图像识别技术在全自动对位贴合机的应用.doc

图像识别技术在全自动对位贴合机的应用226电子一【艺技术ElectronicsProcessTechnology2010年7N第31卷第4期图像识别技术在全自动对位贴合机的应用张建军(西北电子装备技术研究所,山西太原030024)摘要:全自动对位贴合机是液晶显示器生产线制盒工艺中的关键设备.对图像识别技术进行了充分的分析,对全自动对位贴合机图像识别系统进行了设计,使其同PLC,X,和0精密运动平台一起对上下玻璃进行识别及对位,实现设备上下平台的高精度对位.实践证明,采用图像识别系统技术保证了设备对位的高精度要求,并大大提高了设备运行的效率.关键词:LCD;图像识别;串行通讯中图分类号:TN873文献标识码:A文章编号:10013474(2010)04022604ApplicationofImageRecognitionTechnologytoAuto-alignmentlaminatingMachineZHANGJian-jun(TheSecondResearchInstituteofCETC,Taiyuan030024,China)Abstract:Auto-alignmentlaminatingmachineisakeyequipmentintheLCDproductionline.Theimagerecognitiontechnologywasanalyzedcompletely.Theimagerecognitionsystemoftheauto-alignmentlaminatingmachinewasdesigned,anditcanworktogetherwiththePLC,Yand0precisionmotionplatformtoidentifyandfinetheaccuratepositionforupanddownglasses,achievehigh?precisionalignmentofupanddownplatforms.Itisprovedthatthesystemwithimagerecognitionsystemtechnologyensuredhigh-precisionrequirementsoftheposition,andsignificantlyimprovedtheefficiencyofequipmentoperation.Keywords:LCD;Imagerecognition;SerialcommunicationDocumentCode:AArticleID:1001.3474(2010)04.0226.04全自动对位贴合机是液晶显示器生产线制盒工艺中的关键设备,对位贴合机是将一组印封框胶的玻璃和另一组印导电胶并经过喷粉的玻璃进行自动对位并压合,对位的精度直接影响到产品的质量.设备采用了图像识别技术,结合高精密的对位平台来保证设备高精度的要求.1视觉定位系统设计技术图像识别技术是精密测试技术领域内最具有发展潜力的一项新技术,它综合运用了电子学,光学探测,图像处理和计算机等技术,将机器视觉引人到机械制造工业中,实现对物件位置的快速测量,它具有非接触性,速度快和柔性好等突出优点”I.1.1机器视觉的工作原理在机器视觉系统中,首先是摄像机将图像传感器所接收到的光学图像转化为计算机所能处理的电信号传送给专片j的图像处理系统,图像处理系统对这些信作者简介:张建军0969一).女,毕业于两发l业大学,高T,主要从事电子专用设备的研发与管理T作.2010年7月张建军:图像识别技术在全自动对位贴合机的应用227号进行各种运算来抽取目标的特征,如面积,长度,数量和位置等,最后,根据预设的容许度和其它条件输出结果,如尺寸,角度,偏移量,个数,合格合格和有/无等.视觉系统的输出并非图像视频信号,而是经过运算处理之后的检测结果,上位机(IPC和PLC)实时获得检测结果后,指挥运动系统或I/O系统执行相应的控制动作(如定位和分类等).1.2视觉系统的组成视觉系统是全自动对位贴合机设备的一个关键技术,它保证两玻璃基板的精确定位.为实现上述功能,采用了包括光源,光学系统,相机,图像处理单元,图像分析处理软件,监视器和通讯/输入输出单元等结构.】.1.2.1光学系统对于机器视觉系统来说,图像是唯一的信息来源,而图像的质量是由光学系统的恰当选择来决定.光学系统的主要参数一般包括:焦距,视角,视野,工作距离,景深和放大倍数等.焦距是镜头到成像面的距离.视角是视线的角度,也就是镜头能“看”多”宽”.视野是镜头所能够覆盖的有效工作区域.景深是可以清晰成像的纵深范嗣,与视野相似,所不同的是景深指的纵深的范围,而视野是横向的范围.工作距离是镜头的最下端到景物之间的距离.以上几个概念是相互关联的.其关系是焦距越小视角越大,最小工作距离越短视野越大.在机器视觉中,光学镜头常用的接口有C接口,CS接口,F接口和v接口等.选配镜头的原则是获得合适的精度,在选配镜头时,应注意以下基本要素:被摄物体的大小和亮度;系统需要的放大倍数和视野;镜头的工作距离,焦距和分辨率;ccD相机的分辨率和成像面的大小;与相机的接口匹配.1.2.2相机相机实际上是一个光电转换装置,即将图像传感器所接收到的光学图像,转化为计算机所能处理的电信号.光电转换器件是构成相机的核心器件.目前,典型的光电转换器件为真空摄像管,ccD和cM0s图像传感器等,设备中常用的为CCD.在选用CCDH机时主要从速度及精度两个方面考虑.1.2.3光源合适的光源是机器视觉系统成功的关键,是机器视觉系统设计的重要环节.光源设计的好坏,决定了机器视觉成败.光源具有为图像提供光源,放大特征以及缺陷,削弱混乱及背景的作用.常用的光源有LED光源和光纤光源等.选择光源主要从检测内容外观检查还是定位和尺寸测定,从被测物的状态,材质,颜色以及视野范围,动态还是静态,从客观条件如安装尺寸,工作距离和周围环境等几个方面加以考虑.1.2.4图像处理模块图像处理模块是进行视频信息量化处理的重要工具.主要完成对模拟视频信号的数字化过程,同时通过图像处理软件对视觉图像进行处理,包括图像的增强,平滑,边缘锐化,分割,特征抽取和图像识别等,经过这些处理后,输出图像的质量得到大大改善,改善了冈像的视觉效果,并对图像进行分析,处理和识别.2视觉系统的设计全自动对位贴合机中采用机器视觉系统采集图像,再由图像处理单元分析计算,传送结果,最后由PLC实现,聊三轴的运动,来实现平台上玻璃与上基板玻璃的自动定位,在定位过程中,机器视觉系统的图像采集和分析计算起到了最重要的作用.机器视觉系统采用CCD照相机将被摄取目标转换成图像信号,传送给图像处理系统,转变成数字化信号;图像识别系统对这些信号进行各种运算来抽取目标特征,输出分析结果.PLC作为主控制器处理接收到的数据,发送运行信号,控制电机的运转方向及距离,实现精密对位.2.1硬件选型2.1.1光学系统及CCD本机为LCD玻璃贴合设备,在LCD玻璃边缘有用于定位的标记点,我们取玻璃一侧边缘的两点来定位,上基板的标记是圆形作为目标值,下基板的标记是十字,对位是以上基板为基准调整下基板,即十字对圆环.2.1.2光源由于被测物标记点在LCD液晶玻璃上,反光性强,工作环境为洁净空间,因此我们选用高亮度LED同轴光源,通过一个单向透镜,使入射光与工件垂直正交,削除了工件反射的亮点,效果良好.2.1.3图像处理单元设计时重点从以下方面提高采样及图像处理的准确性:视觉系统的定位标识图像采用圆形及十字标识;为有效提取定位标识图像的特征点,对获取的228电子艺技术ElectronicsProcessTechnology2010年7月第31卷第4期定位标识图像进行预处理以便取图像中物体的结构,主要包括减小和滤除图像中的噪声,增强图像中待匹配的待征等;特征点集是能正确反映定位标志位置点的集合,特征的选择对最终的匹配有重要的影响,特征点的数目多,则匹配的精度较高,但速度较慢.因此,在设计时尽量选择合适的特征点,以兼顾匹配的精度和速度.针对设备工艺特点和要求,选用具有高速,精确,稳定和功能强大的图像处理系统(IPD),它可以通过专业的图像处理单元对采集图像进行分析与判定,可以快速完成特征抽取,模板匹配,颜色处理,高精度测量定位和计算偏差等功能.集成多种通讯协议,可以自由与各类自动化控制设备完成通讯与交换数据.该系统能够高精度检出变动的对象物,对于玻璃上的标记,出现有亮度,焦点变动,污迹,重影,隐蔽和残缺等变动,也可以高精度地检出.同时考虑到检查速度,负载采用了粗略搜索一详细搜索的2个阶段的搜索顺序.依据亚像素进行高精度位置检出,输出1/100单位的数据,有效保证了测量精度.2.2工作过程使用2台摄像头,进行各块玻璃标记的位置检出.依据两块玻璃各自标记的坐标,图像处理单元算出液晶玻璃的位置偏移量,向PLC输出数据.根据偏移量,移动,卿台板,修正位置偏移,然后对好位后贴合液晶玻璃.2.3关键技术的解决图像处理系统功能强大,在本设备的对位系统中,通过PLC与它的通讯及交换数据来实现它的图像识别及测量,镜头及坐标系的标定和对位调整的功能,从而完成设备平台x,y和的精确对位.图像处理系统是通过不同指令来实现相应的功能,其中图像处理系统的功能标定,坐标系标定和定位调整的实现属于系统的关键技术,直接影响测量精度及对位功能.2.3.1标定的实现机器视觉的基本任务之一是从摄像机获取图像信息并计算三维空问中物体的几何信息,由此重建和识别物体】.而空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的,这些几何模型参数就是摄像机参数.在大多数条件下,这些参数必须通过实验与计算才能得到,这个过程被称为摄像机定标.标定过程就是确定摄像机的几何和光学参数以及摄像机相对于世界坐标系的方位.标定精度的大小直接影响着计算机视觉(机器视觉)的精度.因此,摄像机标定是图像识别的重要环节.摄像机标定可以分为传统的摄像机标定方法和摄像机自标定方法两大类.传统摄像机标定的基本方法是在一定的摄像机模型下,通过对特定标定参照物进行图像处理,并利用一系列数学变换公式计算及优化,来求取摄像机模型内部参数和外部参数,该方法在场景未知和摄像机任意运动的一般情况下,其标定很难实现.摄像机自标定方法不依赖于标定参照物,仅利用摄像机在运动过程中周围环境图像与图像之间的对应关系来对摄像机进行标定,该方法是利用摄像机本身参数之间的约束关系来标定,而与场景和摄像机的运动无关,所以更为灵活.目前已有的自标定技术大致可以分为基于主动视觉的摄像机自标定技术,直接求解Kruppa方程的摄像机自标定方法,分层逐步标定法和基于二次曲面的自标定方法等几种.本设备图像识别系统中的标定是利用摄像机视野内所看到的在平台上的标记及平台往X,卿9方向移动的关系,将摄影机的坐标系转换为平台坐标系.标定的方法是属于摄像机自标定方法,图像识别系统带有自标定算法功能,设备根据图像系统的要求设置2台摄像头,通过向x,移动台板,由图像识别模块来自动确认2台摄像头和对位平台的位置关系,将摄像头进行标定,进行精确测量换算.图像识别系统的标定采用了基于主动视觉摄像机自标定技术的3点旋转登录法(算出,l,方向换算系数,检出旋转中心),分别对每个摄像机进行校准,平台向,卿正反方向分别移动,图像识别系统通过测量及计算来确定系统坐标系.系统坐标系标定步骤如图1所示.2-3.2对位的实现图像识别系统通过测量出两块玻璃各自的标记坐标,计算出两组标记即液晶玻璃的位置偏移量,向PLC输出数据.根据偏移量,PLC再控制相应X,l,和电机移动台板,修正位置偏移,然后对好位后贴合液晶玻璃.在标定及对位过程中,PLC与图像识别系统之间通过串行RS232进行各功能指令的实现.2010年7月张建军:图像识别技术在全自动对位贴合机的应用l原点位置I.鳓移动(A上I鹚幽移动(一Afl铀移动(A”上l轴移动(-A”0轴移动(A0)口轴移动(一A218轴移动A日)II;JJ旋转.1点I达原点位嚣,I动0ll移动fA01汁簿,邋过与移动源点的偏移餐来补旋转.的位髓翔旋转.I点剐达原点位嚣.1动储0轴移动(一A01计算A.通过与移动朦点的偏移蛩来补难旋转巾心的位嚣肖摄像头的倾斜及分辨率)计箨旋转轴的中心位鬣总结汁箅结粜,在原点位置反复执行图1系统坐标系标定步骤图3结束语实践证明,全自动对位贴合机的电气控制设计,引人先进的视觉系统技术进行定位运动,既实现了整机自动对位的功能,又保证了设备的高精度对位,并达到了5m以内,使设备达到液晶显示器生产线对位贴合机精度高,效率高和自动化程度高等要求.参考文献:【1】田村秀行.计算机图像处理M.北京:科学出版社,2004.2张广军.机器视觉【MJ.北京:科学出版社,2005.3贺智.机器视觉系统在LCD行业中的应用【JJ.电子T艺技术,2007,28(3):153156.4李俊岭,李岚,孙晓波等.视觉系统在超声打孔机中的应用J1.电子工艺技术,2009,30(2):110112.【5】白雁兵,高艳.机器视觉系统坐标标定与计算方法【J1.电子T艺技术,2007,28(6):354357.收稿13期:20100606(上接第214页)测量结果统计数据:方向:X=0.4卜LITI,=1.3m;向:Y=3.7m,O-r=1.1m;考