[實用新型]一種基于FPGA的貼片機快速定位系統

有效

• 申請號: 201120498957.5
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN202335090U
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉合安;周立波
• 申請（專利權）人: 湖南城市學院
• 主分類號: H05K3/30
• 分類號: H05K3/30
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 魏國先

技術領域：

本實用新型涉及一種數字圖像處理和自動控制技術領域，具體涉及一種基于FPGA的貼片機快速定位系統。

背景技術

貼片機是SMT生產線上的關鍵生產設備，研究和開發高速高精度的貼裝設備近年來一直是國外有關科研單位及大型電子設備制造廠商的重點目標。在貼片機控制系統中，對拾取的芯片進行視覺檢測是其中最重要的一環。由于多功能貼片機要處理的元器件封裝形式多樣化，考慮到各種元器件在外形和大小上的差異，對貼片機圖像處理技術提出了新的要求。

貼片機控制系統中，需要對掃描的芯片進行視覺檢測，需要配置有圖像采集和處理分析系統，簡稱視覺系統。圖像處理系統是貼片機視覺系統中的重要組成部分，它直接影響貼片機的工作質量。圖像處理系統引起的誤差，會影響整個系統的識別精度。多功能貼片機要處理的元器件封裝形式多樣，有CHIP、SOP、SOIC、QFP、BGA、CSP、PLCC等。這些封裝形式之間外觀差異很大，有基本上是立方體的CHIP型，有帶凹管腳的QFP型，也有帶球狀突起的BGA型。就算是同種封裝，在芯片截面積的大小上也有很大的差異，跨度從0.254ms×0.58ms到50ms×50ms。各種元器件在外形和大小上的差異，對圖像處理技術提出了較高的要求。在圖像處理領域，經過多年的摸索，人們總結出了一系列經驗性的原則，以對不同特征的數字圖像進行恰當的算法處理使識別目標更加清晰。將這些經驗原則靈活運用于貼片機定位系統中，可以在實驗室環境下使用相應的照明光源組合對各種外形的元器件適當圖像采集和目標識別。

實用新型內容：

本實用新型所要解決的技術問題是：解決上述現有技術存在的問題，而研制一種基于FPGA的貼片機快速定位系統，建立一套面對貼片機自適應光源的圖像采集系統和數字處理平臺，通過采集元器件當前圖像，并實時進行圖像處理。圖像采集處理系統以FPGA為核心實現數字圖像的高速處理和目標識別，提高系統的運行速度，提高系統的定位精度，降低設備的成本和復雜程度。

本實用新型采用的技術方案是：這種基于FPGA的貼片機快速定位系統，由成像系統、照明系統、圖像采集系統、圖像處理系統、目標識別系統和SOPC控制系統六個部分組成，以SOPC控制系統為中心，將各系統聯系在一起，照明系統為貼片機自適應光源系統，成像系統利用圖像傳感器直接采集物體表面圖像，輸出圖像數據連接至圖像采集系統，圖像采集系統讀取圖像數據輸出連接至圖像處理系統，圖像處理系統對圖像數據進行處理后，輸出連接至目標識別系統。

上述技術方案中，所述的成像系統由CPLD與圖像傳感器組成，兩者之間的接口主要包括電源線、地線、圖像數據信號、垂直同步信號、水平同步信號和像素同步信號線，CPLD與圖像采集系統之間的接口包括擴存儲數據總線、控制信號線、電源線、地線和輸入輸出端口。

上述技術方案中，所述照明系統的貼片機自適應光源系統為環形光源、條形光源和同軸光源三種LED光源的組合。

本實用新型的基于FPGA的貼片機快速定位方法，具有成像系統、照明系統、圖像采集系統、圖像處理系統、目標識別系統和SOPC控制系統，以SOPC控制系統為中心，將各系統聯系在一起；照明子系統由各類光源、光源控制器和照明方案組成，負責接收圖像處理系統發出的指令，并根據指令調速光源組合形式；成像系統利用圖像傳感器直接采集物體表面圖像，然后對圖像數據進行處理并傳輸給圖像采集系統；圖像采集系統完成對圖像數據緩存器FIFO的讀取，通過獲得圖像同步信號向DSP系統發出中斷信號；圖像處理系統對圖像進行降噪與增強的同步流水線處理；然后輸出連接至目標識別系統，目標識別系統以圖像匹配為基礎，把目標識別定位轉化為圖像匹配。

上述技術方案中，所述的照明系統為貼片機自適應光源，采用環形光源、條形光源和同軸光源三種LED光源組合方式，所述的LED光源采用可編程控制的LED光源。

上述技術方案中，所述的圖像處理系統對圖像進行降噪處理為：采用統計排序濾波器對圖像進行中值濾波，中值濾波器由FPGA來實現；所述的對圖像進行增強處理為：采用基于微分的細節銳化濾波器對圖像進行銳化處理，并采用Sobel算子對圖像進行邊沿檢測。

上述技術方案中，所述的目標識別系統包含三大核心部分：樣本圖像數據庫的建立、待識別圖像的規格化處理和匹配處理；建立樣本圖像數據庫主要是特征提取，將待識別的圖像變換成與樣本圖像相匹配的規格；匹配處理是比較樣本圖像與待識別圖像之間的特征相似度、完成匹配算法的過程。