全自动锡膏印刷机高精密视觉对位技术研究与应用

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锡膏印刷作为表面贴装技术(Surface Mounted Technology,SMT)的第一道工序,锡膏印刷的品质对整个产品的质量起到关键性的作用。随着电子产品向着轻便化、小巧化和高稳定性方向发展,表面贴装电子元器件也必然朝着微型化、高集成度、超薄化方向发展。元器件的尺寸越来越小,这也要求锡膏印刷机的印刷精度不断提升。本研究以全自动锡膏印刷机为对象,结合实际生产,为了提高锡膏印刷机的精度,研制了一套锡膏印刷机对位平台的视觉系统,提出了一种新的对位标记点(Mark)的匹配定位算法以及构建了锡膏印刷机对位平台的纠偏模型。(1)研制了一套锡膏印刷机的视觉系统,重点研制了一台FPGA工业智能相机,该相机能够实现单帧/连续采集、软/硬触发、图像预处理等功能并能够以60帧每秒输出30万像素的清晰图像,满足锡膏印刷机的应用要求。根据各项实际性能技术指标要求,定制加工了视觉处理机,同时编写了视觉系统中视觉处理算法库的软件框架。(2)针对锡膏印刷机对位过程中电路板以及钢网Mark点的定位问题,提出了一种新的基于局部灰度序列特征的广义霍夫变换匹配算法。利用灰度值的相对大小关系作为边缘点的特征,构建查找表,进行投票定位目标物体。详细阐述了算法的开发流程。(3)构建锡膏印刷机对位平台的纠偏模型,建立了四个坐标系用来表示平台各部分的位置关系,为了明确各坐标系之间的关系,对相关坐标系进行了转换。建立UVW平台的运动模型,对UVW平台进行运动学分析,推导出平台的运动学公式,并最终得到平台纠偏量的计算公式。同时对平台对位系统的误差进行了分析。(4)对本文提出的基于广义霍夫变换的局部特征匹配算法进行精确度测试,通过对比试验验证其鲁棒性。在东莞凯格公司生产的锡膏印刷机上进行印刷精度测试,实验结果表明,使用本文研制的视觉系统、匹配算法以及纠偏模型,使锡膏印刷机整机的印刷精度由±0.025mm提高到±0.02mm,对锡膏印刷机行业发展有重要的应用价值。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
1 绪论第9-16页
    1.1 课题来源第9页
    1.2 研究背景、目的与意义第9-10页
    1.3 全自动锡膏印刷机国内外研究现状第10-14页
    1.4 本文主要研究内容及组织结构第14-16页
2 锡膏印刷机工作原理说明及视觉对位平台模型建立第16-24页
    2.1 锡膏印刷机工作原理第16-17页
    2.2 视觉对位平台模型构建第17-23页
    2.3 本章小结第23-24页
3 对位平台视觉系统研制第24-37页
    3.1 视觉系统组成第24页
    3.2 FPGA工业智能相机研制第24-34页
    3.3 视觉处理机选型定制第34-35页
    3.4 图像处理算法库软件框架设计第35-36页
    3.5 本章小结第36-37页
4 基于局部灰度序列特征的模板匹配算法研究第37-51页
    4.1 图像预处理第38-40页
    4.2 局部灰度序列特征提取第40-42页
    4.3 构建查找表第42-44页
    4.4 在线投票定位目标第44-50页
    4.5 本章小结第50-51页
5 对位平台运动模型求解第51-70页
    5.1 视觉对位平台各坐标系的建立第51-55页
    5.2 坐标系转化第55-61页
    5.3 平台运动调整量计算第61-65页
    5.4 结果评价及误差分析第65-69页
    5.5 本章小结第69-70页
6 应用测试第70-83页
    6.1 局部灰度序列特征匹配算法精确度验证第70-75页
    6.2 视觉对位平台调整精度测试第75-82页
    6.3 本章小结第82-83页
7 总结与展望第83-85页
    7.1 全文总结第83-84页
    7.2 未来展望第84-85页
致谢第85-86页
参考文献第86-90页
附录 攻读硕士学位期间申请专利与投稿论文第90页
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