贴片机视觉系统构成原理及其视觉定位
半导体贴片机的结构原理
半导体贴片机的结构原理
半导体贴片机是一种用于将半导体元器件（如集成电路、二极管、三极管等）贴附到电路板上的自动化设备。
其结构原理包括以下几个部分：
1. 输送系统：半导体元件通常以卷带的形式供应，输送系统主要用于将卷带中的元件分离并传送到贴片区域。
输送系统通常由供料轮、分离轮、传送带等组成。
2. 传感系统：传感系统用于检测贴片区域是否有无元件、元件位置是否准确等信息。
传感系统通常采用光电传感器、激光传感器等。
3. 位置校准系统：位置校准系统用于确保贴附到电路板上的元件位置准确。
位置校准系统通常包括视觉定位系统和机械定位系统。
视觉定位系统通过摄像头或激光扫描仪等设备来检测电路板上的参考点，然后通过图像处理算法来确定元件的准确位置。
机械定位系统则通过精密的导轨和定位装置来确保元件的精准贴附。
4. 贴附系统：贴附系统用于将元件粘附到电路板上。
通常使用真空吸盘来吸起元件，然后通过运动轨迹控制将元件准确贴附到电路板上，并使用热风或红外线加热等方式将元件与电路板焊接。
5. 控制系统：控制系统用于控制整个贴片机的运行。
通常采用微控制器或PLC 等控制器来完成元件供料、位置校准、贴附等动作的控制，并与操作面板、传感器等进行连接。
综上所述，半导体贴片机的结构原理是通过输送系统将元件供应到贴片区域，通过传感系统检测元件信息，通过视觉定位和机械定位系统确定元件位置，然后通过贴附系统将元件粘附到电路板上，并通过控制系统进行整个贴片过程的控制。
贴片机光学定位原理
贴片机光学定位原理
贴片机光学定位原理是指贴片机利用光学系统来实现对电子元件的定位。
贴片机的光学系统包括镜头、灯光、CCD等。
镜头主要用于聚焦，灯光主要用于照明，CCD则是用来接受反射光线并将其转换成信号。
在贴片机工作的过程中，镜头将焦点对准元件，灯光提供足够的照明，CCD不断接受反射光线并将其转换成数字信号，通过计算机处理，最终实现对元件的精准定位。
贴片机光学定位原理的优点是定位精度高，适用于各种不同的元件尺寸和形状，能够提高贴片机的生产效率和质量。
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贴片机校正原理及定位体系大纲
第一章：定位坐标体系 1.1 原点(机器原点,程序零点,拼板原点,单板原点,坐标位置) X=X(主挡）＋ 1.2 定位顺序(找到焊盘,找到FEEDER) 1.3 每片板的定位(MARK点) 1.4 运用(保证初始坐标) 第二章：轴定位 1.1 轴/光栅尺/伺服马达 1.2 马达的运动轨迹(振荡到位)
第二章：校正原理 2.1 为什么需要校正(机械磨损,偏差) 2.2 局限性(软件补偿,调整细微偏差) 2.3 校正方法(给定标准位置,计算偏差.) 2.4 运用
驱动卡
计算机
控制卡Leabharlann 马达BLOCK2BLOCK1
PCB原点 程序原点
机器原点
BLOCK1
PCB原点 程序原点
机器原点
丝杆 轨道
贴片机视觉系统
. 随着电子设备对小型,轻型,薄型和可靠性的需求,促使各种新型器件特别是细微间距器件得到迅速发展,被越来越多的用在各类电子设备上,于是对SMT中的关键设备----贴片机的贴片精度提出了更高的要求.本文从应用角度对FUJI(主要是IP3和CP6)和SIEMENS(S80F)贴片机的视觉系统进行了详细对比.1,机器视觉系统的原理贴片机视觉系统是以计算机为主体的图象观察,识别和分析系统.它主要采用摄象机为计算机感觉的传感部件,或称探测部件.摄象机感觉到在给定视内目的物的光强度分布,然后将其转换成模拟电信号,再通过A/D转换器被数字化成离散的数值,这些数值表示视野内给定的平均光强度,这样得到的数字影象被规则的空间网格覆盖,每个网格叫做一个像元.显然,在像元阵列中目的物影象占据一定的网格数.计算机对包含目的物数字图象的像元阵列进行处理,将图象特征与事先输入计算机的参考图象进行比较和分析判断,根据其计算结果计算机向执行机构发生指令.在机器视觉系统中灰度分辨率.灰度值法是用图象多级亮度来表示分辨的大小,灰度分辨率规定在多大的离散值是机器给定的测量光强度,需要处理的光强越小,灰度分辨率就越高.2,视觉系统的构成贴片机视觉系统由视觉硬件和软件组成.硬件一般由影象探测,影象存储和处理以及影象显示3部分组成.摄象机是视觉系统的传感部件,用于贴片机的视觉采用固态摄象机,CCD摄象机.固态摄象机的主要部分是一块集成电路,集成电路芯片上制作有许多细小光敏元件组成的CCD阵列,每个光敏元件输出的电信号与被观察目标上相应反射光强度成反比,这一电信号作为一像元的灰度被记录下来.象元件坐标决定了该点在图象中的位置.摄象机获取大量信息有微处理机处理.处理结果由工业电视显示.摄象机与微处理机,微处理机与执行机构及显示器之间有通讯电缆连接,一般采用RS232串行通讯接口.3,视觉系统的精度影响视觉系统精度的主要因素是摄象机的像元数和光学放大倍数.摄象机的像元数越多,精度就越高;图象的放大倍数越高,精度就越高.因为图象的光学放大倍数越大,对于给定面积的象元数就越多,所以精度就越高.在FUJI的IP3上,在贴脚宽0.15MM的器件时就采用了精密的需要.不过,放大倍数过大,寻找器件更加困难,容易丢件,降低了帖装率.所以要根据实际需要选择合适的光学放大倍数.4,FUJI和SIEMENS视觉系统的比较1,PCB的精确定位FUJI的IP和CP均有一个专用的MARK CAMERA,用来获取PCB上的标是点位置,大小和形状,读取中心位置.在PCB进行定位时,PCB上需要至少2个表示点(基于X,Y TABLE水平的状态下)依次围绕每个表示点中心,在一定范围内搜索,如未发现目标,就扩大搜索范围(程序中可设定).确定表示点位置后,与程序中的坐标比较,判断的出偏差,具体反映在X,Y,Q3个值只能感，然后来修正贴装坐标,SIEMENS也大致相同.2,器件检测和定心FUJI使用一大一小2个摄象机进行不同元件的识别和对中,同时执行检测功能.对于不同的器件使用不同的照射方式,J型脚(PLCC,SOJ,BGA)采用前灯(FRONTLIGHT)照射方式,其他采用后灯方式.帖装头上的吸嘴在有程序指定FEEDER位置吸取器件,吸取要尽量在器件的中心点上,特别是对于PLCC84等较大的器件,这一点很必要,否则在图象处理时,常常通不过.吸取到了一确定位置上,获取元器件的形状图象后,通过特殊的算法(因器件而已)获取边缘数据,得出中心位置,与程序内的数据比较,得出X,Y.Q的偏差值,给去校正数据的同时,执行如下各项检测功能:实际器件与PART DATA所描述的器件有否偏差9(封装:包括引脚树,引脚位置,引脚长度,外型大小),引脚有无歪曲,引脚的共面性,以及极性检测等.贴片机在执行检测功能时,将被检测器件的各项特征与存储的封装器件进行比较,如果同不过检测,则可能器件封装出错,或者料上错,或者器件有缺陷,系统就会令贴装头将器件送入抛料盒.FUJI提供了工业CRT显示器可观察器件的图象通过机器上的现场控制台,可手动操作,获取真实器件的图象,有多种方式可检查器件程序内的封装和实际的差别,CRT能提示哪里出错了(BUG),在出错时屏幕还提供了错误代码,方便于分析产生错误的原因,并提供修改的建议.在视觉软件中,对不同的器件有不同的VISION TYPE,这就是不同的图象处理算法,对不同器件的引脚有不同的灰度解决方案,对引脚有不同的照射顺序,可对引脚树进行验证,对于有极性的器件还可进行极性检测,体现了贴篇机的适应性大小.SIEMENS80F4也是属于多功能机,她有2组贴片头,分别是旋转头和IC头,前者有12个贴片头组成,最大可以贴装PLCC44,而IC头可以贴装到55MM855MM的器件.SIEMENS有3个CAMERA,分别是PCB,COMPONENT和IC,PCB主要是用来对照机器上的标志点和PCB上的标志点的.COMPONENT位于旋转头的上方,用来对小器件进行光学对中,调整贴片位置,而IC则主要是对大器件进行光学对中.SIEMENS有3种主要的照相方式,分别是放块器件(比如一般的CHIP元件)SO器件,BGA.在对CHIP元件进行光学对中时,只有平行光,只对器件的边缘进行确认,从而找到器件的中心,算出贴片机需要调整的误差.而队SO类器件进行光学对中的同时,还要对各个管脚的相对位置进行检测,每一个焊球进行检测,位置和焊球的亮度都是检测内容.SIEMENS叫FUJI在对PLCC进行图象处理有明显的优势,主要原因是FUJI的光源是平行光,对于J型管脚的处理结果就是一样,只对J型管脚的最下端有反射.相比较而言,SIEMENS的光源有侧光,对J型管脚的斜面也有反射图象,能对PLCC进行比较全面的光学检测.SIEMENS在贴装PLCC上也有优势,而且侧光在对BGA进行光学检测时也起着重要的作用.5,结语在对FUJI和SIEMENS的视觉系统的比较中,我们更深的认识了贴片机的图象处理技术,可以看出,高精度贴片机综合了计算机,光,电子,自动控制等多种现代高科技技术,随着这些技术日新月异的发展,贴片机会向着更高速,更高精度,更强功能的方向发展.把使用贴片机的心得撰成此文,希望与从事SMT贴片工作的同仁更多的互相交流,达到互相提高的目的.。
自动贴片机工作原理
自动贴片机工作原理
自动贴片机是一种用于电子元器件表面粘贴的设备。
其工作原理包括以下几个步骤。
首先，将待粘贴的电子元器件放置在一个料盘或者一个进料口中。
这些元器件通常是以细小的芯片形式存在，如电阻、电容、晶体管等。
然后，料盘或进料口会将元器件送入到机器的工作区域。
工作区域包括一个移动的平台，上面附有粘贴机构。
接着，机器会使用一个视觉系统来检测元器件的位置和方向。
视觉系统通常包括一个高分辨率的摄像头和图像处理算法。
通过分析待贴片元器件的特征，机器能够准确地确定其位置和方向。
然后，粘贴机构会使用一个真空吸盘将元器件吸附在其底部。
吸盘的设计能够确保元器件的牢固吸附，以便在后续的操作中保持其位置不变。
最后，粘贴机构会将元器件移动到粘贴位置并将其粘贴在目标位置上。
通常，这是通过将元器件轻轻按压在目标位置上来实现的。
整个过程是自动完成的，由机器内部的控制系统进行控制和协调。
这种自动化的过程可以大大提高生产效率和质量，并减少人力成本。
贴片机的技术和原理
贴片机的技术和原理贴片机是一种用于电子产品生产中的自动化设备，其主要功能是将电子元器件精确地贴装在电路板上。
贴片机的技术和原理涉及到多个方面，包括机械结构、图像处理、自动控制等。
一、机械结构贴片机的机械结构是实现元器件精确贴装的基础。
通常，贴片机由进料装置、传送装置、贴装头、图像识别系统和控制系统等组成。
1. 进料装置：进料装置用于将元器件从供料器中取出并送入传送装置。
常见的进料装置有震盘供料器和带轮供料器等。
2. 传送装置：传送装置用于将元器件从进料装置运送到贴装头的位置。
传送装置通常采用传送带或者线性导轨等方式。
3. 贴装头：贴装头是贴片机的核心部件，负责将元器件精确地贴装在电路板上。
贴装头通常包括吸嘴、吸嘴更换装置和吸嘴控制装置等。
4. 图像识别系统：图像识别系统用于对电路板上的位置标记或图案进行识别，以确定元器件的贴装位置。
常见的图像识别技术包括CCD摄像头和光源等。
5. 控制系统：控制系统是贴片机的核心，用于控制整个贴装过程。
控制系统通常包括运动控制、图像处理和数据处理等模块。
二、图像处理贴片机的图像处理技术主要用于元器件的识别和定位。
在贴装过程中，贴片机通过拍摄电路板上的位置标记或图案，利用图像处理算法来识别元器件的贴装位置。
1. 图像采集：贴片机通过CCD摄像头对电路板进行图像采集。
采集到的图像包含了电路板上的位置标记和图案等信息。
2. 图像预处理：图像预处理是对采集到的图像进行预处理，以提高后续图像处理的准确性和效率。
常见的图像预处理技术包括灰度化、二值化、滤波和边缘检测等。
3. 特征提取：特征提取是图像处理的关键步骤，通过对图像进行特征提取，可以确定元器件的贴装位置。
常见的特征提取技术包括边缘检测、角点检测和模板匹配等。
4. 定位算法：定位算法是根据特征提取的结果，对元器件的贴装位置进行计算。
常见的定位算法包括模板匹配算法、最小二乘法和神经网络等。
三、自动控制贴片机的自动控制技术用于实现贴装过程的自动化。
高速贴片机结构与原理
高速贴片机结构与原理高速贴片机是一种用于电子元器件自动贴装的设备。
它以高速、高精度和高效率的特点广泛应用于电子制造行业。
本文将从结构和原理两个方面介绍高速贴片机的工作原理和组成部分。
一、结构高速贴片机主要由进料系统、定位系统、贴装系统和控制系统组成。
1. 进料系统：进料系统用于将电子元器件供给到贴装机的工作区域。
它通常包括供料器和进料传送带。
供料器负责将元器件从料盘或管道中取出，并通过进料传送带将其输送到贴装区域。
2. 定位系统：定位系统用于确定元器件在贴装区域的位置。
它通常包括视觉定位系统和机械定位系统。
视觉定位系统通过摄像头和图像处理算法实现对元器件位置的精确定位。
机械定位系统则通过传感器和精密导轨等装置实现对元器件位置的控制。
3. 贴装系统：贴装系统是高速贴片机的核心部分，用于将电子元器件精确地贴装到PCB板上。
贴装系统通常包括贴装头、压力控制装置和贴装平台。
贴装头负责将元器件从供料器中取出，并将其精确地贴装到PCB板上。
压力控制装置用于控制贴装头的压力，以保证贴装的稳定性。
贴装平台则提供一个稳定的工作台面，使贴装过程更加精确。
4. 控制系统：控制系统是高速贴片机的大脑，用于控制整个贴装过程。
它通常由计算机和PLC控制器组成。
计算机负责处理图像信息、控制贴装头的运动和监控贴装过程。
PLC控制器则负责控制进料系统、定位系统和贴装系统的运行。
二、原理高速贴片机的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1. 元器件供给：进料系统将电子元器件供给到贴装区域。
2. 定位检测：定位系统对元器件进行定位检测，确定其在贴装区域的位置。
3. 贴装操作：贴装系统根据定位信息，通过贴装头将元器件从供料器中取出，并精确地贴装到PCB板上。
4. 焊接固定：在贴装完成后，PCB板经过传送带运送到焊接区域，焊接机器对元器件进行焊接，固定在PCB板上。
5. 检测和排除故障：贴装过程中，控制系统会对贴装质量进行检测，如果发现贴装错误或故障，会及时进行排除。
besi贴片机定位原理
besi贴片机定位原理
贴片机是一种用于电子元件贴片的自动化设备，其定位原理涉
及到多个方面。
首先，贴片机通常配备了视觉系统，通过相机和图
像处理软件对PCB板上的元件进行识别和定位。
这种视觉定位原理
利用相机拍摄PCB板上的元件图像，然后通过图像处理软件识别元
件的位置、方向和尺寸，从而精确定位元件的贴合位置。
其次，贴片机还可以采用机械定位原理，通过精准的机械结构
和运动控制系统，将贴片头精确移动到元件需要贴附的位置。
这种
机械定位原理通常涉及到高精度的导轨、螺杆传动和伺服控制系统，确保贴片头能够准确地定位到目标位置。
另外，一些先进的贴片机还可能采用激光定位原理，通过激光
传感器对PCB板和元件进行扫描和测量，实现精确的定位。
激光定
位原理可以提供更高的定位精度和稳定性，特别适用于对定位精度
要求较高的应用场景。
除了上述几种常见的定位原理外，还有一些贴片机可能会结合
多种定位技术，如视觉定位和机械定位相结合，以实现更高的定位
精度和可靠性。
总的来说，贴片机的定位原理是多种技术的综合应用，以实现对电子元件的精确贴附和定位。
贴片机结构及原理分析课件
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贴片机结构及原理分析课件
此外，现代的贴片机在传动结构（Y轴方向由单 丝械向双丝杠发展）；元件的对中方式（由机械 向激光向全视觉发展）；图像识别（采用高分辨 CCD）；BGA和CSP的贴装（采用反射加直射 镜技术）；采用铸铁机架以减少振动，提高精度， 减少磨损；以及增强计算机功能等方面都采用了 许多新技术，使操作更加简便、迅速、直观和易 掌握。
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贴片机结构及原理分析课件
空间分辨率是指CCD分辨精度的能力，通常用像元素来 表示，即规定覆盖原始图像的栅网的大小，栅网越细， 网点和像元素越高，说明CCD的分辨精度越高。采用高 分辨率CCD的贴片机其贴装精度也较高。
但通常在分辨率高的场合下，CCD能见到的视野小 （Frame），而大视野的情况下则分辨率较低，故在高 速/高精度贴片机中装有两种不同视野的CCD。在处理高 分辨率的情况下采用小视野CCD，在处理大器件时则使 用大视野CCD。
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贴片机结构及原理分析课件
4．CCD的光源
为了配合贴片机贴好BGA和CSP之类的新型器 件，在以往的元件照明（周围、同轴）基础上增 加了新型的BGA照明。所谓的BGA照明是LED 比以往更加水平，早期的照明装置能同时照亮焊 球与元件底部，故难以将它们区别开来，改进后 的照明系统，当LED点亮时，仅使BGA元件的 焊球发出反光，从而能够识别球删的排列，增加 可信度
3．CCD的分辨率
光学系统采用两种分辨率——灰度值分辨率和空间分 辨率。
灰度值分辨率是利用图像多级亮度来表示分辨率的方 法，机器能分辨给定点的测量光强度，所需光强度越小， 则灰度值分辨率就越高，一般采用256级灰度值，它具 有很强的精密区别目标特征的能力。而人眼处理的灰度 值仅在50～60左右，因此机器的处理能力远高于人眼的 处理能力。
基于机器视觉的贴片机定位算法研究
摘要贴片机作为表面贴装系统（SMT）的核心设备之一，其融合了机械、控制、信息、视觉等多门学科技术。
由于其高速、高精度、低成本等优点而被广泛使用在尖端电子科技产品生产过程中，并被“中国制造2025”计划专项列入装备制造核心发展技术之一。
而贴片机视觉系统作为贴片机的一个重要控制输入环节，它直接影响着贴片机系统的贴装速度和贴片精度。
本文围绕着实现一个完整贴片机视觉系统展开研究。
论文依据企业项目要求，软件平台搭建于Windows系统与OpenCV视觉图像库，采用Python作为算法主语言进行算法实验。
设计和构建贴片机视觉硬件实验平台，实现对贴片芯片以及PCB板图像采集与图像数据传输功能。
具体研究内容如下：1.确定了贴片机视觉系统硬件方案。
根据项目的检测精度要求以及实际贴片时的运动范围估计，为视觉系统的上视和下视拍照系统确定相机参数，选取匹配的镜头，并类比不同光源照射下所取图像的质量从而确定光源的参数。
2.针对LQFP48和SOP16芯片的高精度检测，提出了一种基于欧式距离判定去倒角的改进多线性拟合边缘定位算法。
采用对原有的多线性拟合过程进行算法改进，分析多线性拟合算法在芯片边缘定位过程中芯片倒角的缺失对拟合结果的影响，因此在拟合之前加入了欧式距离判定去倒角算法。
改进算法不仅能提高算法的定位精度还提高了拟合算法的抗噪声能力。
3.针对PCB板Mark点识别和精准定位，提出一种基于凹凸性缺陷检测的最小二乘圆拟合轮廓中心定位算法。
该算法在原有的拟合算法上做出改进，分析Mark点被污染时原拟合算法拟合中心与实际轮廓中心出现偏差的情况，通过判断出轮廓的缺陷方向并在其缺陷方向进行拟合中心偏移量补偿提高了Mark点定位精度，且由于考虑到Mark点信息丢失等情况提高了算法的抗噪声能力。
4.求解相机的内外参数。
针对相机失真导致采集到的图像存在畸变，影响贴装精度的问题，采用张正友标定法对相机进行标定，求解出上视和下视相机的内外参数，从而实现纠偏。
smt贴片机工作原理
smt贴片机工作原理
贴片机是一种自动化设备，用于在电子产品制造过程中将SMT（表面贴装技术）元器件精确地贴装到PCB（印刷电路板）上。
其工作原理如下：
1. 材料准备：首先，需要准备SMT元器件和PCB，这些元器件通常以卷带、盘或托盘的形式供应。
PCB则通过传输系统输送到贴片机工作区域。
2. 自动进料：贴片机通过传送带将元器件自动送入工作区域。
通常，这个过程包括将元器件从卷带或盘上剪切下来，并对其进行定位和校准，以确保其正确放置。
3. 识别和定位：在将元器件投入到PCB上之前，贴片机会使用视觉系统或其他传感器来识别元器件的位置和方向。
这些系统能够准确地检测元器件的位置和角度，并将其与PCB上的精确位置进行对齐。
4. 贴装操作：一旦元器件的位置和方向被准确定位，贴片机便会采取适当的方法将其粘贴到PCB上。
这个过程可能涉及到采用真空吸盘将元器件抓取，再通过设备上的喷射嘴或其他机械装置精确地放置到相应的PCB位置上。
5. 焊接：一旦元器件被正确贴装到PCB上，接下来就是进行焊接过程，以确保元器件和PCB之间的电气连接。
这个过程可能包括热风或电熔的焊接技术，具体方法取决于元器件的类型和料号。
6. 检验和修复：完成焊接后，PCB会经过各种检查和测试设备来确保元器件的贴装质量。
如果检测到任何错误或缺陷，可以在此阶段进行修复或重新贴装。
通过这样的自动化工作流程，贴片机能够高效地实现大规模的SMT元器件贴装，大大提高了电子产品制造的生产效率和贴装质量。
贴片机的技术和原理
贴片机视觉系统构成原理及其视觉定位1 贴片机视觉系统构成及实现原理如图1所示，贴片机视觉系统一般由两类CCD摄像机组成。
其一是安装在吸头上并随之作x－y方向移动的基准（MARK）摄像机，它通过拍摄PCB上的基准点来确定PCB板在系统坐标系中的坐标；其二是检测对中摄像机，用来获取元件中心相对于吸嘴中心的偏差值和元件相对于应贴装位置的转角θ。
最后通过摄像机之间的坐标变换找出元件与贴装位置之间的精确差值，完成贴装任务。
1.1 系统的基本组成视觉系统的基本组成如图2所示。
该系统由三台相互独立的CCD成像单元、光源、图像采集卡、图像处理专用计算机、主控计算机系统等单元组成，为了提高视觉系统的精度和速度，把检测对中像机设计成为针对小型Chip元件的低分辨力摄像机CCD1和针对大型I C的高分辨力摄像机CCD2，CCD3为MARK点搜寻摄像机。
当吸嘴中心到达检测对中像机的视野中心位置时发出触发信号获取图像，在触发的同时对应光源闪亮一次。
1.2 系统各坐标系的关系为了能够精确的找出待贴元件与目标位置之间的实际偏差，必须对景物、CCD摄像机、CCD成像平面和显示屏上像素坐标之间的关系进行分析，以便将显示屏幕像素坐标系的点与场景坐标系中的点联系起来；并通过图像处理软件分析计算出待贴元件中心相对于吸嘴中心的偏差值。
对于单台摄像机，针孔模型是适合于很多计算机视觉应用的最简单的近似模型[3]。
摄像机完成的是从3D射影空间P3到2D射影空间P2的线性变换，其几何关系如图3所示，为便于进一步解释，定义如下4个坐标系统：（1）欧氏场景坐标系（下标为w）：原点在OW，点X和U用场景坐标系来表示。
（2）欧氏摄像机坐标系（下标为c），原点在焦点C＝Oc，坐标轴Zc与光轴重合并指向图像平面外。
在场景坐标系和摄像机坐标系之间存在着唯一的关系，可以通过一个平移t和一个旋转R构成的欧氏变换将场景坐标系转化为摄像机坐标。
其关系如式（1）所示：（3）欧氏图像坐标系（下标为i），坐标轴与摄像机坐标系一致，Xi和Yi位于图像平面上，Oi像素坐标系的坐标为（xp0，yp0）。
贴片机基准点定位视觉系统关键技术分析
摘要摘要贴片机视觉系统目前高性能贴片机最关键的系统之一，其性能直接影响到的贴片机的贴装精度和速度。
而基准点定位子系统对于整个视觉系统的初始化，标定，以及机械加工误差的补偿有着至关重要的作用，其定位精度和速度直接制约着整个视觉系统。
针对课题组的贴片机研制工作，本文对贴片机视觉系统的基准点定位子系统进行了研究。
主要进行了以下研究工作：根据贴片机的需求，确定了本文的待检测目标基准点，分别是圆形、矩形、菱形、三角形、十字形、双矩形、蝶形和井形基准点。
通过分析这些基准点特征，确定了获取基准点边缘像素的过程。
先使用OTSU算法对图像进行二值化分割，然后对二值图像进行基于形态学的轮廓检测，确定基准点目标的感兴趣区域，然后再使用Canny算子检测基准点边缘。
提出了根据图像特征自适应选择Canny算子阈值的方法，实验结果表明该方法对光线变化具有很好鲁棒性。
提出了基于边缘曲线特征的检测算法。
先使用Hough变换算法提取Canny 边缘点构成的圆或直线。
通过对比分析各种Hough变换算法的性能，选择了改进的概率Hough变换算法，提出了Hough变换参数选择的方法。
针对直线形基准点中检测到的重复边缘直线问题，提出了改进的分级聚类的方法用于合并重复边缘直线。
最后通过拟合来得到基准点的边缘曲线的方程以及中心位置。
实验结果表明，该算法对于一般的孤立干扰，噪声点具有良好的鲁棒性，执行时间在10ms以内；但是对于边缘受到遮挡的直线形基准点，该算法检测可能失败。
提出了基于基准点模型的检测算法。
分析了每种类型基准点所需参数，确定了对应基准点模型的参数向量。
提出了基于均值Hausdorff距离的匹配准则用以表征待检测目标和模板的相似程度。
提出了基于距离变换的匹配相似度的计算方法，解决了需要不断重复计算目标和模板的均值Hausdorff距离的问题，有效的减少了计算量。
提出了基于粒子群优化算法和图像金字塔结构的模板匹配过程，有效的降低了匹配时间。
贴片机的结构与特性
贴片技术与贴片机SMT生产中的贴片技术通常是指用一定的方式将片式元器件准确地贴放到PCB指定的位置,这个过程英文称之为“Pick and Place”，显然它是指吸取 /拾取与放置两个动作。
在SMT初期，由于片式元器件尺寸相对较大，人们用镊子等简单的工具就可以实现上述动作，至今尚有少数工厂仍采用或部分采用人工放置元件的方法。
但为了满足大生产的需要，特别是随着SMC/SMD的精细化，人们越来越重视采用自动化的机器--贴片机来实现高速高精度的贴放元器件。
近30年来，贴片机已由早期的低速度（1-1.5秒/片）和低精度（机械对中）发展到高速（0.08秒/片）和高精度（光学对中，贴片精度+-60um/4δ）。
高精度全自动贴片机是由计算机、光学、精密机械、滚珠丝杆、直线导轨、线性马达、谐波驱动器以及真空系统和各种传感器构成的机电一体化的高科技装备。
从某种意义上来说，贴片机技术已经成为SMT的支柱和深入发展的重要标志，贴片机是整个SMT 生产中最关键、最复杂的设备，也是人们初次建立SMT生产线时最难选择的设备。
本章将着重讨论贴片机的主要结构，工作原理，各类贴片机的主要特点以及IPC最新推出的贴片机验收标准，为选购及组织验收贴片机提供依据。
9.1贴片机的结构与特性目前，世界上生产贴片机的厂家有几十家，贴片机的品种达几百个之多，但无论是全自动贴片机还是手动贴片机，无论是高速贴片机还是中低速贴片机，它的总体结构均有类似之处。
贴片机的结构可分为:机架，PCB传送机构及支撑台X，Y 与Z/θ伺服，定位系统，光学识别系统，贴片头，供料器，传感器和计算机操作软件。
现将上述各种结构的特征及原理简介如下。
9.1.1 机架机架是机器的基础，所有的传动、定位、传送机构均牢固地固定在它上面，大部分型号的贴片机及其各种送料器也安置在上面，因此机架应有足够的机械强度和刚性。
目前贴片机有各种形式的机架，大致可分为两类。
1. 整体铸造式整体铸造的机架的特点是整体性强，刚性好，整个机架铸造后采用时效处理，机架的变形微小，工作时稳固。
贴片机视觉系统的研制
贴片机视觉系统的研制newmaker摘要：随着微型和密间距片式电子元件的广泛应用，电子产品的制造商在贴装精度与速度方面对贴片机提出了更高的要求。
因此，机器视觉系统在贴片机中被普遍采用。
贴片机视觉系统主要实现两类功能：对PCB板的Mark识别，从而实现坐标转换；对贴片元件识别、检测、对中，从而实现元件的正确贴装。
其组成可以分为硬件部分和软件部分。
硬件部分的主要功能是获取高质量的图像；软件部分的主要功能是完成高精度高速度的算法。
关键词：视觉系统贴片机LED光源传统贴片机是使用的机械对中装置，由于其不可靠和容易损伤元件的缺点，现在已经遭到淘汰，目前的贴片机都使用激光对中或视觉对中。
针对片式电子元件的管脚越来越密、体积越来越小的发展趋势，要想精确地贴装就必须考虑如下因素：（1）PCB板的定位误差；（2）元器件的定心误差：（3）贴片机本身的运动误差。
如果将影响贴装精度的这些因素累积在一起，就难以实现对细间距元器件的精确贴装。
单纯地用机械方式对PCB板定位和对元器件定心，不能满足贴装细间距元器件的精度要求。
另外，虽然贴装误差与机器本身的运动误差紧密相关，但是，即使机器本身的运动精度再高，也难以保证贴装细间距元器件的精度要求。
几年前，行业内可接受的精度标准还是0．1 mm（chip元件）和0．05mm（密间距元件）。
现在，这个标准已经缩减到0．05mm（chip元件）和0．025mm（密间距元件）的趋势。
因此，必须使用机器视觉系统，才能实现这样高的精度要求。
1 贴片机视觉系统1.1 贴片机视觉系统的硬件组成视觉系统硬件主要由：动摄像机、静摄像机、LED光源、图像采集卡和工业PC组成。
静摄像机用于元件的识别、检测、对中。
动摄像机与贴装头本体联动用于学习元器件的贴放位置和取料位置，检查贴装效果或质量。
摄像机将获取的图像传送到采集卡，由工业PC 控制图像采集卡完成图像采集，并将视频信号与工业PC输出的视频合成后送到显示器显示。
贴片机工作原理
贴片机工作原理
贴片机是一种用于表面贴装(SMT)的自动化设备，其工作原理
是通过一系列的步骤完成贴装过程。
下面将详细介绍贴片机的工作原理。
首先，贴片机通过上料装置将元器件从料架中取出并供给给下一步的贴装过程。
然后，引导楔形装置帮助定位和固定电路板，以确保准确的贴装位置。
接下来，视觉识别系统会扫描电路板上的参考点或标记，以确定贴装元器件的位置。
这种视觉识别系统通常使用相机和图像处理技术来实现。
一旦确定了元器件的贴装位置，贴片机会在电路板上加一层薄薄的胶水或焊膏，以固定元器件。
然后，贴片机会将元器件从元器件输送装置中取出，并通过定位装置将其准确放置在贴装位置上。
这通常是通过一个移动式的机械臂来实现的。
一旦元器件被放置到贴装位置上，贴片机会通过主动力和贴附力将其压合到电路板上。
这可以通过套管、真空吸或机械臂的动作来实现。
在完成贴装后，贴片机会进行焊接操作，以确保元器件与电路板的稳固连接。
焊接方式可以是热风炉、红外线或波峰焊等。
最后，贴片机会检查贴装的元器件是否正确安装。
这通常通过视觉系统来检测、扫描或摄像来完成。
如果检测到贴装问题，贴片机会自动纠正或标记错误的贴装。
当所有元器件都被正确贴装后，贴片机会将完整的电路板从定位装置上取下，并将其送至下一步的工作流程。
这就是贴片机的工作原理。
通过上述的步骤，贴片机能够高效、准确地完成大批量的电子元器件贴装工作。
贴片机原理
贴片机原理贴片机是一种用于电子元器件贴装的自动化设备，广泛应用于电子制造行业。
它的工作原理是通过精密的机械结构和先进的控制系统，将电子元器件从供料器上取下并精确地贴装到印刷电路板上。
一、供料系统贴片机的供料系统是实现元器件供给的重要部分。
它通常由供料器、传送带和传输机构组成。
供料器用于存放元器件，传送带将元器件从供料器上取下并送到传输机构上。
传输机构负责将元器件传送到贴装位置。
二、视觉系统贴片机的视觉系统起到了非常重要的作用。
它通过摄像头和图像处理软件，对印刷电路板上的贴装位置进行检测和校准。
视觉系统能够识别元器件的位置、方向和偏移量，并根据预设的贴装规则进行调整，确保贴装的精度和准确性。
三、贴装头贴装机上的贴装头是实现贴装动作的关键部件。
它通常由吸嘴和吸嘴更换机构组成。
贴装头通过吸嘴将元器件从传输机构上吸取，并精确地放置到印刷电路板上的目标位置。
吸嘴更换机构能够根据不同尺寸和形状的元器件，自动更换吸嘴，以适应不同的贴装需求。
四、精确定位系统贴片机的精确定位系统用于保证贴装的精度和稳定性。
它通常由定位针、定位孔和定位标志等组成。
定位针用于确定印刷电路板的位置，定位孔和定位标志用于确定元器件的位置和方向。
通过精确的定位，贴片机能够实现高精度的贴装操作。
五、控制系统贴片机的控制系统是整个设备的核心。
它由计算机控制器、运动控制卡和传感器等组成。
计算机控制器负责整体的控制和调度，运动控制卡负责控制贴装头和传送带的运动，传感器用于检测贴装过程中的状态和异常情况。
通过精确的控制，贴片机能够实现高效、稳定的贴装操作。
六、贴装过程贴片机的贴装过程通常包括以下几个步骤：1. 元器件供给：贴片机从供料器上取下元器件，并将其送到传输机构上。
2. 视觉检测：贴片机通过视觉系统对印刷电路板上的贴装位置进行检测和校准。
3. 定位和对位：贴片机通过精确定位系统将元器件准确定位，并与印刷电路板进行对位。
4. 吸取和贴装：贴片机通过贴装头的吸嘴，将元器件从传输机构上吸取，并精确地放置到印刷电路板上的目标位置。
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1 贴片机视觉系统构成及实现原理
如图1所示，贴片机视觉系统一般由两类CCD摄像机组成。
其一是安装在吸头上并随之作x－y 方向移动的基准（MARK）摄像机，它通过拍摄PCB上的基准点来确定PCB板在系统坐标系中的坐标；其二是检测对中摄像机，用来获取元件中心相对于吸嘴中心的偏差值和元件相对于应贴装位置的转角θ。
最后通过摄像机之间的坐标变换找出元件与贴装位置之间的精确差值，完成贴装任务。
1.1 系统的基本组成
视觉系统的基本组成如图2所示。
该系统由三台相互独立的CCD成像单元、光源、图像采集卡、图像处理专用计算机、主控计算机系统等单元组成，为了提高视觉系统的精度和速度，把检测对中像机设计成为针对小型Chip元件的低分辨力摄像机CCD1和针对大型IC的高分辨力摄像机CCD2，CCD3为MARK点搜寻摄像机。
当吸嘴中心到达检测对中像机的视野中心位置时发出触发信号获取图像，在触发的同时对应光源闪亮一次。
1.2 系统各坐标系的关系
为了能够精确的找出待贴元件与目标位置之间的实际偏差，必须对景物、CCD摄像机、CCD成像平面和显示屏上像素坐标之间的关系进行分析，以便将显示屏幕像素坐标系的点与场景坐标系中的点联系起来；并通过图像处理软件分析计算出待贴元件中心相对于吸嘴中心的偏差值。
对于单台摄像机，针孔模型是适合于很多计算机视觉应用的最简单的近似模型[3]。
摄像机完成的是从3D射影空间P3到2D射影空间P2的线性变换，其几何关系如图3所示，为便于进一步解释，定义如下4个坐标系统：
（1）欧氏场景坐标系（下标为w）：原点在OW，点X和U用场景坐标系来表示。
（2）欧氏摄像机坐标系（下标为c），原点在焦点C＝Oc，坐标轴Zc与光轴重合并指向图像平面外。
在场景坐标系和摄像机坐标系之间存在着唯一的关系，可以通过一个平移t和一个旋转R 构成的欧氏变换将场景坐标系转化为摄像机坐标。
其关系如式（1）所示：
（3）欧氏图像坐标系（下标为i），坐标轴与摄像机坐标系一致，Xi和Yi位于图像平面上，Oi 像素坐标系的坐标为（xp0，yp0）。
D
（4）像素坐标系（下标为P），它是图像处理过程中使用的坐标系。
在本系统中与欧氏图像坐标系方向相同，但原点坐标不同，尺度不同。
场景点Xc投影到图像平面π上是点Uc（uc，vc，-f）。
通过相似三角形来可以导出它们之间的坐标关系：
由于视野小，采用的镜头畸变非常低，可将Uc直接简化为等于欧氏图像坐标系下的坐标，让uc ＝ui，vc＝vi，而ui＝（up－xp0）δ，vi＝（vp－yp0）δ，δ为单个像素的大小。
这样可以得到欧氏场景坐标系和欧氏图像坐标系之间的映射关系：
由于在该系统中各摄像机之间是相互独立的，所以各路成像出来的坐标都可以转换为同一场景坐标下的坐标。
1.3 系统实现原理
贴片机视觉系统工作原理如图4所示。
当一块新的待贴装PCB板通过送板机构传送到指定位置固定起来，安装在贴片头上的基准摄像机CCD3在相应的区域通过图像识别算法搜寻出MARK 点，并通过（3）式计算出其在欧氏场景坐标系中的坐标。
接下来将相应的元器件应贴装的位置数据送给主控计算机。
利用对中检测摄像机（CCD1，CCD2）对元器件检测，得到其在显示屏幕坐标系下的坐标及转角值，再通过（3）式转换为场景坐标系下的坐标，与目标位置比较，得到贴装头应移动的位置和转角。
2 图像处理
2.1 图像预处理
图像预处理的目的是改善图像数据，抑制不需要的变形或者增强某些对于后续处理重要的图像特征。
由于SMT生产现场的非洁净因素造成CCD镜头上的尘埃等，易给图像带来较大的外界噪声。
另外，图像的采集过程中也不可避免地引入了来自光路扰动、系统电路失真等噪声。
因此，对图像进行预处理以消除这些噪声的影响是非常必要的。
对噪声平滑方法主要的要求是：既能有效地减少噪声，又不致引起边缘轮廓的模糊，同时还要求
运算速度快。
常规的方法有高斯滤波、均值滤波、Lee滤波、中值滤波、边缘保持滤波等。
中值滤波是一种较少边缘模糊的非线性平滑方法，它的基本思想是用邻域中亮度的中值代替图像的当前点，是一种能够在去除脉冲噪声、椒盐噪声的同时又能保留图像边缘细节的平滑方法。
并且由于中值滤波不会明显的模糊边缘，因此可以迭代使用。
显然，在每个像素上都要对一个矩阵（通常是3×3）内部的所有像素进行排序，这样开销会很大。
一个更有效的算法[4]（由T S Huang 等人提出）是注意到当窗口沿着行移动一列时，窗口内容的变化只是丢掉了最左边的列而取代为在右侧的一个新的列。
对于m行n列的中值窗口，m×n－2×m个像素没有变化，并不需要重新排序，具体的算法为：
（1）设置th＝mn/2；
（2）将窗口移至一个新的行的开始，对其内容排序，建立窗口像素的直方图H，确定其中值Med，记下亮度等于或小于Med的像素数目LMed；
（3）对于最左列亮度是Pg的每个像素P做：H[Pg]＝H[Pg]－1；
（4）将窗口右移一列，对于最右列亮度是Pg的每个像素P做：H[Pg]＝H[Pg]＋1，如果Pg＜Med，置LMed＝LEed＋1；[(Z
（5）如果LMed＞th 侧转（6），重复LMed＝LMed＋H[Med] Med＝Med＋1直到LMed≥th，则转（7）；
（6）重复Med＝Med－1，LMed＝LMed－H[Med]直到LMed≤th；
（7）如果窗口的右侧列不是图像的右边界转（3）；
（8）如果窗口的底行不是图像的下边界转（2）；
2.2 图像分割
阈值法是一种传统的图像分割方法，因其实现简单、计算量小、性能较稳定而成为图像分割中最基本和应用最广泛的分割技术，已被应用于很多的领域。
在这些应用中，分割是对图像进一步分析、识别的前提，分割的准确性直接影响后续任务的有效性，其中阈值的选取是图像阈值分割方法中的关键技术。
由Otsu于1978年提出的最大类间方差法[5]以其计算简单、稳定有效，一直广为使用。
从模式识别的角度看，最佳阈值应当产生最佳的目标类与背景类的分离性能，此性能用类别方差来表征，为此引入类内方差σ2W、类间方差σ2B和总体方差σ2T ,并定义3个等效的准则测量：w
[
鉴于计算量的考虑，一般通过优化第三个准则获取阈值。
在实际运用中，使用以下简化计算公式：
其中：σ2为两类间最大方差，WA为A类概率，μa为A类平均灰度，WB为B类概率，μb为B类平均灰度，μ为图像总体平均灰度。
即阈值T将图像分成A、B两部分，使得两类总方差σ2（T）取最大值的T，即为最佳分割阈值。
2.3 图像识别定位
区域的矩表示把一个归一化的灰度级图像函数理解为一个二维随机变量的概率密度。
这个随机变量的属性可以用统计特征--矩（Moment）[6]来描述。
通过假设非零的像素值表示区域，矩可以用于二值或灰度的区域描述。
数字图像的（p＋q）阶矩可以通过下式来计算：
其中i，j是区域点的像素坐标，f（i，j）是图像区域的灰度值。
那么图像区域的质心（对二值化后图形区域即为中心）的坐标可以通过下面的关系来得到。
Chip元件的长宽比2：1，因此二值化后的区域是细长的，定义区域的方向为最小外接矩形的最长边方向。
根据图像中心矩可以通过下式来计算区域方向。
其中：
2.4 实验结果
针对本文提出的贴片视觉系统Chip元件对中校准图像处理方法，在VC＋＋6.0环境下进行了实验，表1是对0402的片式元件在同一位置下，不同光照的4次仿真试验结果，可以看出图像处理取得了满意的结果，误差范围在允许范围内，图像处理的时间在100ms以内，能够满足贴片机对实时性的要求。
3 结语
本文在阐述了贴片机视觉系统构成的基础上，提出了一种非常简单的针对Chip元件的对中方法，实验证明，该方法能够满足中速贴片机实时性和精度方面的要求具有先进和实用的特点。