精密電子組裝中的機(jī)器視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)v2

1、20222022年年1 1月月2929日日胡躍明胡躍明 教授教授 EMAIL:EMAIL:TELTEL精密電子組裝中精密電子組裝中的機(jī)器視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的機(jī)器視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù) 目錄目錄一、研究背景一、研究背景二、核心技術(shù)二、核心技術(shù)三、視覺(jué)檢測(cè)三、視覺(jué)檢測(cè)四、控制系統(tǒng)四、控制系統(tǒng)五、中心介紹五、中心介紹 一、研究背景一、研究背景 應(yīng)用背景：應(yīng)用背景：各種片式元器件組裝到各種片式元器件組裝到PCB或?qū)⒙闫N到封裝基板或?qū)⒙闫N到封裝基板貼片機(jī)貼片機(jī)-電子信息制造業(yè)需求量最大的關(guān)鍵工作母機(jī)電子信息制造業(yè)需求量最大的關(guān)鍵工作母機(jī) 沒(méi)有貼片機(jī)

2、就沒(méi)有手機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品的今天！沒(méi)有貼片機(jī)就沒(méi)有手機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品的今天！印刷：印刷：焊膏或貼片膠漏印到PCB的焊盤（絲印機(jī)）貼片：貼片：將表面組裝元器件準(zhǔn)確安裝到PCB的固定位置（貼片機(jī)）焊接：焊接：將焊膏融化，使表面組裝元器件與PCB 板牢固粘接（回流焊爐）檢測(cè)：檢測(cè)：在貼裝和回流焊后對(duì)PCB進(jìn)行在線質(zhì)量檢測(cè)（AOI、AXI） 發(fā)展趨勢(shì)：發(fā)展趨勢(shì)：尺寸：尺寸：兩極方向發(fā)展兩極方向發(fā)展（從（從200 x 125 mm200 x 125 mm到到08050805、06030603、04020402、02010201、0100501005）間距：間距：引腳數(shù)不斷增加、引線間距不斷縮小引腳數(shù)不

3、斷增加、引線間距不斷縮?。≦FP:0.25mm;BGA:0.2mm;CSP:0.05mmQFP:0.25mm;BGA:0.2mm;CSP:0.05mm） 類型：類型：多元化多元化（各種（各種LEDLED器件、柔性板、屏蔽罩、太陽(yáng)能電池芯片）器件、柔性板、屏蔽罩、太陽(yáng)能電池芯片）技術(shù)：技術(shù)：模塊化、封裝模塊化、封裝/ /組裝組裝/ /插件一體化、節(jié)能環(huán)保插件一體化、節(jié)能環(huán)保( (無(wú)鉛化無(wú)鉛化) ) 裝備特點(diǎn)：裝備特點(diǎn)：高速、高精度、多元化發(fā)展的三大關(guān)鍵裝備之一高速、高精度、多元化發(fā)展的三大關(guān)鍵裝備之一 長(zhǎng)期依賴進(jìn)口淘汰技術(shù)和設(shè)備！長(zhǎng)期依賴進(jìn)口淘汰技術(shù)和設(shè)備！ 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況：國(guó)內(nèi)發(fā)展概況：關(guān)鍵設(shè)備

4、全自動(dòng)貼片機(jī)，國(guó)產(chǎn)化前仆后繼！關(guān)鍵設(shè)備全自動(dòng)貼片機(jī)，國(guó)產(chǎn)化前仆后繼！ 80年代：年代：上海上海2121所、無(wú)專廠、泰士昆、上海交大、微電子裝備所所、無(wú)專廠、泰士昆、上海交大、微電子裝備所 先后搞過(guò)五次，停留在科研項(xiàng)目鑒定先后搞過(guò)五次，停留在科研項(xiàng)目鑒定 90年代：年代：支持支持2 2所、所、7 7所開(kāi)展所開(kāi)展SMTSMT研發(fā)，停留在科研項(xiàng)目鑒定研發(fā)，停留在科研項(xiàng)目鑒定 2000年：年：熊貓電子、廣州羊城、上海交大，先后中斷熊貓電子、廣州羊城、上海交大，先后中斷珠海運(yùn)泰利等正在啟動(dòng)貼片機(jī)研制項(xiàng)目珠海運(yùn)泰利等正在啟動(dòng)貼片機(jī)研制項(xiàng)目系列機(jī)型已實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)業(yè)化！系列機(jī)型已實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)業(yè)化！ 國(guó)內(nèi)發(fā)展概

5、況：國(guó)內(nèi)發(fā)展概況：輔助設(shè)備已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)：輔助設(shè)備已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)： 回流焊爐回流焊爐:廣東風(fēng)華、東莞科隆威、深圳日東等廣東風(fēng)華、東莞科隆威、深圳日東等 絲印機(jī)：絲印機(jī)：東莞凱格、東莞科隆威、深圳德森、廣東風(fēng)華等東莞凱格、東莞科隆威、深圳德森、廣東風(fēng)華等 光學(xué)檢測(cè)設(shè)備：光學(xué)檢測(cè)設(shè)備：東莞神州視覺(jué)、深圳振華、啟東日聯(lián)等東莞神州視覺(jué)、深圳振華、啟東日聯(lián)等大環(huán)境問(wèn)題：大環(huán)境問(wèn)題： 產(chǎn)業(yè)鏈：產(chǎn)業(yè)鏈：存在許多缺口，被動(dòng)型電子制造大國(guó)。存在許多缺口，被動(dòng)型電子制造大國(guó)。 政政 府：府：整個(gè)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期得不到國(guó)家層面的支持與重視。整個(gè)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期得不到國(guó)家層面的支持與重視。 國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)：國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)：國(guó)際知名電子企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)、技術(shù)

6、進(jìn)步一日千里。國(guó)際知名電子企業(yè)參與競(jìng)爭(zhēng)、技術(shù)進(jìn)步一日千里。 技術(shù)瓶頸問(wèn)題技術(shù)瓶頸問(wèn)題 技術(shù)難度高：技術(shù)難度高：光機(jī)電、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、光學(xué)等交叉光機(jī)電、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、光學(xué)等交叉 產(chǎn)業(yè)要求高：產(chǎn)業(yè)要求高：數(shù)控裝備、熟練技工、裝配、測(cè)試、市場(chǎng)數(shù)控裝備、熟練技工、裝配、測(cè)試、市場(chǎng) 資金投入大：資金投入大：研發(fā)投入大、可靠性需投入數(shù)千萬(wàn)元測(cè)試研發(fā)投入大、可靠性需投入數(shù)千萬(wàn)元測(cè)試教育問(wèn)題教育問(wèn)題 教育：教育：教育與生產(chǎn)脫節(jié)，整個(gè)教育與生產(chǎn)脫節(jié)，整個(gè)SMTSMT行業(yè)人才嚴(yán)重缺乏。行業(yè)人才嚴(yán)重缺乏。 技工：技工： 國(guó)外產(chǎn)品一統(tǒng)天下，需要熟練的外語(yǔ)，國(guó)外產(chǎn)品一統(tǒng)天下，需要熟練的外語(yǔ)，SMTSMT技工奇缺技工

7、奇缺 質(zhì)量：質(zhì)量： SMTSMT工藝水平差導(dǎo)致終端產(chǎn)品質(zhì)量差、返修率高工藝水平差導(dǎo)致終端產(chǎn)品質(zhì)量差、返修率高 癥結(jié)問(wèn)題：癥結(jié)問(wèn)題：市場(chǎng)需求依然旺盛：市場(chǎng)需求依然旺盛： 高速機(jī)型：高速機(jī)型：隨手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和汽車音響等穩(wěn)定增長(zhǎng)隨手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)和汽車音響等穩(wěn)定增長(zhǎng) 中高速機(jī)：中高速機(jī)：隨中小企業(yè)轉(zhuǎn)型需求急劇增長(zhǎng)隨中小企業(yè)轉(zhuǎn)型需求急劇增長(zhǎng) 專用機(jī)型專用機(jī)型：隨隨LEDLED、太陽(yáng)能電池、柔性電路板、屏蔽罩等成為新增長(zhǎng)點(diǎn)、太陽(yáng)能電池、柔性電路板、屏蔽罩等成為新增長(zhǎng)點(diǎn) 發(fā)展機(jī)遇：發(fā)展機(jī)遇：國(guó)外產(chǎn)品也滿足不了生產(chǎn)要求需求：國(guó)外產(chǎn)品也滿足不了生產(chǎn)要求需求： 非標(biāo)器件：非標(biāo)器件：LED

8、LED、太陽(yáng)能電池芯片及、太陽(yáng)能電池芯片及FPCFPC、屏蔽罩等各種非標(biāo)準(zhǔn)器件、屏蔽罩等各種非標(biāo)準(zhǔn)器件 高端芯片：高端芯片：各種極大規(guī)模集成電路倒裝芯片、各種極大規(guī)模集成電路倒裝芯片、3D3D封裝芯片等封裝芯片等 微型元件：微型元件：各種微型化元件（各種微型化元件（0100501005及以下尺寸）及以下尺寸） 文章標(biāo)題：文章標(biāo)題： 世界工廠優(yōu)勢(shì)不再世界工廠優(yōu)勢(shì)不再 建設(shè)建設(shè)SMTSMT強(qiáng)國(guó)勢(shì)在必行強(qiáng)國(guó)勢(shì)在必行 建設(shè)建設(shè)SMTSMT強(qiáng)國(guó)的基礎(chǔ)強(qiáng)國(guó)的基礎(chǔ) 金融海嘯擋不住中國(guó)金融海嘯擋不住中國(guó)SMTSMT強(qiáng)國(guó)的步伐強(qiáng)國(guó)的步伐 怎樣才算怎樣才算SMTSMT強(qiáng)國(guó)強(qiáng)國(guó) 建設(shè)建設(shè)SMTSMT強(qiáng)國(guó)的四件大事：

9、強(qiáng)國(guó)的四件大事： 政府一定要在建設(shè)政府一定要在建設(shè)SMTSMT強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中有作為強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中有作為 人才培養(yǎng)是重中之重人才培養(yǎng)是重中之重 SMTSMT企業(yè)要堅(jiān)持自主創(chuàng)新企業(yè)要堅(jiān)持自主創(chuàng)新 SMTSMT行業(yè)和諧合作行業(yè)和諧合作“和為強(qiáng)和為強(qiáng)” 貼裝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化刻不容緩，大有可為！貼裝設(shè)備國(guó)產(chǎn)化刻不容緩，大有可為！ 產(chǎn)業(yè)需求：產(chǎn)業(yè)需求：汽車電子、太陽(yáng)能、汽車電子、太陽(yáng)能、LEDLED照明、醫(yī)療電子等后發(fā)展契機(jī)！照明、醫(yī)療電子等后發(fā)展契機(jī)！ 政府引導(dǎo)：政府引導(dǎo)：國(guó)家和地方政府尤其是廣東省政府重點(diǎn)扶持裝備制造業(yè)！國(guó)家和地方政府尤其是廣東省政府重點(diǎn)扶持裝備制造業(yè)！ 經(jīng)驗(yàn)積累：經(jīng)驗(yàn)積累： 2020余年引進(jìn)消

10、化吸收，軟硬件和產(chǎn)業(yè)化環(huán)境進(jìn)步！余年引進(jìn)消化吸收，軟硬件和產(chǎn)業(yè)化環(huán)境進(jìn)步！業(yè)界期盼業(yè)界期盼 20152015年成為年成為SMTSMT強(qiáng)國(guó)！強(qiáng)國(guó)！二、核心技術(shù)二、核心技術(shù) 精密機(jī)械設(shè)計(jì)精密機(jī)械設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)塔式：轉(zhuǎn)塔式：貼裝頭數(shù)在貼裝頭數(shù)在1212個(gè)以上，產(chǎn)能每小時(shí)個(gè)以上，產(chǎn)能每小時(shí)2 25 5萬(wàn)片；萬(wàn)片； 適用尺寸小、引腳簡(jiǎn)單、適用尺寸小、引腳簡(jiǎn)單、 精度低場(chǎng)合精度低場(chǎng)合 動(dòng)臂式：動(dòng)臂式：貼裝頭數(shù)一般為貼裝頭數(shù)一般為2 28 8個(gè)，產(chǎn)能每小時(shí)個(gè)，產(chǎn)能每小時(shí)0.50.52 2萬(wàn)片；萬(wàn)片； 可貼裝各種尺寸和封裝形式的元器件；可貼裝各種尺寸和封裝形式的元器件； 質(zhì)檢、定位通過(guò)高速視覺(jué)系統(tǒng)，且采用飛行換嘴技

11、術(shù)質(zhì)檢、定位通過(guò)高速視覺(jué)系統(tǒng)，且采用飛行換嘴技術(shù) 工作站：工作站：多模塊或多機(jī)型并行組裝，產(chǎn)能每小時(shí)多模塊或多機(jī)型并行組裝，產(chǎn)能每小時(shí)5 51010萬(wàn)片萬(wàn)片 特點(diǎn)特點(diǎn) 高速高精度視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)高速高精度視覺(jué)檢測(cè)技術(shù) 多目標(biāo)動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息獲取與預(yù)處理多目標(biāo)動(dòng)態(tài)視覺(jué)信息獲取與預(yù)處理 多目標(biāo)識(shí)別、優(yōu)化和定位算法及實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別、優(yōu)化和定位算法及實(shí)現(xiàn) 自適應(yīng)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)自適應(yīng)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì) 多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù) 基于視覺(jué)的多軸運(yùn)動(dòng)建模及簡(jiǎn)化基于視覺(jué)的多軸運(yùn)動(dòng)建模及簡(jiǎn)化 多軸運(yùn)動(dòng)多軸運(yùn)動(dòng)/ /力協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化力協(xié)調(diào)控制及優(yōu)化 喂料、檢測(cè)與貼裝過(guò)程的并行處理技術(shù)喂料、檢測(cè)與貼裝過(guò)程的并行處理技術(shù) 精

12、密零部件設(shè)計(jì)與加工精密零部件設(shè)計(jì)與加工 喂料器、組裝頭、吸嘴的設(shè)計(jì)與加工喂料器、組裝頭、吸嘴的設(shè)計(jì)與加工 精密絲杠設(shè)計(jì)及加工精密絲杠設(shè)計(jì)及加工 安裝、測(cè)試工藝及標(biāo)準(zhǔn)安裝、測(cè)試工藝及標(biāo)準(zhǔn) 系列表面貼裝和檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)系列表面貼裝和檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn) 系列高端貼裝設(shè)備自主研制系列高端貼裝設(shè)備自主研制 系列系列X X光學(xué)檢測(cè)設(shè)備自主研制光學(xué)檢測(cè)設(shè)備自主研制 關(guān)鍵零部件國(guó)產(chǎn)化關(guān)鍵零部件國(guó)產(chǎn)化 關(guān)鍵技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)： 研究方法及技術(shù)路線：研究方法及技術(shù)路線：多目標(biāo)機(jī)器視覺(jué)多目標(biāo)機(jī)器視覺(jué)信息獲取與預(yù)處理信息獲取與預(yù)處理高速高精度高速高精度機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)與定位機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)與定位多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)多軸運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)精密機(jī)械設(shè)

13、計(jì)精密機(jī)械設(shè)計(jì)貼裝設(shè)備貼裝設(shè)備X光檢測(cè)設(shè)備光檢測(cè)設(shè)備循序漸進(jìn)的戰(zhàn)略規(guī)劃循序漸進(jìn)的戰(zhàn)略規(guī)劃 瞄準(zhǔn)中高端瞄準(zhǔn)中高端SMT裝備，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化！裝備，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化！ 建設(shè)建設(shè)SMT裝備研發(fā)、制造和應(yīng)用強(qiáng)國(guó)！裝備研發(fā)、制造和應(yīng)用強(qiáng)國(guó)！技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（核心技術(shù)專利占國(guó)內(nèi)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)（核心技術(shù)專利占國(guó)內(nèi)3/4） 全自主軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)全自主軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自適應(yīng)光源系統(tǒng)自適應(yīng)光源系統(tǒng) 多視覺(jué)檢測(cè)多視覺(jué)檢測(cè)/ /多軸控制一體化多軸控制一體化 嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)嵌入式視覺(jué)系統(tǒng) 貼插一體化技術(shù)貼插一體化技術(shù) 研究進(jìn)展：研究進(jìn)展：8/4/2頭系列機(jī)型頭系列機(jī)型： 各種機(jī)型生產(chǎn)銷售各種機(jī)型生產(chǎn)銷售120120余臺(tái)，創(chuàng)造直接經(jīng)

14、濟(jì)效益余臺(tái)，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益60006000萬(wàn)萬(wàn) 20042004年國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品年國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品 20082008年中國(guó)年中國(guó)SMTSMT創(chuàng)新成果獎(jiǎng)創(chuàng)新成果獎(jiǎng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)：技術(shù)團(tuán)隊(duì)： 精密電子制造裝備教育部工程研究中心精密電子制造裝備教育部工程研究中心 廣東省高校產(chǎn)學(xué)研結(jié)合示范基地廣東省高校產(chǎn)學(xué)研結(jié)合示范基地 聯(lián)合中科院自動(dòng)化所、東南大學(xué)等優(yōu)勢(shì)力量聯(lián)合中科院自動(dòng)化所、東南大學(xué)等優(yōu)勢(shì)力量三、視覺(jué)檢測(cè)三、視覺(jué)檢測(cè) 圖像采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)：圖像采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)：目的：目的：獲得獲得PCBPCB及元器件的基本信息，并進(jìn)行貼裝校準(zhǔn)及元器件的基本信息，并進(jìn)行貼裝校準(zhǔn)難點(diǎn)：難點(diǎn)：高速動(dòng)態(tài)采集及識(shí)別高速動(dòng)態(tài)采

15、集及識(shí)別 同樣硬件下處理種類繁多的缺陷檢測(cè)和定位信息！同樣硬件下處理種類繁多的缺陷檢測(cè)和定位信息！ PCBPCB及芯片高密度大尺寸化、片式元器件日益微型化！及芯片高密度大尺寸化、片式元器件日益微型化！ 移動(dòng)示教系統(tǒng)移動(dòng)示教系統(tǒng)：貼裝頭、采用面陣貼裝頭、采用面陣CCD 元件拾取位置參數(shù)示教：元件拾取位置參數(shù)示教：喂料器、托盤系統(tǒng)元件拾取位置示教喂料器、托盤系統(tǒng)元件拾取位置示教 PCBPCB板定位信息校準(zhǔn)及示教：板定位信息校準(zhǔn)及示教：PCBPCB參考點(diǎn)、參考點(diǎn)、MarkMark點(diǎn)、元件貼裝位置示教點(diǎn)、元件貼裝位置示教 貼裝質(zhì)量檢測(cè)：貼裝質(zhì)量檢測(cè)：元件貼裝完成后貼裝效果檢查元件貼裝完成后貼裝效果檢查

16、 前臺(tái)多視覺(jué)系統(tǒng)：前臺(tái)多視覺(jué)系統(tǒng)：前臺(tái)機(jī)架、線陣前臺(tái)機(jī)架、線陣CCD、高速運(yùn)動(dòng)采集和校準(zhǔn)。、高速運(yùn)動(dòng)采集和校準(zhǔn)。 檢測(cè)：檢測(cè)：從形狀、長(zhǎng)寬尺寸判斷吸取元件類型是否正確；從形狀、長(zhǎng)寬尺寸判斷吸取元件類型是否正確； 檢測(cè)芯片管腳數(shù)是否符合；檢測(cè)芯片管腳數(shù)是否符合； 判斷管角排列有無(wú)異常彎折、太靠近或短路等。判斷管角排列有無(wú)異常彎折、太靠近或短路等。 校準(zhǔn)：校準(zhǔn)：采集及計(jì)算采集及計(jì)算8 8個(gè)吸嘴上所吸取元件的位置偏移及角度偏差。個(gè)吸嘴上所吸取元件的位置偏移及角度偏差。 后臺(tái)多視覺(jué)系統(tǒng)：后臺(tái)多視覺(jué)系統(tǒng)：后臺(tái)機(jī)架、后臺(tái)機(jī)架、2k像素像素/線以上的高分辨率線以上的高分辨率CCD 功能：功能：主要用途與前臺(tái)

17、攝像機(jī)系統(tǒng)相同。主要用途與前臺(tái)攝像機(jī)系統(tǒng)相同。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：處理大尺寸處理大尺寸ICIC、異形件等（寬度最大、異形件等（寬度最大60mm60mm以下的各類元器件）以下的各類元器件） 線陣線陣CCDCCD可直接采集大尺寸長(zhǎng)條形的元件圖像可直接采集大尺寸長(zhǎng)條形的元件圖像 如采集長(zhǎng)寬為如采集長(zhǎng)寬為128x35mm128x35mm區(qū)域的圖像一般不超過(guò)區(qū)域的圖像一般不超過(guò)120ms120ms。而面陣。而面陣CCDCCD在在相同物距的情況下，可視范圍只能達(dá)到相同物距的情況下，可視范圍只能達(dá)到30mmx30mm30mmx30mm，必須分多次采集或，必須分多次采集或采用多個(gè)面陣采用多個(gè)面陣CCDCCD同時(shí)采集

18、，因此不適合處理長(zhǎng)條形大尺寸器件。同時(shí)采集，因此不適合處理長(zhǎng)條形大尺寸器件。 面陣面陣CCDCCD不能直接采集大尺寸元件圖像不能直接采集大尺寸元件圖像 面陣面陣CCDCCD四次采集的圖像還需拼合成為一張完整圖片才能進(jìn)一步作四次采集的圖像還需拼合成為一張完整圖片才能進(jìn)一步作圖像校準(zhǔn)。但一般面陣圖像校準(zhǔn)。但一般面陣CCDCCD采集的圖像的邊緣部分會(huì)出現(xiàn)變形失真，導(dǎo)采集的圖像的邊緣部分會(huì)出現(xiàn)變形失真，導(dǎo)致拼合后的圖片出現(xiàn)拼合處圖像失真，繼而會(huì)影響計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)。致拼合后的圖片出現(xiàn)拼合處圖像失真，繼而會(huì)影響計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)。 性價(jià)比：性價(jià)比： 線陣線陣CCDCCD價(jià)格高且是運(yùn)動(dòng)采圖，如果采用恒速采圖的方

19、案，則要求價(jià)格高且是運(yùn)動(dòng)采圖，如果采用恒速采圖的方案，則要求必須保證電機(jī)在采圖時(shí)的速度波動(dòng)小于必須保證電機(jī)在采圖時(shí)的速度波動(dòng)小于1 1時(shí)，而面陣時(shí)，而面陣CCDCCD靜止采圖失靜止采圖失真較少。真較少。 圖像采集方式：圖像采集方式：線陣與面陣線陣與面陣CCD結(jié)合結(jié)合變形的圖像變形的圖像正常的圖像正常的圖像速度誤差在速度誤差在+1%+1%時(shí)，角度誤差有時(shí)，角度誤差有0.20.2 0.30.3 速度誤差在速度誤差在+0.1%+0.1%時(shí)，角度誤差有時(shí)，角度誤差有0.020.02 0.030.03 恒速采圖方式：恒速采圖方式： 器件運(yùn)動(dòng)速度控制精度必須小于器件運(yùn)動(dòng)速度控制精度必須小于 1 1，否則會(huì)

20、帶來(lái)圖像變形，否則會(huì)帶來(lái)圖像變形 行同步變速采圖方式：行同步變速采圖方式： 將伺服電機(jī)編碼盤信號(hào)與線陣將伺服電機(jī)編碼盤信號(hào)與線陣CCDCCD行采集觸發(fā)信號(hào)同步，行采集觸發(fā)信號(hào)同步， 可使采圖不受器件運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)的影響，也可提高采集速度?？墒共蓤D不受器件運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)的影響，也可提高采集速度。 線陣線陣CCD兩種采圖方式的比較兩種采圖方式的比較： LED光源系統(tǒng)：光源系統(tǒng)： 常用選型：常用選型： CCS公司產(chǎn)品公司產(chǎn)品 環(huán)形側(cè)光源環(huán)形側(cè)光源LDR-120BLDR-120B （圖中外圈的大光源）（圖中外圈的大光源） 適用于大尺寸的適用于大尺寸的QFP、BGA、CSP等元件的照明等元件的照明 低角度環(huán)

21、形光源低角度環(huán)形光源LDR-50B LDR-50B （圖中內(nèi)圈的小光源）（圖中內(nèi)圈的小光源） 適用于小尺寸的適用于小尺寸的CHIP、二極管、三極管等元件的照明、二極管、三極管等元件的照明 自適應(yīng)光源：自適應(yīng)光源：自主研發(fā)自主研發(fā) 自適應(yīng)調(diào)整兩個(gè)光源照明亮度，獲得各類不同元件的最佳圖像效果自適應(yīng)調(diào)整兩個(gè)光源照明亮度，獲得各類不同元件的最佳圖像效果 對(duì)焦不準(zhǔn).物體移動(dòng) 存在旋轉(zhuǎn)，縮放的不理想圖像原始圖像存在角度偏轉(zhuǎn)比例縮放幾種常用元器件圖像 圖像處理算法：圖像處理算法： 目的：目的：檢測(cè)對(duì)象類型、質(zhì)量、位置信息檢測(cè)對(duì)象類型、質(zhì)量、位置信息 特點(diǎn)：特點(diǎn)：多任務(wù)、高速、高精度、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)多任務(wù)、高速、高

22、精度、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào) 步驟：步驟：預(yù)處理、識(shí)別預(yù)處理、識(shí)別 難點(diǎn)：難點(diǎn)： 1、元件封裝種類繁多：、元件封裝種類繁多： 常見(jiàn)有常見(jiàn)有CHIPCHIP、SOICSOIC、QFPQFP、BGABGA、CSPCSP以及各種異形元器件等。以及各種異形元器件等。 2、元件尺寸變化范圍大：、元件尺寸變化范圍大： 從最小從最小01005(0.4mm x 0.2mm )01005(0.4mm x 0.2mm )到最大到最大128mmx60mm 128mmx60mm 的器件。的器件。 3、定位精度高：、定位精度高： 要求要求XYXY軸誤差軸誤差0.08mm, 0.08mm, 角度誤差角度誤差0.080.08 4、抗干擾

23、要求高：、抗干擾要求高： 多引腳元件引腳反光效果存在差異、運(yùn)動(dòng)過(guò)程采集不同步及并行，要求多引腳元件引腳反光效果存在差異、運(yùn)動(dòng)過(guò)程采集不同步及并行，要求算法魯棒性高算法魯棒性高 因此，需要針對(duì)各種封裝的特點(diǎn)設(shè)計(jì)多種專用算法。因此，需要針對(duì)各種封裝的特點(diǎn)設(shè)計(jì)多種專用算法。 預(yù)處理：預(yù)處理： 目的：目的：將貼裝元件準(zhǔn)確地從圖像的背景中分割出來(lái)將貼裝元件準(zhǔn)確地從圖像的背景中分割出來(lái) 方法：方法： A) A) 閾值法閾值法 設(shè)定灰度閾值，然后將各像素灰度值與其比較，分為兩類設(shè)定灰度閾值，然后將各像素灰度值與其比較，分為兩類 B) B) 區(qū)域法區(qū)域法 選取種子點(diǎn)，再將種子像素周圍的相似像素合并構(gòu)成區(qū)域選取

24、種子點(diǎn)，再將種子像素周圍的相似像素合并構(gòu)成區(qū)域 C) C) 邊緣法邊緣法 檢測(cè)不同區(qū)域間的邊緣來(lái)解決圖像分割問(wèn)題檢測(cè)不同區(qū)域間的邊緣來(lái)解決圖像分割問(wèn)題 D) D) 分水嶺法分水嶺法 把灰度圖像視為地形表面，每個(gè)像素灰度值為該點(diǎn)海拔高度把灰度圖像視為地形表面，每個(gè)像素灰度值為該點(diǎn)海拔高度, ,每個(gè)局部極小值及影響區(qū)域稱為集水盆，其邊界形成分水嶺。每個(gè)局部極小值及影響區(qū)域稱為集水盆，其邊界形成分水嶺。 MATROX公司MIL7.0圖像庫(kù)軟件模板匹配算法角度識(shí)別精度評(píng)估表樣板旋轉(zhuǎn)的角度（度）測(cè)量所得的角度（度）角度誤差（度）模板匹配幾何模板匹配模板匹配幾何模板匹配000.0280.100.168-0

25、.10.040.500.603-0.50.075101.037-10.009555.07700.04910109.87200.1560.10-0.1530.10.0810.50-0.6020.5-0.1310.185-0.9921.1850.0025-5-4.98100.00910-10-9.96200.01 識(shí)別算法：識(shí)別算法： 目的：目的：定位待貼元器件的幾何中心、旋轉(zhuǎn)角度、規(guī)格尺寸、引腳質(zhì)量等。定位待貼元器件的幾何中心、旋轉(zhuǎn)角度、規(guī)格尺寸、引腳質(zhì)量等。 例如對(duì)于例如對(duì)于BGABGA類的芯片主要需要識(shí)別以下信息：類的芯片主要需要識(shí)別以下信息： 判斷吸取類型是否正確；判斷吸取類型是否正確；

26、計(jì)算球形引腳數(shù)、面積是否符合要求；計(jì)算球形引腳數(shù)、面積是否符合要求； 計(jì)算位置偏差、角度偏差。計(jì)算位置偏差、角度偏差。 方法：方法： A) A) 模板匹配法模板匹配法 設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)模板，然后進(jìn)行匹配！計(jì)算量大、耗時(shí)！設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)模板，然后進(jìn)行匹配！計(jì)算量大、耗時(shí)！ 結(jié)合快速傅立葉變換等提高速度！結(jié)合快速傅立葉變換等提高速度！ B) B) 幾何矩法幾何矩法 利用利用HUHU氏矩關(guān)于平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等的不變性質(zhì)，提取特征進(jìn)行匹配！氏矩關(guān)于平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等的不變性質(zhì)，提取特征進(jìn)行匹配！ C) C) 矢量匹配法矢量匹配法 利用四元數(shù)理論，對(duì)利用四元數(shù)理論，對(duì)RGBRGB圖像進(jìn)行識(shí)別圖像進(jìn)行識(shí)別 提升可靠性和

27、速度！提升可靠性和速度！四、控制系統(tǒng)四、控制系統(tǒng) 工作流程：工作流程：目的：目的：高速喂料、吸取、運(yùn)動(dòng)校正、高精度貼裝高速喂料、吸取、運(yùn)動(dòng)校正、高精度貼裝難點(diǎn)：難點(diǎn)：高速喂料、高速高精度貼裝、多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化高速喂料、高速高精度貼裝、多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化 多軸運(yùn)動(dòng)控制多軸運(yùn)動(dòng)控制 自主研制電氣控制系統(tǒng)：自主研制電氣控制系統(tǒng)：上位系統(tǒng)軟件、通訊軟件、專家系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與編制；上位系統(tǒng)軟件、通訊軟件、專家系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與編制；下位控制軟件的設(shè)計(jì)與編制；下位控制軟件的設(shè)計(jì)與編制；高速運(yùn)動(dòng)算法、模板識(shí)別與匹配、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)與優(yōu)化算法等子系統(tǒng)的研高速運(yùn)動(dòng)算法、模板識(shí)別與匹配、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)與優(yōu)化算法等子系統(tǒng)的研制與程序?qū)?/p>

28、現(xiàn)；制與程序?qū)崿F(xiàn)；圖像采集與數(shù)字圖像處理；圖像采集與數(shù)字圖像處理；送料系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制送料系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制; ;人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面設(shè)計(jì); ;各控制機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸；各控制機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸；控制機(jī)與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊；控制機(jī)與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；電氣原理設(shè)計(jì)。電氣原理設(shè)計(jì)。 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)：電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 電氣系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)：電氣系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)： 程序控制系統(tǒng)：程序控制系統(tǒng)： 所有基于硬件的軟件實(shí)現(xiàn)所有基于硬件的軟件實(shí)現(xiàn) 人機(jī)交互主控中心：人機(jī)交互主控中心： 工控機(jī)及監(jiān)視器，人機(jī)交互界面及鍵盤輸入輸出工控機(jī)及監(jiān)視器，人機(jī)交互界面及鍵盤輸入輸出 PC104PC104ADADIOIO

29、子處理系統(tǒng)：子處理系統(tǒng)： 主要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、主要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、I/OI/O處理和功能控制處理和功能控制 高精度伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：高精度伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)： 通過(guò)兩塊四軸伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，實(shí)現(xiàn)通過(guò)兩塊四軸伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，實(shí)現(xiàn)X X、Y Y、Z Z、W W、R R、PUPU軸的運(yùn)動(dòng)控制軸的運(yùn)動(dòng)控制 圖像采集與處理系統(tǒng)：圖像采集與處理系統(tǒng)： 包括包括PCBPCB攝像機(jī)、前臺(tái)線陣攝像頭、后臺(tái)面陣攝像頭系統(tǒng)攝像機(jī)、前臺(tái)線陣攝像頭、后臺(tái)面陣攝像頭系統(tǒng) 各模塊功能：各模塊功能：三個(gè)三個(gè)PC104PC104子處理系統(tǒng)通過(guò)串口子處理系統(tǒng)通過(guò)串口RS485 RS485 ，采用半雙工通訊方式，采用半雙工通訊方式與上位機(jī)

30、通訊，分別實(shí)現(xiàn)以下功能：與上位機(jī)通訊，分別實(shí)現(xiàn)以下功能： A A板子處理系統(tǒng)：板子處理系統(tǒng)： 主要是對(duì)前臺(tái)主要是對(duì)前臺(tái)5050個(gè)喂料器、指示燈及個(gè)喂料器、指示燈及LEDLED光源的控制光源的控制 B B板子處理系統(tǒng)：板子處理系統(tǒng)： 主要是對(duì)主要是對(duì)PCBPCB板傳送帶及后臺(tái)板傳送帶及后臺(tái)5050個(gè)喂料器控制個(gè)喂料器控制 H H板子處理系統(tǒng)：板子處理系統(tǒng)： 對(duì)貼裝頭各嘴氣壓值檢測(cè)及吸片、貼片、換嘴控制對(duì)貼裝頭各嘴氣壓值檢測(cè)及吸片、貼片、換嘴控制 PC104子處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)：子處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（主要包括位置、同步控制）設(shè)計(jì)：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（主要包括位置、同步控制）設(shè)計(jì)： 一般位置控制：一般

31、位置控制：主要包括主要包括X X、Y Y、R R、Z Z、PUPU、W W軸的半閉環(huán)位置運(yùn)動(dòng)控制軸的半閉環(huán)位置運(yùn)動(dòng)控制 同步控制：同步控制：采用了運(yùn)動(dòng)控制卡一個(gè)通道同時(shí)控制兩個(gè)電機(jī)的方式來(lái)解決左右電機(jī)的同步采用了運(yùn)動(dòng)控制卡一個(gè)通道同時(shí)控制兩個(gè)電機(jī)的方式來(lái)解決左右電機(jī)的同步問(wèn)題。實(shí)踐證明這種方式優(yōu)于運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)部電子齒輪指令的同步控制方式。問(wèn)題。實(shí)踐證明這種方式優(yōu)于運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)部電子齒輪指令的同步控制方式。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件通訊軟件通訊軟件專家系統(tǒng)軟件專家系統(tǒng)軟件示教系統(tǒng)軟件和智能調(diào)整服務(wù)系統(tǒng)示教系統(tǒng)軟件和智能調(diào)整服務(wù)系統(tǒng) 包括檢測(cè)對(duì)象的樣板庫(kù)生成、數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)綜合、示教處理、包括檢測(cè)對(duì)象的樣板

32、庫(kù)生成、數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)綜合、示教處理、規(guī)則生成專家系統(tǒng)、智能模板識(shí)別與匹配算法、糾偏處理、規(guī)則生成專家系統(tǒng)、智能模板識(shí)別與匹配算法、糾偏處理、上料控制、高速運(yùn)動(dòng)控制、檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)間的任務(wù)協(xié)調(diào)、開(kāi)停上料控制、高速運(yùn)動(dòng)控制、檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)間的任務(wù)協(xié)調(diào)、開(kāi)停機(jī)處理、故障判定與報(bào)警、系統(tǒng)狀態(tài)分析、打印輸出、在線機(jī)處理、故障判定與報(bào)警、系統(tǒng)狀態(tài)分析、打印輸出、在線指導(dǎo)等所有軟件子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成。指導(dǎo)等所有軟件子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成。 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：五、精密電子制造裝備教育部工程研究中心五、精密電子制造裝備教育部工程研究中心 中心介紹中心介紹 2007年年7月批復(fù)建設(shè)，月批復(fù)建設(shè)，2007年年12月正式啟動(dòng)月正式啟動(dòng) 目前國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大學(xué)唯一面向該領(lǐng)域的部屬工程研究中心目前國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大學(xué)唯一面向該領(lǐng)域的部屬工程研究中心 中心定位：中心定位： 面向精密電子封裝和組裝領(lǐng)域面向精密電子封裝和組裝領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化和人才培養(yǎng)的技術(shù)創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化和人才培養(yǎng) 依托學(xué)院：依托學(xué)院： 自動(dòng)化學(xué)院、機(jī)械與汽車工程學(xué)院、電子信息學(xué)院微電子所自動(dòng)化學(xué)院、機(jī)械與汽車工程學(xué)院、電子信息學(xué)院微電子所 中