贴片机是表面贴装技术(SMT)中最为关键的设备,它的主要功能是实现贴片电子元件的高速高精度组装。拥有贴片机的数量和先进程度,是衡量一个国家或地区电子制造能力的标志。贴片机结构复杂,技术难度大,它涉及精密机械、机器视觉、自动控制以及软件工程等多学科。其中机器视觉系统是贴片机的核心系统,直接影响到贴片机最重要的几个指标。本文就实现一个完整的拱架式贴片机视觉系统展开了研究,主要研究工作如下:(1)确定了采用“飞行视觉”技术的拱架式贴片机视觉系统的总体方案,阐述了构成视觉系统的几个重要模块及其作用。在分析国外同类产品性能的基础上,提出了本文设计的视觉系统所应具有的指标。(2)设计和搭建了用于捕捉运动状态下贴片元件的图像采集系统,包括光学成像系统和LED照明系统的设计和硬件选型方法。其中,LED照明系统能够为绝大部分贴片元件提供最佳角度和强度的频闪照明;光学成像系统能够在LED照明系统的配合下,在非常短的曝光时间内捕捉到运动状态下元件的清晰图像。(3)对适用于贴片机视觉系统的图像处理与特征处理基础算法做了比较研究,包含像素级与亚像素级精度的边缘提取算法、几何基元提取以及区域特征提取算法。为实现贴片元件和PCB基准标志的定位与检测算法奠定了基础。(4)对当前存在的众多封装类型的贴片元件进行了整理分类,从图像处理算法的角度将常用封装形式的贴片元件分为三大类,从而提高了算法的通用性和灵活性。在前人工作的基础上,提出了一种通过对元件引脚特征的定位来间接实现对整个贴片元件精确定位的策略。本文为每类贴片元件均设计了比较新颖和实用的检测算法,实验证明这些算法具有较高的执行速度、定位精度和强鲁棒性,能够满足高档贴片机对于检测算法各项指标的要求。(5)对应用较为广泛的圆形PCB基准标志的使用方法和定位算法进行了研究,并充分的考虑了来自生产现场的复杂干扰对于定位误差的影响。通过丰富的实验证明,本文所提出的圆形基准标志定位算法除了具有高精度和高速度的优点,还对多种干扰具有很强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 贴片机视觉系统的工作原理
• 1.2.1 视觉系统的典型结构
• 1.2.2 视觉系统的工作流程
• 1.3 贴片机视觉系统的国内外研究现状
• 1.3.1 日系贴片机视觉系统
• 1.3.2 欧系贴片机视觉系统
• 1.3.3 国内研究现状
• 1.4 本文主要研究内容及各章节安排
• 第2章 贴片机飞行视觉系统方案
• 2.1 引言
• 2.2 飞行视觉系统构成
• 2.3 视觉系统性能指标
• 2.4 光学成像系统的设计
• 2.4.1 工业摄像机的选型
• 2.4.2 工业镜头的选型
• 2.5 LED 照明系统的设计
• 2.5.1 机器视觉光源种类
• 2.5.2 LED 光源的照明方式
• 2.5.3 贴片机专用照明系统的设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 图像处理与特征提取基础算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 边缘检测算法
• 3.2.1 像素级边缘检测算法
• 3.2.2 像素级边缘检测算法的比较
• 3.2.3 亚像素边缘检测算法
• 3.2.4 亚像素边缘检测算法的比较
• 3.3 几何基元提取算法
• 3.3.1 HOUGH 变换法
• 3.3.2 最小二乘法
• 3.3.3 几何基元提取算法的比较
• 3.4 区域特征提取算法
• 3.5 本章小节
• 第4章 贴片元件检测算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 贴片元件封装形式的分类
• 4.3 贴片元件的检测算法
• 4.3.1 无引脚元件的检测算法
• 4.3.2 矩形引脚元件的检测算法
• 4.3.3 球形引脚元件的检测算法
• 4.4 本章小节
• 第五章 PCB 基准标志检测算法研究
• 5.1 引言
• 5.2 圆形基准标志的使用方法
• 5.3 圆形基准标志检测算法研究
• 5.3.1 圆形基准标志检测算法的原理
• 5.3.2 圆形基准标志检测算法实验
• 5.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 致谢