机器视觉系统案例分析

3.1?定位&引导（Locate?&?Guide?）　　所谓定位就是找到被测的零件并确定其位置，输出位置坐标，绝大多数的视觉系统都必须完成这个工作；引导就更容易理解了，当被测物体的坐标被准确定位之后，常常需要根据前一步确定的位置来完成下一个动作（比如机器手进行抓取、激光进行切割和焊接头进行焊接等）。

很明显，这是视觉行业里被最密集使用的技术，定位的精度、速度和重复度就是各个视觉系统相互攀比的指标，由美国著名机器人生产厂商Adpet公司推出的视觉开发工具HexSight在这方面有着当仁不让的优势，深圳市视觉龙科技有限公司正是利用这一平台，在激光行业（切割）、半导体行业（Diebonder、COG、Wire?bonder、Flip－chipBonder、元件封装）和电子行业等有着诸多成功的应用，最近又开拓了制卡行业焊线引导的新客户。

以下列举几种典型的案例　　典型案例之?激光商标切割系统　　检测任务：　　根据输入的CAD文档自动识别商标，并准确定位其位置，然后引导激光头进行切割，并能对被切割材料变形实时跟踪以确保切割准确无误　　检测要求：　　工作面积:?500x350mm　　激光功率:???40~70W　　切割速度:??0~40,000mm/min?　　定位精度:??<0.01mm<0.01mm<0.01mm<0.01mm　　CCD?摄像头分辨率:?320-800万像素　　总功率:??<1250w?<1250w?<1250w?<1250w?　　检测说明：　　本系统主要任务是根据CAD（或者其它电子文档）输入的商标图形，用软件在视野内自动寻找与输入图形相同的图案，然后定位并输出商标中心点的坐标，然后根据这些坐标指引切割装置进行切割。

由于检测对象是很软的材料，变形（拉伸和缩小）是在所难免的，，这就要求软件能输出实测图像相对于模板图像的比例系数并进行实时补偿该领域最新的进展是沿商标图案的实测边缘进行切割，可获得更高切割精度HexSight软件提供了实现该功能的函数。

　　该系统是由客户自主开发，采用黑白高清晰度CCD系统，经过客户多方比较，由于HexSight的定位和检测速度非常快，定位精度非常高，因此最终被客户认可，现已批量采用，其整机效果图如下：　　典型案例之COG对准引导系统　　检测任务：　　精确定位微小Mark点，根据Mark点的位置将IC与玻璃正确对位并贴附。

　　检测对象：　　该系统主要用于电子行业的IC和LCD上的Mark点精确定位　　定位精度：0.005mm　　定位要求：自动定位并显示对位误差　　系统说明：　　所谓COG（Chip?OnGlass）技术，指的是运用一种包含金属颗粒的粘性膜（异方向性导电膜ACF），通过预压将IC芯片邦定在LCD玻璃板上，使IC与LCD玻璃板之间的线路连通。

正如上面谈到的一样，IC芯片面积小，但I/O端数量多要想使IC与LCD玻璃板之间的线路很好的连通，就需要对IC和LCD进行非常精确的定位，保证足够的定位精度而IC和LCD上微小的Mark点使得通过人眼定位变的困难重重，而且人眼的易疲劳和主观性对这种高精度的对位带来严重隐患，因此采用视觉对位系统。

　　由深圳市视觉龙科技有限公司负责开发的COG视觉对位控制系统，硬件方面选用了高性能的图像采集卡、高亮度稳定的LED光源，保证整个系统的长期稳定性，镜头选用百万像素的高倍镜头，保证足够的放大率，进而确保最后的精度。

软件运用HexSight视觉开发包，以及其功能独特的几何图像定位技术Locator该系统误差可以控制在0.005mm，其重复精度可以达到1/10Pixcel，在COG精确对位方面取得理想的效果用我司视觉系统VD100－COG的设备如下所示：　　典型案例之???固晶机（Die?Bonder）拾片引导系统　　检测内容：　　将晶片（Die）从晶圆（Wafer）上自动取放到料带上，并准确放置。

　　检测要求：　　通过视觉定位和引导，将晶片从晶圆（Wafer）上自动取放到基板上；速度：50ms/pcs　　系统说明：　　晶圆上的单个晶片面积非常小（约0.078平方毫米），数量极多，且位置不固定，因此对传统装片机的电机走位精度、工作稳定性和速度提出了非常高要求。

传统装片机存在以下几个重要弊病：　　走位不准：因为晶片切割及晶圆贴膜等原因很容易造成晶片在晶圆上位置分布不均　　晶片浪费：晶片在晶圆上呈圆形分布，采用传感器定位边界的方法势必会造成边界定位不准而致使一些晶片拾取不到，从而在晶圆上残留一些晶片。

　　操作较为麻烦：由于机器以固定步距及方向行走，所以晶圆与电机的水平一致性要求非常高，极小的角度偏差都会导致累加误差过大，这就要求操作员在每次换料时耐心的将晶圆与电机位置调到最佳，而且每次开始时都需要操作员手工进行晶片对位。

因为边界定位采用传感器，机器需要操作员不断手工调节边界传感器位置，较为繁琐　　效率较低：由制作工艺本身造成的晶圆上存在相当数量的坏料或空料，传统的光电传感器识别准确度不高，导致后期成品合格率下降，影响生产效率。

深圳视觉龙科技开发的固晶机视觉系统VD100-DieBonder采用图像识别技术进行实时定位、分析及导航，有效地避免了上述的种种问题，使得生产精度，稳定性及效率得到极大的提高其定位检测部分应用HexSight视觉软件包，导航部分采用VisualC＋＋进行编程，其定位精度高，速度快，一次识别只需30ms。

　　典型案例之???邦定机（WireBonder）定位引导及掉线检测系统　　检测内容：　　检测晶片位置，自动引导Bonding机进行焊接系统兼有焊线掉线检测功能　　检测要求：　　该系统用于自动定位及引导中功率半导体器件生产中的引线焊接　　焊线速度：300ms/pcs　　重复定位精度：2?um　　技术规格：　　◆?使用电源：220VAC10%、60Hz、可靠接地，最大消耗功率50W　　◆?可焊铝丝线径：50～150μm?(2～5mil)　　◆?焊接时间：10～200ms,2通道　　◆?焊接压力：30～100g,2通道　　◆?芯片规格：宽度、长度最大为2.25mm　　◆?工作台移动范围：?Φ15mm　　系统说明：　　由深圳市视觉龙科技有限公司改装的本系统采用黑白CCD系统检测，照明使用高亮度的LED光源，可以保证长时间的稳定照明，以保证系统稳定的定位精度。

　　本系统核心软件为视觉龙?VD100-WireBond,?重复定位精度控制在2微米以下由于工作环境的关系，图像噪音比较大，因此采用了HexSight软件的Locator定位器该工具对环境光线的影响不敏感，能有效的消除了环境噪音对定位结果的影响，保证了定位的精度。

其检测界面如下：　　3.2几何尺寸测量（Gauging）　　传统的测量方法多是接触型的测量方法，不仅效率低而且容易损伤被测物伴随视觉技术和激光技术的发展，基于现代视觉技术的几何特征测量已成为高速生产系统中快速、准确、全面的对产品几何尺寸控制的新方向。

利用视觉手段可以对一维、二维和三维的几何特征进行定量分析，我公司在测量领域也有许多成功案例，比如一些电子零件或机械零件（E-Block,钻头刀口、裸PCB、连接器端子、电枢等）上的几何特征的测量；在视觉定位和引导系统中，真实尺寸的测量同样必不可少；在一些零件好坏判断过程中，尺寸测量也常常被作为一个必要参数。

以下仅列举几种比较典型的实例　　典型案例之??S1圆孔直径测量机　　检测项目：　　本系统主要检测硬盘磁头驱动架S1上轴承孔（Bearing-Hole）的直径和圆度技术参数：　　●?半自动人工上下料，自动送料　　●?尾孔大小：∮4.85±0.01mm　　●?重复性指标?GRnR<10%<10%<10%80%　　●?双工位操作　　检测说明：　　由深圳视觉龙科技有限公司开发设计的本设备采用了百万像素摄像头和远心定倍镜头，照明使用同轴LED光源，软件开发运用高性能的HexSight，使用该软件强大的定位工具（Locator）对产品进行精确定位，对所检测的轴承孔直径和圆度进行测量。

采用半自动人工上下料，自动送料，并根据检测信息提供语音信息提示，检测结果在显示屏上显示设备外形结构如下所示：　　典型案例之?微型钻头视觉检测系统　　检测任务：　　检测微小钻头的尺寸是否合格以及是否表面缺陷，并对不良进行分类和计数统计和能够任意更换产品型号和参数。

　　检测要求：　　检测范围：直径为0.2mm—3.5mm（具体可调整）　　测量精度：

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