机器视觉元件辅助贴放技术研究

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1、机器视觉元件辅助贴放技术研究摘要随着微电子产业的高速发展，高性能贴片机越来越广泛地应用于表面组装行业，贴片机性能好坏直接标志着表面组装技术水平高低，因而成为微电子装备极其重要的一个研究方向。机器视觉辅助贴装技术是高性能贴片机必不可少的重要组成部分，历来是科研人员主攻方向，国内科研人员虽然在贴片机方面做了一些研究工作，但基本没有涉足视觉辅助元件定位技术研究。本文针对研究高性能贴片机视觉辅助元件定位过程中必然存在的问题，把它们分为几个基本组成部分，对影响贴片机视觉辅助定位性能的PCB图像定位基本算法、元件图像定位基

2、本算法、光学照明和成像系统、图像处理系统、贴装头初始位置校准方法和元件贴装位置误差方面进行了研究，并解决了一些实际问题，具体研究工作及取得成绩主要体现在：1具有直线边缘的图像定位算法研究当今高性能贴片机的图像定位董塑墨旦搓板尽陧笺鎏，但在查盈度偏离问题。贴片机实施元件贴装定位过程中，由于机械传动和安装定位等因素的影响，目标图像和模板图像间总存在一定夹角，使得高精度模板匹配算法实时性受到影响。文中利用分形理论解决问题快捷性特点，针对贴片机中目拯图像边缘曲线的盆形挂蛰罴厦赘照绔岔厦雄数面。迭蕉i捌厘±垦蛔角垫三篁鲨

3、，解决了图像匹配定位中存在的角度偏离问题。通过实验证明分形方法可以用于解决图像角度定位问题，该分形方法解决了高精度图像模板匹配过程中存在的速度和精度很难统一的难题。2元件定位算法研究不同元件具有不同图像特点，根据常用QFP、SO、BGA、CHIP、QFJ和FLIPCHIP的特点，对它们进行分类研究，得出了它们定位方法的基本策略。提出了普遍用于多种类型元件，确定元件第一脚的基本方法，同时用实验证明该方法是简单易行的。对一带有普遍意义的QFP元件定位过程进行了研究，为研究其它类型元件定位提供了参考。3光学照明系统研

4、究分析光源光谱特性、物体材料和表面的光学特性和光谱选择特性、CCD的光电转换特性和光谱特性等基础上得出：要在CCD上得到便于后续处理的原始图像信息，必须针对目标和背景材料对光的选择特性，选择恰当频谱光源并以适当强度和角度对目标进行照射的结论。根据等亮度光源立体投影法光强计算公式，自行推导了贴片机中使用的LED光源形状、亮度与被照射点处光强间关系。比较采用光源和不同照明方式对贴片机环境中的目标进行照射，从视觉效果图得出：贴片机环境中采用具有可编程控制亮度、频谱多样、形状柔性的LED光源，在下照视觉系统中采用反射光

5、照明方式而上照视觉系统采用背景光照明方式，可得到良好图像定位照明效果。4光学系统成像研究分析了光学成像系统的像差特性，以及控制镜头像差的重要性，得到了镜头内外参数与镜头像差间的关系；分析了光通过镜头前后光强的变化关系，为根据CCD中需要的光照强度，理玲推导需系用的光源功率提供了理论依据。弋原浴＼5图像预处理分析基本图像分割算法优缺点及其使用环境基础上，根据贴片机中视觉定位问题，从原始图像信息特点和贴片过程中图像分割基本要求出发，采用比较有效的统计闽值算法或中值法得到图像分割阈值，对目标图像进行分割。实验证明，统

6、计闽值分割算法和中值法运用在贴片机图像环境中，能达到准确、快速图像分割目的。6多信息的融合研究贴片机视觉定位实际是通过视觉系统得到精确的贴装头运动控制参数。分析贴片机工序过程，在系统中建立四个不同性质坐标系，研究出把元件视觉检测系统得到的信息和PCB视觉系统检测到的信息与预先给定的运动信息进行合理融合的方法，让不同性质坐标上的信息得到统一，用于修『F贴装头运动控制参数，得到了保证元件精确贴装所需参数，实现图像反馈精确定位。7贴装头运动初始位置的校准贴装头旋转中心和处于贴片机固定位置元件检查用视觉系统中心甜准，是

7、进行元件精确贴装的必要条件。通过两种寻心方法的比较，提出一种让贴装头绕其回转中心旋转，在圆周均分角度位置采集元件图像，通过寻找这些图像中心，得到规则的正多边形，并利用规则图形多心合一的特点，简单计算得到了视觉系统中贴装头中心线位置，完成了高精度的贴装头初始位置校准。8元件贴装位置误差分析研究文中把视觉辅助元件贴放误差归纳为三大类：机械传动系统误差、控制系统误差和视觉系统引入的误差。系统性的分析了每类误差各种可能影n向因素，采用多元函数求误差的方法合成各类误差，得到了元件贴装系统误差。分析目前精密机械传动定位精度

8、和图像测量系统定位精度等级上的差异，笔者认为：机电传动系统误差是影响贴片机元件辅助贴装精度的最主要因素，而图像引入的误差不是主要的因素。关键词：视觉辅助贴装分形图像定位光学照明成像图像分割多信息融合贴装头校准误差分析STUDYoNMACHINEⅥSIoNAIDINGSURFACEMOUNTEDDEVICEPLACMENTTECHNoLoGYABSFRACTWiththehighspee