武杰， 秦輝
（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所， 山西 太原 030024）
摘要：為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，自動(dòng)化設(shè)備漸漸取代了人工手動(dòng)機(jī)臺(tái)。全自動(dòng) FOG（FPC On Glass）邦定機(jī)是實(shí)現(xiàn)柔性電路 FPC 和液晶玻璃或者觸摸屏機(jī)械連接邦定的一種自動(dòng)化設(shè)備。因此，重點(diǎn)介紹了霍夫變換算法在 FPC 上料機(jī)中的應(yīng)用，視覺(jué)系統(tǒng)在 FPC 上料機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用，將極大地提高 FPC 上料機(jī)的上料效率。
關(guān)鍵詞：FOG邦定機(jī)、FPC上料機(jī)、霍夫變換
中圖分類(lèi)號(hào)：TP 391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-773X（2018）06-0169-02
引言
FOG 邦定機(jī)主要由LCD 上料機(jī)，ACF 邦定、預(yù)壓邦定、主壓邦定以及FPC 上料機(jī)，自動(dòng)下料部分組成。整個(gè)設(shè)備邦定的工藝流程是：先將 ACF 導(dǎo)電膜貼附在液晶玻璃的 ITO 端子處；然后通過(guò)機(jī)械手搬運(yùn)到預(yù)壓部分，依靠視覺(jué)系統(tǒng)將液晶玻璃與 FPC 采用低溫，小壓力黏附在一起；最后在主壓?jiǎn)卧?，采用高溫、大壓力、長(zhǎng)時(shí)間的方式將黏接處的導(dǎo)電粒子壓碎并固化，既實(shí)現(xiàn)了單方向?qū)щ姡謱⒁壕РＡc FPC 邦定在一起。其中，F(xiàn)PC 上料的作用是將 FPC 搬運(yùn)到FOG邦定機(jī)預(yù)壓部分。FPC上料機(jī)最先采用的是機(jī)械定位方式，及把 FPC 放入提前刻好凹槽的料盤(pán)當(dāng)中，算好料盤(pán)行列數(shù)和間隔距離，然后控制機(jī)械手自動(dòng)走到每個(gè)定位位置，實(shí)現(xiàn)抓取上料。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，由于人工擺放，以及料盤(pán)規(guī)格存在誤差，經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)械手走位不準(zhǔn)確，吸取位置到了 FPC 邊緣或者到了料盤(pán)凸起部分，造成上料失敗，引起設(shè)備報(bào)警，暫停生產(chǎn)。本文將介紹一種霍夫變換算法，用視覺(jué)識(shí)別取代機(jī)械定位，可極大提升 FPC 上料機(jī)的取料成功率。
1、數(shù)學(xué)模型與算法
霍夫變換是現(xiàn)在視覺(jué)系統(tǒng)中常用的一種算法， 它可以很好的對(duì)直線和曲線圖形進(jìn)行識(shí)別。這一算法具有對(duì)局部缺陷不敏感、隨機(jī)噪聲魯棒性強(qiáng)、適合并行處理等特點(diǎn)，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域 [1]。下面是最小二乘法的霍夫變換的推導(dǎo)由來(lái)[2]。任意一個(gè)圓可由圓心坐標(biāo)（A，B）和半徑R表示為：
（x- A）2+（y- B）2=R2 . （1）
變換一下公式（1），我們可以得到：
R2=x2- 2Ax+A2+y2- 2By+B2 . （2）
假設(shè) a=- 2A，b=- 2B 以及 c=A2+B2- R2，所以，圓參數(shù)可以表示為：A=a/- 2，B=b/- 2，。從而得到：
x2+y2+ax+by+c=0 . （3）
如圖 1 所示，如果圖上一系列小點(diǎn)集的坐標(biāo)分別為（{ X1，Y1），（X2，Y2），…，（Xn，Yn）}，這些點(diǎn)到圖中圓弧圓心的距離為 dn，根據(jù)公式（1）（3），可以得到：
dn2- R2=（X - A）2+（Ya - B）2- R2=X n2+Y 2+aXn +bYn +c . （4）
圖1 圓弧周邊的點(diǎn)集
假設(shè)一個(gè)新方程：
那么 F（a，b，c）的偏導(dǎo)數(shù)為 0：
假設(shè)：
解方程（6）（7）（8）并帶入 M1、M2、M3、M4、M5，可得：
這樣通過(guò)霍夫變換，我們可以用 a、b、c 三個(gè)設(shè)定參數(shù)來(lái)表示圓心坐標(biāo)以及圓半徑。
2、流程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
首先，相機(jī)在其視野內(nèi)拍攝圖像，程序會(huì)將拍到的圖片由彩色圖片自動(dòng)轉(zhuǎn)換成為灰度圖，利用邊緣檢測(cè)索貝爾算子，找出邊緣點(diǎn)[3] 。然后通過(guò)計(jì)算公式算出每個(gè)邊緣點(diǎn)在 X、Y 兩個(gè)方向上的梯度，并且應(yīng)用霍夫變換，可以得到候補(bǔ)圓心點(diǎn)的坐標(biāo)，統(tǒng)計(jì)不同半徑的頻次，將所有候補(bǔ)圓心由得票多少進(jìn)行排序。最后，通過(guò)分析圓存在概率以及其峰值，遍歷每個(gè)候補(bǔ)圓心點(diǎn)，得票數(shù)高以及滿足固定靶標(biāo)參數(shù)的閾值候補(bǔ)圓心可以被當(dāng)做是最佳圓心，返回靶標(biāo)圓的坐標(biāo)[4]。流程圖如圖 2。為了適應(yīng)高精度的要求，我們將實(shí)際測(cè)量好的靶標(biāo)圓心的半徑作為閾值，這樣可以快速排除大部分不在檢測(cè)范圍內(nèi)的圓半徑。
圖 2 霍夫變換檢測(cè)圓心的流程圖
3.、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際應(yīng)用
為了評(píng)估該程序改進(jìn)算法的準(zhǔn)確率，我們選取了 50 張擁有真實(shí)圓數(shù)據(jù)的的圖片，其中（a，b，r）分別表示為圓心 X、Y 向坐標(biāo)以及圓半徑長(zhǎng)度。根據(jù)這50 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們可以得到該程序檢測(cè)出的目標(biāo)圓的平均誤差值為（0.068，0.023，0.133）；誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差為（0.000 367，0.000 178，0.001 535）。此程序的運(yùn)行精度完全可以滿足 FPC 上料機(jī)上料位置 0.1 以?xún)?nèi)的誤差要求。
圖 3 所示為一種常見(jiàn)的小尺寸 FPC，其中間部分有很明顯的 logo 可以被當(dāng)做靶標(biāo)供攝像頭識(shí)別，靶標(biāo)的圓心所在位置也有利于機(jī)械手進(jìn)行抓取。圖4 為識(shí)別結(jié)果并且返回圓心坐標(biāo)位置及其半徑。
小尺寸FPC（左） 檢測(cè)結(jié)果（右）
如果相機(jī)視野大，在一個(gè)視野中，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)FPC，該程序可以將視野內(nèi)的靶標(biāo)全部標(biāo)出并返回給機(jī)械手，機(jī)械手判斷最近位置進(jìn)行抓取，提高上料效率，如圖 5；該程序也可以將視野中的靶標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)排序，返回最佳靶標(biāo)位置，這樣可以保證上料精度及準(zhǔn)確率，如圖 6。
返回視野中所有圓心（左） 返回最佳圓心（右）
在實(shí)際生產(chǎn)中，也會(huì)遇到一些異形 FPC，拖著長(zhǎng)長(zhǎng)尾巴的 FPC 也是較常見(jiàn)的，如圖 7 所示，為了抓取牢靠，在 FPC 上料機(jī)上增加輔助吸嘴的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)保證抓取穩(wěn)固。該程序可以根據(jù)實(shí)際需要，返回機(jī) 械手最佳單一坐標(biāo)，或者同時(shí)返回靶標(biāo)圓心位置和輔助靶標(biāo)圓心位置，如圖 8。
異形FPC 返回最佳圓心（左） 返回圓心和輔助圓心（右）
4、結(jié)語(yǔ)
FPC 自動(dòng)上料機(jī)大大提高了全自動(dòng) FOG 生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度，也減少了大量的人力成本，提高了生產(chǎn)效率。視覺(jué)系統(tǒng)在 FPC 上料機(jī)中的應(yīng)用，進(jìn)一步提升了自動(dòng)化設(shè)備的技術(shù)水平，有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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