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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:歐炳輝
研究生(外文):PING-HUEI OU
論文名稱:軟性電路板尺寸漲縮機械視覺分類系統研發
論文名稱(外文):Research and Development of a Machine Vision Classification System for inspecting the varying dimensions of the Flexible Circuits
指導教授:林盛勇
指導教授(外文):Shen-Yung Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:機械與機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:134
中文關鍵詞:軟性電路板機械視覺分類影像比對
外文關鍵詞:FPCMachine Vision ClassificationPattern Match
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軟性電路板(Flexible Printed Circuits,FPC)組成材料PI(polyimide)具有受環境及外力產生伸縮的特性,時常造成製程中相關自動化設備無法全稼動生產,一般需要將FPC用二次元尺寸量測儀量测分類,但因二次元量测儀需將路徑走完一次才可完成量测一片FPC,速度緩慢造成產速降低及成本增加,故尺寸漲縮機械視覺(machine vision)分類系統研發是一重要課題。
本論文以研究開發一套具有機械視覺分類系統的設備,藉以達到提高產品良率增加設備稼動率及降低成本等目標。此系統必須涵蓋機械視覺辨識分類及機械定位兩大系統。機械視覺辨識系統則是透過攝影機的CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互補性氧化金屬半導體),配合光反射技術及USB介面針對影像中有興趣區域(Region of Interest,ROI),利用影像比對(Pattern Match) 作特徵點學習及生產特徵點搜尋,利用影像邊緣偵測技術(Edge Detection )作圓量測設定並擷取被測物光學點影像,作視覺迴授至PC進行分類運算,輸出量測及分類到顯示系統進行顯示與紀錄。最後透過實驗證明,本系統可達到快速且精密分類的預期目標。
One important raw material for Flexible Printed Circuits (FPC) is polyimide (PI) film. The film itself can easily be influenced by the climate and external forces and which cause changes in dimensional stability. These special characteristics often affect the automated production equipments unable to produce consistently. Normally one piece of FPC needs to pass through a dual dimensional inspection system process completely in order to distinguish defects and therefore slows down the production process and increases costs. Therefore it is an important discussion topic for the development of a machine vision inspection system to maintain the PI film dimensional stability during the FPC process.

This thesis discusses the development of a machine vision inspection system targeting many optimal objectives such as product quality, equipment utilization, and cost reduction. The system also needs to integrate both visual identification and mechanical positioning systems.

The machine vision inspection system works through CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) in its camera module together with light reflective technique and USB interface. It then conducts pattern matching analysis within the region of interest of the image field and runs a search thru the distinguished areas. In addition, the system utilizes image edge detection technology to set calculation specifications and acquire optical images of the object inspected. The system then finally feedbacks the algorithm data to PC for calculation and at last sends information results to monitor system for display, notifying areas to be segregated.

Last of all, this optical identification system is proven to be precise and efficient to properly isolate potential defective areas of the PI film in the FPC.
中文摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XIII
一 、緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 論文架構 6
二、研究方法與範圍限制 9
2.1研究方法 9
2.1.1機械定位 9
2.1.2機械視覺輔助分類 10
2.2研究範圍與研究限制 11
2.2.1本研究主要研究範圍 11
2.2.2本研究主要研究限制 11
三、軟性電路板尺寸漲縮機械視覺分類系統結構 13
3.1 軟性電路板簡介 13
3.2 結構名稱與標示 14
3.3 精密傳動模組簡介 16
3.3.1聯軸器介紹 17
3.3.2螺桿支撐座 20
3.3.3滾珠螺桿與螺帽 20
3.4 機械視覺系統簡介 23
3.4.1 機械視覺系統軟硬體架構 23
3.4.2 CMOS簡介 24
3.5 電控系統簡介 26
3.5.1 電控系統軟硬體架構 26
3.5.2 PC Based 26
3.5.3 I/O卡 27
3.5.4 AC伺服馬達簡介 28
3.5.5 馬達驅動器 28
3.5.6 運動控制卡簡介 28
3.5.7 ENCODER 簡介 28
3.5.8 SANER元件氣壓缸簡介 30
四、影像成像與處理原理 32
4.1 CMOS影像感測器成像原理 32
4.2 數位影像概說採集與格式轉化 33
4.2.1圖像格式轉化演算法設計 34
4.3影像比對法則及原理 36
4.3.1圖形辨識計算的原由 38
4.3.2正規化相關匹配法(Normalized Cross Correlation , NCC) 40
4.3.3圖像大小與角度旋轉 41
4.3.4幾何式圖形辨識法則 42
4.4 樣本影像比對與調整 43
4.4.1樣本選擇 43
4.4.2 搜尋範圍設定 44
4.4.3 樣本圖像比對參數設定 44
4.5 鏡頭對焦技術 45
五、機械系統硬體與控制 51
5.1運動控制基本架構說明 51
5.2 伺服馬達概要 52
5.2.1伺服馬達類別 52
5.2.2永磁式交流伺服馬達的工作原理 55
5.3馬達動態響應及參數調整 59
5.3.1 各軸馬達的特性資料及響應結果圖 60
5.4 交流永磁伺服馬達驅動系統 64
5.4.1伺服應用系統控制組成 65
5.4.2 驅動器脈波輸入模式 66
5.4.3增益調整 69
5.5馬達驅動器 72
5.6運動控制卡(軸控卡) 73
5.7脈波命令產生器 75
六、機械視覺系統硬體架構 78
6.1 光源選擇 78
6.2光源的照明方式 80
6.2.1 正面照明 81
6.2.2 反射性照明 81
6.2.3散射性照明 82
6.2.4 同軸性照明 82
6.2.5背後照明 83
6.2.6 結構照明 83
6.3光源模組的應用 84
6.3.1背向光源模組 84
6.3.2 環型光源模組 85
6.4訊號掃描 86
七、系統之整合 89
7.1 機械視覺分類系統整合架構 89
7.2 系統整合軟體 90
7.2.1 開發環境與工具 90
7.2.2 軟體架構 91
7.2.3 軟體運算流程 91
7.2.4 分類計算說明 94
7.2.5 軟體簡介 97
7.2.6 軟體操作流程圖 116
八、系統驗證 117
8.1 實驗計劃 117
8.2 結果與討論 119
九、 結論與未來展望 124
9.1 結論 124
9.2 未來展望 124
參考文獻 126
EXTENDED ABSTRACT 131
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