CN1747647A - 一种贴片机自适应式光源照明系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种贴片机自适应式光源照明系统，包括光源控制器、光传感器矩阵、智能组合光源，光传感器矩阵安装在贴片机贴装头上，位于吸嘴前方，光源控制器安装于贴片机机箱内部，其包括传感器控制模块、光源亮度控制模块相互连接组成，智能组合光源安装在贴片机基座平台上，其包括边光气阀控制模块、组合光源、环形光角度步进电机控制模块相连接组成，传感器控制模块与光传感器矩阵、边光气阀控制模块、环形光角度步进电机控制模块分别连接，其还通过CAN总线和上位机连接，光源亮度控制模块与组合光源相连接。本发明可以实现在线调整光源组合情况、光源亮度值，提高生产效率，大大减少使实际生产时光源的调整时间，科学性高，成像质量好。
Description
技术领域
本发明涉及贴片机视觉系统的光源照明装置，具体是指一种贴片机自适应式光源照明系统及方法。
背景技术
贴片机控制系统中，需要对拾取的芯片进行视觉检测，借以纠正在芯片拾取过程中发生的不可控偏差。一般的，贴片机控制系统为此需求配置有视觉采集和处理系统，简称视觉系统。视觉系统可分为两大部分：光源照明系统和图像采集处理系统。光源照明系统负责对被检测物体提供合适的照明条件以形成适当质量的图像，而图像采集处理系统则负责采集和处理被检测物体的图像。
多功能贴片机要处理的元器件封装形式多样，有CHIP、SOP、SOIC、QFP、BGA、CSP、PLCC等。这些封装形式之间外观差异很大，有基本上是立方体的CHIP型，有带内凹管脚的QFP型，也有带球状突起的BGA型。就算是同种封装，在芯片截面积大小上也有很大差异，跨度从0.254ms×0.58ms到50ms×50ms。
各种元器件在外形和大小上的差异，对光源照明技术提出了较高的要求。在摄像照明领域，经过多年的摸索，人们总结出一系列经验性的原则，以对不同外形特征的物体进行恰当的照明使之清晰成像。将这些经验原则灵活运用于贴片机照明系统中，可以在实验室环境下使用相应的照明光源组合对各种外形的元器件恰当照明使之清晰成像。但是实际工业生产环境下的情况比实验室环境下的情况更复杂，一些在实验室环境下可行的方法在工业生产时是低效的甚至是不允许的，其需要解决的问题在于：
首先，由于不同外形的元器件所使用的照明光源组合有类型和参数上的差异，而目前市售的照明光源多为固定形式(指照射角度、光组合类型等)或者手动部分可调，因此需要在器件类型转换的时候进行光源组合的手工重组。这在实验室环境下完全没有问题，而在工业生产时却是及其低效率的。一块电路板上往往有多达十几种封装的元器件，如果在贴装完一种封装后要停下来进行光源的手工重组将大大降低工作效率。
其次，由于实际工业生产中的元器件和使用环境都存在可变因素，而目前的光源对这些可变因素是无法自动适应的。实际生产中，所贴元器件的材质、颜色和光洁度都会与做实验时有所不同，而图像处理算法的不同也会对图像的要求有所不同。如果图像处理软件里没有考虑到相关的情况(多数软件是无法将所有的可变情况都考虑到的)，当这些变换发生时，将出现软件误判的情况。严重时将不得不停止生产，需重新编写程序并调试，这将大大降低生产效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点与不足，提供一种可靠性高、组合灵活、适用面广、生产效率高的贴片机自适应式光源照明系统。
本发明的目的还在于提供上述贴片机自适应式光源照明系统的自适应照明方法。
本发明的目的通过下述方案实现：本贴片机自适应式光源照明系统包括光源控制器、光传感器矩阵、智能组合光源，所述光传感器矩阵安装在贴片机贴装头上，位于吸嘴前方，所述光源控制器安装于贴片机机箱内部，其包括传感器控制模块、光源亮度控制模块相互连接组成，所述智能组合光源安装在贴片机基座平台上，其包括边光气阀控制模块、组合光源、环形光角度步进电机控制模块相连接组成，所述传感器控制模块与光传感器矩阵、边光气阀控制模块、环形光角度步进电机控制模块分别连接，其还通过CAN总线和上位机连接，所述光源亮度控制模块与组合光源相连接。
为更好地实施本发明，所述传感器控制模块包括CPU模块、A/D转换模块相互连接组成，所述CPU模块设有边光气阀控制模块接口、环形光角度步进电机控制模块接口、上位机接口，所述A/D转换模块与光传感器连接；所述光源亮度控制模块包括光源控制器。
所述边光气阀控制模块包括气阀；所述环形光角度步进电机控制模块包括控制接口电路、单片机、电机脉冲分配器、步进电机驱动功率放大电路依次连接组成；所述组合光源与贴片机的CCD传感器同轴正对，其包括边光光源、低角度漫射光光源、环形光光源，所述边光光源通过顶针与边光气阀控制模块连接，所述环形光光源通过螺杆与环形光角度步进电机控制模块连接，所述边光光源、环形光光源、低角度漫射光光源从内向外同轴设置。
所述光传感器矩阵包括传感器、安装载体，所述安装载体是两个叠在一起的立方体，其模拟的是元器件的外观情况，光传感器安装在安装载体表面，光传感器的数目和具体安装位置根据所处理的元器件的尺寸而定，为了方便光传感器的安装定位，可以在安装载体上划分多个方格，方格的数目根据元器件和传感器的尺寸而确定。
上述贴片机自适应式光源照明系统的自适应照明方法，其步骤包括：
(1)根据专家经验对系统进行调试，确定各种封装芯片的光照原始参数指标，在上位机中建立专家系统。
(2)初步设置，当每次生产所贴装的元器件类别发生变化时，所述光源控制器从上位机中读取该类标准封装元器件的光照原始参数指标，所述传感器控制模块根据所述光照原始参数指标，通过边光气阀控制模块控制边光的升降，通过环形光角度步进电机控制模块控制环形光的照射角度，通过所述光源亮度控制模块设置组合光源的各个光源的亮度；
(3)贴装元器件过程中，当各个元器件的材质、颜色和光洁度发生变换时，系统根据识别结果的反馈在线确定光源调整增量矩阵R，所述传感器控制模块再根据R的值，通过边光气阀控制模块控制边光的升降，通过环形光角度步进电机控制模块控制环形光的照射角度，通过所述光源亮度控制模块设置组合光源的各个光源的亮度；
(4)贴装元器件过程中，系统根据光传感器矩阵的输入值变化以及图像质量的不同调整光照方案，当识别结果较差时，通过所述专家系统的各套照明方案对图像指标的满足程度的比较，自适应地更换适当的照明方案，对光源组合情况、光源亮度值进行调整。
上述建立专家系统的步骤包括：
(1)通过吸嘴吸住元器件，然后根据照明成像的经验调整所述智能组合光源的组合以及光源亮度；
(2)将所述光传感器矩阵和元器件一起经过光照区域并成像，根据图像质量调整所述智能组合光源组合以及光源亮度；
(3)清晰成像后，将所述智能组合光源的组合情况、光源亮度值以及光传感器矩阵的输入值作为该类标准封装元器件的光照原始参数指标，并存入上位机中，建立专家系统。
所述专家系统是一个数据库，其包括对各类标准封装元器件的图像定义的图像指标以及根据专家的经验，对各类标准封装元器件分别建立的一套以上的照明方案，所述图像指标其包括边缘区域、中心区域、管脚和背景对比度、轮廓边缘清晰度，所述照明方案包括根据各类标准封装元器件的图像指标对光源组合情况、光源亮度值进行调整的办法。
所述光源组合情况包括环形光照射角度，是否使用边光光源，是否使用低角度散射光光源。
本发明相对于现有技术具有如下的下的优点及效果：
(1)本发明在调试阶段获取各类元器件光照原始数据，并存入上位机中，建立专家系统，相对现有技术的经验调试，科学性更高，成像质量更好；
(2)本发明能自适应的根据各个元器件材质、颜色和光洁度的变化带来的干扰，在线调整光源组合情况、光源亮度值，提高生产效率，大大减少实际生产时光源的调整时间；
(3)本发明能根据光传感器矩阵的输入值变化以及图像质量的不同，通过所述专家系统自适应地选取适当的照明方案，在线调整光源组合情况、光源亮度值，使不同封装的元器件获得最好的图像质量。
附图说明
图1是本发明贴片机自适应式光源照明系统在贴片机中的安装位置示意图；
图2为本发明贴片机自适应式光源照明系统的结构方框图；
图3为图2所示传感器控制模块的结构方框图；
图4为图2所示环形光角度步进电机控制模块的结构方框图；
图5为图2所示组合光源的结构示意图；
图6为图2所示光传感器矩阵的安装载体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明贴片机自适应式光源照明系统中的光传感器矩阵100安装在贴片机贴装头上，位于吸嘴前方，智能组合光源200安装在贴片机基座平台上，光源控制器300安装在贴片机的机箱内部。
如图2所示，本贴片机自适应式光源照明系统包括光源控制器、光传感器矩阵、智能组合光源，光源控制器包括传感器控制模块、光源亮度控制模块相互连接组成，智能组合光源包括边光气阀控制模块、组合光源、环形光角度步进电机控制模块相连接组成，传感器控制模块与光传感器矩阵、边光气阀控制模块、环形光角度步进电机控制模块分别连接，其还通过CAN总线和上位机连接，光源亮度控制模块与组合光源相连接。
如图3所示，传感器控制模块包括CPU模块、A/D转换模块相互连接组成，CPU模块设有边光气阀控制模块接口、环形光角度步进电机控制模块接口、上位机接口，A/D转换模块与光传感器连接；光源亮度控制模块采用日本CCS公司的pd-3120-4型光源控制器。
边光气阀控制模块采用A040-4E1-56E型气阀进行单点控制；如图4所示，环形光角度步进电机控制模块包括控制接口电路、单片机、电机脉冲分配器、步进电机驱动功率放大电路依次连接组成；如图5所示，组合光源与贴片机的CCD传感器6同轴正对，其包括环形光光源1、边光光源2、低角度漫射光光源3，边光光源2通过顶针5与边光气阀控制模块连接，环形光光源1通过螺杆4与环形光角度步进电机控制模块连接，环形光光源1、边光光源2、低角度漫射光光源3从内向外同轴设置，组合光源采用日本CCS公司LDR32光源、LDR70A N光源改装型、LDL74*27光源、FPQ-120光源组合而成。
如图6所示，光传感器矩阵采用LX1970型光亮度传感器、安装载体7，安装载体7是两个叠在一起的立方体，其模拟的是元器件的外观情况，光传感器安装在安装载体表面，光传感器的数目和具体安装位置根据所处理的元器件的尺寸而定，为了方便光传感器的安装定位，可以在安装载体上划分多个方格8，方格8的数目根据元器件和传感器的尺寸而确定。
本发明贴片机自适应式光源照明系统的自适应照明方法，其工作方法为：
(1)根据专家经验对系统进行调试，确定各类标准封装元器件的光照原始参数指标，在上位机中建立专家系统。
专家系统是一个数据库，其包括对各类标准封装元器件的图像定义的图像指标以及根据专家的经验，对各类标准封装元器件分别建立的一套以上的照明方案，图像指标其包括边缘区域、中心区域、管脚和背景对比度、轮廓边缘清晰度，照明方案包括根据各类标准封装元器件的图像指标对光源组合情况、光源亮度值进行调整的办法。
光源的组合情况包括环形光照射角度，是否使用边光光源，是否使用低角度散射光光源。
(2)初步设置，当每次生产所贴装的元器件类别发生变化时，所述光源控制器从上位机中读取该类标准封装元器件的光照原始参数指标，所述传感器控制模块根据所述光照原始参数指标，通过边光气阀控制模块控制边光的升降，通过环形光角度步进电机控制模块控制环形光的照射角度，通过所述光源亮度控制模块设置组合光源的各个光源的亮度；
(3)贴装元器件过程中，当各个元器件的材质、颜色和光洁度发生变换时，系统根据识别结果的反馈，在线确定光源调整增量矩阵R，所述传感器控制模块再根据R的值，通过边光气阀控制模块控制边光的升降，通过环形光角度步进电机控制模块控制环形光的照射角度，通过所述光源亮度控制模块设置组合光源的各个光源的亮度；
(4)贴装元器件过程中，系统根据光传感器矩阵的输入值变化以及图像质量的不同调整光照方案，当识别结果较差时，通过所述专家系统的各套照明方案对图像指标的满足程度的比较，自适应地更换适当的照明方案，对光源组合情况、光源亮度值进行调整。
上述建立专家系统的工作方法为：
(1)通过吸嘴吸住元器件，然后根据照明成像的经验调整智能组合光源的组合以及光源亮度；
(2)将光传感器矩阵和元器件一起经过光照区域并成像，根据图像质量调整智能组合光源组合以及光源亮度；
(3)清晰成像后，将智能组合光源的组合情况、光源亮度值以及光传感器矩阵的输入值作为该类标准封装元器件的光照原始参数指标，并存入上位机中，建立专家系统。
如上所述，便可较好地实现本发明。
Claims (8)
1、一种贴片机自适应式光源照明系统，其特征在于：包括光源控制器、光传感器矩阵、智能组合光源，所述光传感器矩阵安装在贴片机贴装头上，位于吸嘴前方，所述光源控制器安装于贴片机机箱内部，其包括传感器控制模块、光源亮度控制模块相互连接组成，所述智能组合光源安装在贴片机基座平台上，其包括边光气阀控制模块、组合光源、环形光角度步进电机控制模块相连接组成，所述传感器控制模块与光传感器矩阵、边光气阀控制模块、环形光角度步进电机控制模块分别连接，其还通过CAN总线和上位机连接，所述光源亮度控制模块与组合光源相连接。
2、按权利要求1所述一种贴片机自适应式光源照明系统，其特征在于：所述传感器控制模块包括CPU模块、A/D转换模块相互连接组成，所述CPU模块设有边光气阀控制模块接口、环形光角度步进电机控制模块接口、上位机接口，所述A/D转换模块与光传感器连接；所述光源亮度控制模块包括光源控制器。
3、按权利要求1所述一种贴片机自适应式光源照明系统，其特征在于：所述边光气阀控制模块包括气阀；所述环形光角度步进电机控制模块包括控制接口电路、单片机、电机脉冲分配器、步进电机驱动功率放大电路依次连接组成；所述组合光源与贴片机的CCD传感器同轴正对，其包括边光光源、低角度漫射光光源、环形光光源，所述边光光源通过顶针与边光气阀控制模块连接，所述环形光光源通过螺杆与环形光角度步进电机控制模块连接，所述边光光源、环形光光源、低角度漫射光光源从内向外同轴设置。
4、按权利要求1所述一种贴片机自适应式光源照明系统，其特征在于：所述光传感器矩阵包括传感器、安装载体，所述安装载体是两个叠在一起的立方体，光传感器安装在安装载体表面。
5、权利要求1所述一种贴片机自适应式光源照明系统的自适应照明方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)对系统进行调试，在上位机中建立专家系统。
(2)初步设置，当每次生产所贴装的元器件类别发生变化时，所述光源控制器从上位机中读取该类标准封装元器件的光照原始参数指标，所述传感器控制模块根据所述光照原始参数指标，通过边光气阀控制模块控制边光的升降，通过环形光角度步进电机控制模块控制环形光的照射角度，通过所述光源亮度控制模块设置组合光源的各个光源的亮度；
(3)贴装元器件过程中，当各个元器件的材质、颜色和光洁度发生变换时，系统根据识别结果的反馈在线确定光源调整增量矩阵R，所述传感器控制模块再根据R的值，通过边光气阀控制模块控制边光的升降，通过环形光角度步进电机控制模块控制环形光的照射角度，通过所述光源亮度控制模块设置组合光源的各个光源的亮度；
(4)贴装元器件过程中，系统根据光传感器矩阵的输入值变化以及图像质量的不同调整光照方案，当识别结果较差时，通过所述专家系统的各套照明方案对图像指标的满足程度的比较，自适应地更换适当的照明方案，对光源组合情况、光源亮度值进行调整。
6、按权利要求5所述一种贴片机自适应式光源照明系统的自适应照明方法，其特征在于建立所述专家系统包括以下步骤：
(1)通过吸嘴吸住元器件，然后根据照明成像的经验调整所述智能组合光源的组合以及光源亮度；
(2)将所述光传感器矩阵和元器件一起经过光照区域并成像，根据图像质量调整所述智能组合光源组合以及光源亮度；
(3)清晰成像后，将所述智能组合光源的组合情况、光源亮度值以及光传感器矩阵的输入值作为该类标准封装元器件的光照原始参数指标，并存入上位机中，建立专家系统。
7、按权利要求5所述一种贴片机自适应式光源照明系统的自适应照明方法，其特征在于：所述专家系统是一个数据库，其包括对各类标准封装元器件的图像定义的图像指标以及根据经验值，对各类标准封装元器件分别建立的一套以上的照明方案，所述图像指标其包括边缘区域、中心区域、管脚和背景对比度、轮廓边缘清晰度，所述照明方案包括根据各类标准封装元器件的图像指标对光源组合情况、光源亮度值进行调整的办法。
8、按权利要求5所述一种贴片机自适应式光源照明系统的自适应照明方法，其特征在于：所述光源组合情况包括环形光照射角度，是否使用边光光源，是否使用低角度散射光光源。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: ZHAOQING HONGHUA ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Assignor: South China University of Technology Contract record no.: 2010440000624 Denomination of invention: Self-adaptive light-source illuminating system and method for paster Granted publication date: 20081119 License type: Exclusive License Open date: 20060315 Record date: 20100603 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081119 Termination date: 20210805 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |