基于机器视觉pcb 板上圆mark 点定位方法探究

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1、基于机器视觉PCB板上圆Mark点定位方法探究　　摘要：该文的研究目的是研究出一种基于机器视觉的PCB（PrintedCircuitBoard）板上圆Mark点的定位方法。首先，简要概述了PCB板上Mark点常见形态及作用，并根据坐标系变换原理推导出了利用Mark点对PCB板上贴装点进行校准的相关公式。然后，着重研究了基于模板匹配的Mark点中心定位方法，并利用边缘检测方法对Mark点的中心定位进行了优化。最后，运用Mark点的样本图片对该方法进行测试，所得结果较理想。关键词：机器视觉；Mark点

2、；定位；模板匹配；边缘检测中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044（2013）32-7340-058随着半导体工艺技术的发展，PCB板上电子元件的密度和元件的复杂性不断增加，而贴装的元件尺寸不断减小，这就对贴片机的贴装精度要求越来越高[1-2]。影响贴片机贴装精度的因素主要有：（1）PCB板在贴片机上的定位精度；（2）贴片机X轴、Y轴的进给精度；（3）贴片机各轴回零的精度等。其中贴片机X轴、Y轴的进给精度和贴片机各轴回零的精度等因素可以通过采用较高精度的机械系统和控制系统来改

3、善。但是对于仅依靠机械夹紧装置来提高PCB板在贴片机上的定位精度是不够的。目前中高档贴片机已通过加入机器视觉系统来检测PCB板在贴片机上的定位情况并对贴装位置进行修正，以最终提高贴片机的贴装精度[3-4]。在贴片机的机器视觉系统中，通过检测PCB板上的定位基准点（Mark点）的位置，根据Mark点的位置情况来分析PCB板在贴片机上的定位情况，同时求得目前定位情况与理想定位情况下的误差，在贴片机进行贴装时根据该误差对贴装位置进行修正，从而保证贴装精度要求。该文主要利用图像处理技术对PCB板上圆Mar

4、k点的定位方法进行研究。1PCB板上贴装点校准原理1.1Mark点简介PCB板上的Mark点是PCB的定位标识，又称为基准点，常分布在PCB板上的对角线位置上，为贴片机工艺流程中的所有步骤提供共同的位置基准，是贴片机顺利精确地完成贴装任务的重要保证。常见的Mark点形状有圆形、菱形、三角形和十字形等[5]。该文主要研究圆形Mark点。1.2贴装点校准原理8理想情况下，当PCB板到达贴片机上的定位位置时，如图1中虚线所示。但是由于受机械定位装置精度和PCB板进板速度等因素的影响，实际情况下PCB板定

5、位后会相对于理想定位位置产生偏移和旋转，如图1中实线所示。那么，相应的PCB板上的贴装位置也会发生变化。因此，就需要通过检测定位PCB板上Mark点的位置来对贴标位置进行修正。如图2所示，以[P1]点作为基准，建立坐标系[x0y0]，以[P1’]点为基准，建立坐标系[x1y1]和坐标系[x2y2]。可以求得在坐标系[x0y0]中，[P]点的相对坐标为[P（xr，yr）]，[P’]点的相对坐标为[P’（xr’，yr’）]，其中[xr=x-x1]，[yr=y-y1]，[xr’=x’-x1]，[yr’=

6、y’-y1]。那么从[P]点到[P’]点，可以看作通过两次坐标系的变换得到：（1）通过坐标平移变换，将坐标系[x0y0]平移至坐标系[x1y1]；（2）通过坐标旋转变换，将坐标系[x1y1]旋转[θ]角至坐标系[x2y2][6]。考虑到计算的方便性，可以先进行坐标旋转变换再进行平移变换。最终可以求得[P’（x’，y’）]的坐标，推导过程如下。经坐标旋转和平移后得到[P’]点的相对坐标：[xr’yr’1=10x001y0001cosθ-sinθ0sinθcosθ0001xryr1]（1）[xr’yr

7、’1=xrcosθ-yrsinθ+x0xrsinθ+yrcosθ+y01]（2）其中，[x0=x1’-x1]，[y0=y1’-y1]。[x’y’1=xr’yr’1+x1y11]（3）8最后根据公式（3）求得贴装点[P’]点的机械坐标为：[x’y’1=xrcosθ-yrsinθ+x1’xrsinθ+yrcosθ+y1’1]（4）中[θ=θ0-θ1]；[θ0=arctany2-y1x2-x1；θ1=arctany2’-y1’x2’-x1’][θ=arctany2-y1x2-x1-arctany2’-y

8、1’x2’-x1’]（5）2PCB板上圆Mark点定位方法常用的圆形Mark点的检测方法主要有Hough变换，曲线拟合，边缘检测和模板匹配等[7]。Hough变换和曲线拟合具有检测可靠性高以及在噪声、变形、甚至部分区域丢失的状态下仍可以取得理想的检测效果的特点。但是此类方法的计算量较大，检测速度较慢，难以满足贴片机实时检测Mark点的生成要求。本文主要研究模板匹配和边缘检测方法，并将两者相结合，在保证Mark点检测精度的同时尽可能地减少Mark点的检测时间。2.1基于模板匹配的Ma