滴塑水晶滴胶(一种高精度机械手滴塑设备的开发应用)

Posted 2023-06-01

篇首语：仰天大笑出门去，我辈岂是蓬蒿人。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了滴塑水晶滴胶(一种高精度机械手滴塑设备的开发应用)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

滴塑水晶滴胶(一种高精度机械手滴塑设备的开发应用)

针对目前此种标签的滴塑方式，效率低，质量不能保证的情况下，成功开发出机械手滴塑方式，此技术国内领先。

目前公司传统的滴塑标签是利用人工来控制胶阀进行手工滴塑，生产效率低并且不能保证产品的滴塑公差范围尺寸，随着产品需求量的不断增加，要求保证滴塑尺寸精度的情况下提高工作效率，于是我们发挥公司的技术力量，计划开发出一种高精度机械手滴塑设备，来解决目前的生产瓶颈状况。我们利用"先工艺后设备"的指导思想，做工艺性试验。

我们提出了技术要求，利用设备厂家的现有设备进行工艺测试，滴胶精度由原来的±0.06克降为现在的±0.03克，能满足我们的产品精度。于是我们着手分步开发此设备：

机械手滴塑机是一个复杂的系统设备，需要对滴胶的流量和点胶位置精确的控制，影响滴胶精度控制的主要因素有：产品尺寸、夹具方式、滴塑方式、控制方式。最后我们决定要实现高难度的精度滴塑，必须引进视觉检测系统，来保证其检测精度高、动作响应快、可连续工作等特点。

滴胶的视觉系统的功能：

1）在滴胶工艺前必须对滴胶产品进行准确定位、自动生产滴胶的路径。

2）在滴胶工艺后，对滴的胶进行观察和测量，评估涂胶的尺寸和体积的一致性。

1.滴胶的工作原理

1.1定位方法：通过机器视觉对点胶位置自动检测，主要分为图像采集、图像处理和位置坐标的提取与输出三个部分。待定的产品正确装夹后，相机（CCD）按照涂胶区域的分割进行图像的分块采集，并将采集到的图像存储于工控机（IPC）内存中，当完整的产品图片采集后，IPC依次对所采集到的图像进行处理，拟合出滴胶位置区域轮廓的几何特征。最后依据点胶中心和点胶区域轮廓的几何特征，提取胶点中心的坐标数值，并通过IPC传输给机电执行机构，驱动运动平台到移动至正确的点胶位置。

1.2图像处理

滴胶中心位置的识别通常需要根据给定条件，或者点胶区域轮廓的几何特征来进行。针对应用的具体对象-细间距、不规则图案的产品采用阀值化与形态学的处理算法，在图中矩形区域为待检测的点胶区域，长条区域为引线区域。首先把得到的彩色图像转化为灰色图，以便于进一步的图像处理操作，为了减少图像的噪声，对灰度化的图像进行了平滑处理，通过灰度图像的阀值选取，获得了反映图像整体和局部特征的二值化图像。这既有利于提高目标轮廓的对比度，又便于图像的简化处理，减小数据量提高处理速度。同时阀值的可调性也大大提高了系统对工作的环境的适应性，即增强了系统对不同对象的识别能力。

由于被测区域并非为完整矩形而是包含了长条形的区域，因此可采用形态学处理，使用矩形结构元对图像进行腐蚀操作，比这个区域小的部分将被剔除掉，腐蚀操作具有对称性，在减少识别区域面积的同时，并不改变所选区域的中心位置坐标。随后通过膨胀操作使识别区域恢复到原来面积，得到完整的矩形，最后通过矩形拟合提取识别得到识别区域的中心坐标。

1.3测量系统的标定：

经过图像处理得到的点胶区域中心点坐标为相机坐标系的像素坐标，不能直接用于点胶机的运动平台，需要先行对测量系统进行标定，实施将点胶区域中心的像素坐标转化为运动平台的物理坐标。首先确定CCD的像素分辨率，运用标尺刻度与图像像素数之间的关系来计算得到每个图像的实际尺寸。标定采用打点法，即点胶机在标定板的任意位置上点胶打点，移动工作台使该点到达CCD原点，根据前后点胶打点的坐标之差来标定相机与点胶机的相对位置关系，

2.误差分析：

视觉检测系统的测量误差主要来自镜头畸变引起的光学误差、相机与胶点机安装平行度引起的模型误差以及图像处理操作带来的误差等三个部分。其中相机安装导致的模型误差和图像处理造成的误差可通过对相机模型的标定来加以修正。

相机实际的镜头并非理想的透视成像，而是存在不同程度的畸变，主要包括径向畸变、偏心畸变与薄冷静畸变。

3．视觉定位系统的的实现

视觉定位对象是具有较为复杂图形的带加工印制电路板，具体操作目标如下：通过图像分析，确定待点胶区域的中心位置，进而驱动三轴运动平台移动到恰当位置，完成点胶机的定位。

3.1整体样机系统

整体三坐标点胶系统包括台式机器人、气动电磁阀、点胶机、图像采集系统及IPC等五部分。其中气动电磁阀位于机器人的上部，通过压气管道与点胶阀相连，点胶阀安装于机器人的机械手臂上，可按照输入路径进行三轴精密移动；相机安装在机械手臂略微偏左位置，安装高度依据相机的光学参数而定，便于采集到清晰图像，光源置于相机左下侧。

3.2视觉系统的选型：

整个视觉定位系统包括三个模块：图像采集模块、图像分析模块和测量系统标定模块。图像采集模块负责获取图像，并通过合理的光源布置，使目标区域有合理的对比度，图像分析模块对采集的图形进行自动处理，提取点胶区域中心坐标，该坐标是相对于相机图像坐标系而言；测量系统标定模块有两个任务：1）确定相机的像素分辨率，即一个像素代表的实际距离2）确定相机图像坐标系和运动平台坐标系之间的关系，将点胶中心的图像坐标转换为可以驱动平台运动的物理坐标。

根据被测物体的特点，为获得对比度良好的图像，光源的布置方式通常有两种：1）直接明场正面照射，点胶区域为凸起的金属焊盘，其反射性强于背景，因而亮度较高，甚至达到饱和2）采用直接暗场正面照射，点胶区域是凸起的金属焊点，暗场照明也可突出这些部分，考虑到实施的便利性，采用了第一种光源布置方式。

3.3算法实现与实验：

以VC++作为开发平台，结合开源计算机视觉库，对图像处理算法进行了程序实现。采集到的彩色图像首先经过灰度化处理，带经过图像平滑，消除了部分噪声得到了灰度图，由于光照因素，目标区域亮度相对较高，选取适当阀值来区分背景与目标区域，经过二值化处理即可得到粗略的目标区域。光照强度的改变，引起背景与目标区域的灰度值的相对变化，因此二值化操作中的阀值需要根据光照条件的不同加以调节。为了得到规则矩形，便于中心坐标的提取，对二值化后的图像进行多次腐蚀操作，则图中比矩形区域面积小的"尾巴"将被慢慢去掉，得到中心位置不变的图形阵列，再对其进行膨胀操作，即得到完整的矩形阵列。

通过矩形拟合，提取出各个矩形中心坐标，左侧U、V分别为各个中心位置在图像坐标系中的像素坐标，右侧X、Y则为对应点的在机床坐标系下的实际坐标。通过模拟点胶试验，证明了该结果的准确性，其定位精度也满足了精确滴胶的需求。

4.结论：

研究了机器视觉的滴胶机定位系统，利用CCD相机对芯片的滴胶区域实施时扫描，采用平滑操作和二值化的方法对采集的图像进行预处理。再运用图像形态学操作提取点胶位置坐标，解决了传统点胶方式开环控制精度低，稳定性差等问题，试验结果表明，对滴胶位置的定位精度可达0.016mm,，能满足了芯片高精度滴胶的要求。

经设备开发应用后，滴胶精度由原来的±0.06克降为现在的±0.02克，能满足我们的产品精度要求，同时由原来的人工滴塑26人，降为现在的自动化滴塑5人，产量由原来的每班1.5万枚提高到现在的12万枚，此技术国内领先，填补国内空白。