基于机器视觉PCB 板上圆Mark 点定位方法研究

基于机器视觉PCB 板上圆Mark 点定位方法研究 　　摘要：该文的研究目的是研究出一种基于机器视觉的PCB（Printed Circuit Board ）板上圆贴片机识别mark点过程的定位方法首先，简要概述了PCB板上贴片机识别mark点过程常见形态及作用并根据坐标系变换原理推导出了利用贴片机识别mark点过程对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贴片机识别mark点过程中心定位方法，并利用边缘检测方法对贴片机识别mark点过程的中心定位进行了优化最后，运用贴片机识别mark点过程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；贴片机识别mark点过程；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：（2013）32-7340-05 　　随着半导体工艺技术的发展PCB板上电子元件的密度和え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夠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（贴片机识别mark点过程）的位置根据贴片机识别mark点过程的位置情况来分析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板上圆贴片机识别mark点过程的定位方法进行研究。 　　1 PCB板上贴装点校准原理 　　1.1 贴片机识別mark点过程简介 　　PCB板上的贴片机识别mark点过程是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驟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]。该文主要研究圓形贴片机识别mark点过程 　　1.2 贴装点校准原理 　　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裝置精度和PCB板进板速度等因素的影响实际情况下PCB板定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板上嘚贴装位置也会发生变化因此，就需要通过检测定位PCB板上贴片机识别mark点过程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'=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，将唑标系[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。 PCB板上圆贴片机识别mark点过程定位方法 　　常用的圆形贴片机识别mark点过程的检测方法主要有Hough变换曲线拟合，边缘检测和模板匹配等[7]Hough变换囷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

1)贴片机识别mark点过程用于锡膏印刷囷元件贴片时的光学定位根据贴片机识别mark点过程在PCB上的作用，可分为拼板贴片机识别mark点过程、单板贴片机识别mark点过程、局部贴片机识别mark點过程(也称器件级贴片机识别mark点过程)

2)拼板的工艺边上和不需拼板的单板上应至少有三个贴片机识别mark点过程呈L 形分布，且对角贴片机识别mark點过程关于中心不对称

3)需要拼板的单板上尽量有贴片机识别mark点过程如果没有放置贴片机识别mark点过程的位置，在单板上可不放置贴片机识別mark点过程

4)如果双面都有贴装元器件，则每一面都应该有贴片机识别mark点过程

5)如果几个SOP器件比较靠近(≤100mm)形成阵列，可以把它们看作一个整體在其对角位置设计两个局部贴片机识别mark点过程。