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近年來，計算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步，使得圖像采集成為一種廣為使用的測量數(shù)據(jù)來源，從而推動了計算機(jī)自動機(jī)器視覺與科學(xué)成像技術(shù)在電子產(chǎn)品撿測技術(shù)有了新的突破，所以才會有”任何通過人來完成的檢測過程都適合于用機(jī)器視覺技術(shù)來代替”新機(jī)理.這是因為與機(jī)器相比，人有情緒，會疲勞，故把人用作機(jī)器是不可靠的，因此該新機(jī)理的出現(xiàn)是必然的. 機(jī)器視覺系統(tǒng) 機(jī)器視覺系統(tǒng)一般包括光源、鏡頭、CCD照相機(jī)、圖像處理單元(或圖像采集卡)、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊/輸入輸出單元等。機(jī)器視覺系統(tǒng)組成示意見圖1(a)，實際例舉示意見圖1(b)。 圖1(a) 機(jī)器視覺系統(tǒng)基本組成示意框圖圖1(b) 機(jī)器視覺系統(tǒng)使用組成列舉—基于PC的視覺系統(tǒng)基本組成示意圖 光源：與視覺傳感器的照明因素一樣，它是影響機(jī)器視覺系統(tǒng)輸入的重要因素，它直接影響輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量和應(yīng)用效果。針對每個特定的應(yīng)用實例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。其光源可分為可見光和不可見光。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。另一方面，環(huán)境光有可能影響圖像的質(zhì)量，所以可采用基于PC的方案主要針對電子生產(chǎn)測試設(shè)備，其優(yōu)點是高性能、高靈活度和高性價比，十分適合于高難度、高分辨率和高速的機(jī)器視覺應(yīng)用。 所以可采用加防護(hù)屏的方法來減少環(huán)境光的影響。照明系統(tǒng)按其照射方法可分為：背向照明、前向照明、結(jié)構(gòu)光和頻閃光照明等。其中，背向照明是被測物放在光源和攝像機(jī)之間，它的優(yōu)點是能獲得高對比度的圖像。前向照明是光源和攝像機(jī)位于被測物的同側(cè)，這種方式便于安裝。結(jié)構(gòu)光照明是將光柵或線光源等投射到被測物上，根據(jù)它們產(chǎn)生的畸變，解調(diào)出被測物的三維信息。頻閃光照明是將高頻率的光脈沖照射到物體上，攝像機(jī)拍攝要求與光源同步 鏡頭：鏡頭選擇應(yīng)注意焦距，目標(biāo)高度，影像高度，放大倍數(shù)，影像至目標(biāo)的距離，中心點 / 節(jié)點與畸變. 相機(jī)：按照不同標(biāo)準(zhǔn)可分為標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字相機(jī)和模擬相機(jī)等。要根據(jù)不同的實際應(yīng)用場合選不同的相機(jī)和高分辨率相機(jī):線掃描CCD和面陣CCD;單色相機(jī)和彩色相機(jī)。 圖象采集卡：圖像采集卡只是完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)的一個部件，但是它扮演一個非常重要的角色。圖像采集卡直接決定了攝像頭的接口：黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。比較典型的是PCI或AGP兼容的捕獲卡，可以將圖像迅速地傳送到計算機(jī)存儲器進(jìn)行處理。有些采集卡有內(nèi)置的多路開關(guān)。例如，可以連接8個不同的攝像機(jī)，然后告訴采集卡采用那一個相機(jī)抓拍到的信息。有些采集卡有內(nèi)置的數(shù)字輸入以觸發(fā)采集卡進(jìn)行捕捉，當(dāng)采集卡抓拍圖像時數(shù)字輸出口就觸發(fā)閘門。 視覺處理器：視覺處理器集采集卡與處理器于一體。以往計算機(jī)速度較慢時，采用視覺處理器加快視覺處理任務(wù)。現(xiàn)在由于采集卡可以快速傳輸圖象到存儲器，而且計算機(jī)也快多了，所以現(xiàn)在視覺處理器用的較少了。 工作過程：視覺系統(tǒng)的輸出并非圖像視頻信號，而是經(jīng)過運(yùn)算處理之后的檢測結(jié)果(如尺寸數(shù)據(jù))。通常，機(jī)器視覺測試就是用機(jī)器代替肉眼來做測量和判斷.首先采用CCD照相機(jī)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號。圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，如：面積、長度、數(shù)量、位置等。最后，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出結(jié)果，如：尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/不合格、有/無等。上位機(jī)(如PC和PLC)實時獲得檢測結(jié)果后，指揮運(yùn)動系統(tǒng)或I/O系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的控制動作(如定位和分類)。 機(jī)器視覺是新興的自動化市場，之所以這么說，主要機(jī)器視覺技術(shù)實際上就是利用攝像機(jī)替代人眼，圖像處理軟件替代大腦對生產(chǎn)線上產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢驗或識別，它基本上由光源、鏡頭、攝像機(jī)、圖像采集卡、圖像處理器/軟件以及必要的I/O所組成。機(jī)器視覺檢驗具有極高的效率、重復(fù)性以及精度，并且在很多情況下是人眼所無法替代的。視覺系統(tǒng)可以快速、準(zhǔn)確和高可重復(fù)性地自動完成諸如部件測量和檢查的工作，這樣就可以幫助制造商提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)力。視覺系統(tǒng)在制造過程中的每一步都可以生成有價值的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這同時也可以幫助控制工程師擴(kuò)展過程診斷的功能 計算機(jī)自動機(jī)器視覺的應(yīng)用大致上可以分成定位、量測、識別、缺陷檢測四大類，其中以定位的應(yīng)用最為廣泛。機(jī)器視覺系統(tǒng)可以用來檢視主機(jī)板上的電子組件，也可以用來控制機(jī)械手臂，在機(jī)械手臂上加裝CCD，利用影像辨識的定位，帶動機(jī)械手臂來做病毒研究、藥物混合等.一些高危險性的醫(yī)療研究。除了精準(zhǔn)之外，對人類的生命也比較有安全保障。 可見機(jī)器視覺檢測的速度和精確度成為機(jī)電子產(chǎn)品檢測的新途徑，這取決于以下二種類型的糸統(tǒng)所具特征優(yōu)勢。其一為圖像采集的系統(tǒng)組件與應(yīng)用軟件，其二為生產(chǎn)車間標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器視覺糸統(tǒng)。 圖像采集系統(tǒng)組件與軟件 圖像采集系統(tǒng)組件有圖像采集硬件、驅(qū)動軟件和應(yīng)用軟件。硬件可提供圖像捕獲、定時和控制功能;驅(qū)動軟件通過一個標(biāo)準(zhǔn)的APl接口對硬件進(jìn)行操作;應(yīng)用軟件可以將硬件和驅(qū)動軟件結(jié)合到特定應(yīng)用的解決方案中，并大大縮短開發(fā)時間。 圖像采集(IMAQ)驅(qū)動軟件又是支持Windows2000/NT/XP/Me/9x的IMAQ硬件的完全圖象采集驅(qū)動軟件。它支持所有IMAQ的硬件，可在LabVlEW，LabWindows/CVI，Measurement Studio(VisualBasic和Visual C++)中任意調(diào)用 應(yīng)用開發(fā)軟件具有以下模塊： ·視覺開發(fā)模塊(Vision Development Module) 視覺開發(fā)模塊，是專為開發(fā)機(jī)器視覺和科學(xué)成像應(yīng)用的工程師及科學(xué)家而設(shè)計。該模塊包括視覺生成器(Vision Builder)和IMAQ視覺(1MAQVision)兩部分。其中視覺生成器是交互式環(huán)境，它讓開發(fā)人員無需編程，即能快速完成視覺應(yīng)用的模型建立。 IMAQ視覺是—套包含各種圖像處理函數(shù)的功能庫。 與其他視覺產(chǎn)品不同，視覺生成器和IMAQ視覺軟件配合工作，能簡化視覺系統(tǒng)的軟件開發(fā)工作。視覺生成器能夠自動產(chǎn)生一個在LabVIEW環(huán)境下使用的IMAQ視覺框圖(見圖2)，框圖包括與在視覺生成器中所進(jìn)行—系列操作相同的功能。可將此框圖集成到自動化或產(chǎn)品測試應(yīng)用中，以便系統(tǒng)可以同時支持多種功能，如：運(yùn)動控制，儀器控制，或數(shù)據(jù)采集。還可以安裝LabVlEWRT，充分利用嵌入式系統(tǒng)功能，這將帶來更高的穩(wěn)定性和靈活性，及使用簡易性。 圖2 視覺框圖 ·光學(xué)字符辨認(rèn)軟件(OCR) OCR 軟件是基于計算機(jī)的工業(yè)用字符辨認(rèn)軟件，用來在工業(yè)處理變化不良質(zhì)量圖像的情況下，仍提供高速、可靠的字體閱讀性能。OCR提供簡單易用的功能來閱讀文字字母。典型的應(yīng)用包括辨認(rèn)半導(dǎo)體晶片上的序列號、元件、電子封裝、磁盤磁頭、及其他小型元件。OCR軟件是1MAQVision的附加工具套件。 ·自動檢測視覺生成器 自動檢測視覺生成器是—種可配置的機(jī)器視覺軟件，可利用它完成模型建立，基準(zhǔn)設(shè)定和應(yīng)用程序配置等實際應(yīng)用。自動檢測視覺生成器，無需編程即可升級到強(qiáng)大的編程環(huán)境：如LabVIEW中。它帶有內(nèi)置式開發(fā)界面，因此能迅速完成監(jiān)視，指導(dǎo)和鑒定應(yīng)用。該軟件還包括能夠建立復(fù)雜通過/失敗判斷，數(shù)字I/O設(shè)備控制和與PLC等串行設(shè)備通訊等程序應(yīng)用的功能。利用檢測視覺生成器，能完成：在交互式，菜單驅(qū)動的環(huán)境下開發(fā)機(jī)器視覺應(yīng)用;自動生成LabVlEW代碼; 控制數(shù)字I/O，PLC和其他串行設(shè)備;利用PCI和PXI圖像采集設(shè)備和1394總線的工業(yè)像機(jī)采集圖像硬件。 機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用舉例 在機(jī)電產(chǎn)品生產(chǎn)線上的應(yīng)用 通過配置機(jī)器視覺和圖象處理的硬件部分，并提供相應(yīng)的二次開發(fā)的軟件平臺，使制造商的工程師可以針對自已的產(chǎn)品，較容易的進(jìn)行視覺識別軟件開發(fā)，為—般的生產(chǎn)線提供較為靈活和價格相對便宜的機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)。如在生產(chǎn)自動線上對各不同規(guī)格軟盤定位孔尺寸作精確的檢測;又如電氣電子裝配中連接器的引腳間距、數(shù)目，以及進(jìn)行條形碼的驗證和標(biāo)簽的檢測等;并及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上的錯誤并提高直通率，對每個線路板進(jìn)入和離開每個流程式進(jìn)行跟蹤，為生產(chǎn)線產(chǎn)量的優(yōu)化和有效的缺陷分析提供足夠的數(shù)據(jù)。 圖3為機(jī)器視覺與科學(xué)成像技術(shù)應(yīng)用示意圖。 圖3 機(jī)器視覺與科學(xué)成像技術(shù)及設(shè)備及應(yīng)用示意圖 ·生產(chǎn)車間標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器視覺糸統(tǒng) 該視覺系統(tǒng)提供了一整套完整強(qiáng)大有效的檢測工具，表面質(zhì)量檢驗，尺寸測量，導(dǎo)向定位，光學(xué)字符校驗和閱讀，二維碼閱讀。例如：其中的PATFIND定位功能提供了高精度和絕對可靠性，特別是在極其惡劣的制造環(huán)境下，如不良的燈光，或工件外觀不斷改變的情況下，亦能保證達(dá)到其測量精度，保證測量的重復(fù)性和可靠性，同時可通過各種參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置，快速達(dá)到檢測的目的。圖4為工件定位精度與尺寸測量示例圖。 圖4 用生產(chǎn)車間的視覺系統(tǒng)對工作定位孔與尺寸精度測量示例圖 該一體式的用戶環(huán)境是集成的視覺系統(tǒng)用戶開發(fā)環(huán)境，類似Windows界面，它不但可更有效的進(jìn)行程式開發(fā)，并提供強(qiáng)大的系統(tǒng)管理工具，使得程序設(shè)置，監(jiān)控和系統(tǒng)管理更簡單，這種視覺系統(tǒng)所提供的簡單實用的網(wǎng)絡(luò)型開發(fā)環(huán)境，使得基于生產(chǎn)車間的低成本用戶更快速地開發(fā)項目。 ·快速，簡易的軟件設(shè)置 該視覺系統(tǒng)不需高級語言編程，只需通過Excell表單界面進(jìn)行設(shè)定操作，既快速又簡易，并可在線根據(jù)產(chǎn)品的不同特性修改和完善程式參數(shù)，同時表單可以直接用來完成運(yùn)行時的友好用戶界面。 ·網(wǎng)絡(luò)使使用更簡單 不管是系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控，數(shù)據(jù)的集中處理，還是簡單的糸統(tǒng)組網(wǎng)，內(nèi)置的以太網(wǎng)接口使得一切都變簡單了。系統(tǒng)支持各類標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和總線協(xié)議，使用這些都不需通過額外的連接工具就可直接連接到PLC等上位機(jī)進(jìn)行操控。 機(jī)器視覺使探針制造與電子連接器制造中的檢測實現(xiàn)100%自動檢查 由于探針的外部形狀對于成功的晶圓級測試操作十分重要，探針制造過去采用的是手動視頻檢測和光學(xué)比較儀結(jié)合的方法，為探針板制造上提供符合各項嚴(yán)格要求的探針。但是隨著IC芯片的產(chǎn)量和對于探針的需求不斷增加，這個過程顯得過于耗費(fèi)人力。探針檢查占了整個制造時間的很大一部分，因此需要進(jìn)行自動化改造. 帶有運(yùn)動控制的機(jī)器視覺系統(tǒng)集成到自動探針檢查中，從而實現(xiàn)了更快的檢測速度和更高的精度，也使得整個系統(tǒng)更加易于操作。該系統(tǒng)能夠自動記錄每次檢測(圖 5)，同時提高其可重復(fù)性，并能夠提供反饋信息，方便了流程的改進(jìn)。從而大大減少檢查時間。 圖5 機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用在探針制造檢測過程中示意圖 機(jī)器視覺與科學(xué)成像技術(shù)發(fā)展的新要求 檢測的速度和效率應(yīng)在機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的易操作性和低成本維護(hù)，編程和程序維護(hù)的難易程度、人機(jī)操作交互界面掌握和使用的難易上清晰地表現(xiàn)出來，一句話簡單易用。 應(yīng)有堅固的實時緊湊視覺(CompactVision)系統(tǒng)。 它能為各種監(jiān)測，校準(zhǔn)，測定和識別應(yīng)用提供具有靈活性，集成性和堅固性的系統(tǒng)。結(jié)合3個FireWire接口的高性能處理器使堅固的實時緊湊視覺系統(tǒng)可以應(yīng)付任何監(jiān)測工作。可選的多種數(shù)字I/O使系統(tǒng)可以和范圍廣泛的自動化設(shè)備通信，包括PLC、繼電器和機(jī)器人。并經(jīng)過設(shè)計，系統(tǒng)可在制造環(huán)境中常見的極端工作溫度下工作。將不再受限于傳統(tǒng)智能攝像機(jī)有限的圖像處理能力，傳感器尺寸和傳感器的速度。 這種堅固的實時緊湊視覺系統(tǒng)是一個通用視覺系統(tǒng)，包括LabVlEW、IMAQ VisionBuilder軟件，可以快速建立模型、IMAQ Vision軟件、OCR軟件、高性能圖像采集、照相機(jī)、鏡頭、以及通用電源等。軟件、硬件、與照相機(jī)的設(shè)計相互配合，可以更快速的進(jìn)行使用開發(fā)。 |
