自動化對位平台

1. 演講題目
CCD 應用實例
- 自動化 XXY 對位平臺
中華科技大學
機械工程學系
By 業師 : 招永鈞
中華民國 101 年 5 月 24 日

2. CCD Elements
1. CCD 相機 : 解析度 , ex.100 萬畫素
2. 鏡頭 : 焦距 , ex. 65MM
3. 光源 : ex. 同軸光﹑環形光…
4. 機械平台 : XXY 三個運動方向
5. 影像擷取 : ex. BMP 圖檔﹑ Direct Show﹑ 擷取卡
SDK…
6. Image-processing : ex. Device Independent
Bitmap(DIB) ﹑ 變灰階﹑二值化…
7. 影像辨識﹑視覺開發軟體
8. AP 應用軟體功能

3. 視覺開發軟體 (AOI Software)
1. Quick-Vision
2. Euresys
3. Cognex
4. Mutech
5. Matrox
6. Coreco Imaging
7. Halcon
8. LabVIEW
9. …

4. AOI
1. AOI(Automatic Optical Inspection) 稱為自
動光學檢測
2. 影像辨識﹑瑕疵分類﹑二維條碼檢測﹑工業產
品品質檢測﹑生物醫學成像檢測﹑指紋辨識﹑人
像辨識﹑車牌辨識﹑機械視覺﹑多媒體技術應用
.

5. 觸控面板貼合機

6. 五個工作站
1. Loading Unloading(x1&x8 switches)﹑
2. CCD(up&down 兩 CCD, 固定不動 ; 先照
上模 , 再照下模 , 然後 XXY 對位 - 3 控 )
3. 下模點塗膠 (1 控 )
4. 合模 ( 吸真空 , 照 UV 燈 )
5. 上模點塗膠 (2 控 )

7. 上模平台

8. 下模平台

9. XXY 對位平台機構

10. XXY 對位平台機構運作
1. 平台四個角落 , 各有一個旋轉軸 , 水平或垂直
距離都是 315MM
2. 每個旋轉軸下 , 都有一組 XY 十字運動滑塊
3. 有三個十字運動滑塊裝有馬達 , 兩組做 X 方向
運動 , 另一組做 Y 方向運動
4. 兩個 X 馬達同方向運動 , 讓對位平台能做正負
X 方向運動
5. Y 馬達單獨作動 , 讓對位平台能做正負 Y 方向
運動
6. XXY 三馬達適當調整運動方向 , 以及行程 , 能
讓對位平台 , 對一旋轉位置點 , 做 CW 或 CCW
方向旋轉運動

11. CCD 模組

12. CCD 三種對位標靶
1. 十字標靶
2. 玻璃角落
3. 玻離加工過的角落

13. 四組對位標靶
1. 上模上標靶
2. 上模下標靶
3. 下模上標靶
4. 下模下標靶

14. 上模上十字標靶

15. 上模下十字標靶

16. 下模上十字標靶

17. 下模下十字標靶

18. 十字標靶影像辨識參數
1. X Length : 64 (pixel)
2. Y Length : 64 (pixel)
3. Pixel Width : 2 (pixel)
4. Cross Length : 40 (pixel)
5. Target Type : 0 ( 十字標靶 )

19. 上模上十字標變灰階二值化

20. 影像辨識 – 十字標靶蒐尋

21. 畫十字 Profile

22. 定十字中心位置

23. 十字標靶影像辨識 algorithm
1. 由 (640,480) 中點 (320,240) 開始 , 在右下
64x64 區間 , 做特徵比對
2. 由內向外每一 pixel step, 回字形 , CCW 方向 ,
做特徵比對 , 一比對成功 , 即跳出 routine
3. 十字標把中空白色十字為空方 , 若比對成功 ,
再由白色十字交點 , 向下蒐索不同色 pixel, 找
到後以 CCW 方向 , 蒐集邊界線 , 即黑色 pixel
十字標靶 , 亦即所謂的多方 , 做多方比對 ; 空
方跟多方都找到時 , 特徵比對結束

24. 上模上玻璃角落對位標靶

25. 上模下玻璃角落對位標靶

26. 下模上玻璃角落對位標靶

27. 下模下玻璃角落對位標靶

28. 玻璃角落標靶影像辨識參數
1. X Length : 64 (pixel)
2. Y Length : 64 (pixel)
3. Pixel Width : 2 (pixel)
4. Cross Length : 40 (pixel)
5. Target Type : 1 ( 玻璃角落標靶 )

29. 上模上玻璃角落標靶變灰階二值化

30. 影像辨識 – 玻璃角落標靶蒐尋

31. 上玻璃角落標靶影像辨識 algorithm
1. 由 (640,480) 中點 (320,240) 開始 , 在右下 (64+ x)x(64+ y)△ △ 區間 ,
做特徵比對
2. 由內向外每一 pixel step, 回字形 , CCW 方向 , 做特徵比對 , 一比
對成功 , 即跳出 routine
3. 上玻璃角落標靶 , 分水平線和垂直線 , 兩方向比對 :
- 水平線起自綠十字右端 , 水平向右 Cross Length 長度 ; 垂直線
起自
綠十字下端 , 垂直向下 Cross Length 長度 ;
- 水平線空方在下 , 為白色 pixelwidth 寬度 , 多方在上 , 為黑
pixelwidth
寬度 ; 垂直線空方在右 , 為白色 pixelwidth 寬度 , 多方在左 , 為
黑色
pixelwidth 寬度
- 水平線垂直線多空比對都成立 , 上玻璃角落標靶即找到 , 其定位
點
即綠十字中央交點 , 特徵比對結束

32. 上模上玻璃加工過的角落對位標靶

33. 上模下玻璃加工過的角落對位標靶

34. 玻璃加工過角落標靶影像辨識參數
1. X Length : 64 (pixel)
2. Y Length : 64 (pixel)
3. Pixel Width : 2 (pixel)
4. Cross Length : 40 (pixel)
5. Target Type : 1 ( 玻璃加工過的角落標靶 )

35. 上模上玻璃加工過的角落標靶變灰
階二值化

36. 影像辨識 – 玻璃加工過的角落上標
靶蒐尋

37. 影像辨識 – 玻璃加工過的角落下標
靶蒐尋

38. 下玻璃加工過的角落標靶影像辨識
algorithm
1. 由 (640,480) 中點 (320,240) 開始 , 在右上 (64+ x)x y,△ △ 以及在右
下 (64+ x)x64△ 區間 , 做特徵比對
2. 由內向外每一 pixel step, 回字形 , CCW 方向 , 做特徵比對 , 一比
對成功 , 即跳出 routine
3. 下玻璃加工過的角落標靶 , 分水平線和垂直線 , 兩方向比對 :
- 水平線起自綠十字右端 , 水平向右 Cross Length 長度 ; 垂直線
起自
綠十字上端 , 垂直向上 Cross Length 長度 ;
- 水平線空方在上 , 為白色 pixelwidth 寬度 , 多方在下 , 為黑
pixelwidth
寬度 ; 垂直線空方在右 , 為白色 pixelwidth 寬度 , 多方在左 , 為
黑色
pixelwidth 寬度
- 水平線垂直線多空比對都成立 , 下玻璃加工過的角落標靶即找到 ,
其定位點即綠十字中央交點 , 特徵比對結束

39. XXY 對位平台實做基本資料
1. 上模 Channel2 3﹑ 環形燈亮度 ; 下模 Channel5 6﹑ 同軸燈亮度
2. (pratiox, pratioy) : 4MM 校正長度 , 水平及垂直方向對應的 pixel 數目
3. RGB 灰階比例
4. 影像辨識參數
5. (xCCD, yCCD) : 上 CCD 對下 CCD 偏移量
6. ySMadjust : 上模貼片位置 y 方向調整距離
7. 標靶間距
8. (xrotpos, yrotpos) : 下模上下二標靶中點 , 距對位平台左下旋轉軸心 ,
水平及垂直距離
9. 上下模工件材料厚度
註 : 1. 對位旋轉不能大於 0.7 度
2. 對位平移不能大於 4MM

40. 上 CCD 對下 CCD 偏移量的求法
1. 上模下 CCD 照像 , 二值化 , 下標靶蒐尋
(xdn,ydn)
2. 上模往 +y 方向移動標靶間距 , 讓下標靶
來到上 CCD 的位置
3. 上模上 CCD 照像 , 二值化 , 下標靶蒐尋
(xcen,ycen)
4. xCCD = xdn – xcen
yCCD = -(ydn – ycen) + 標靶間距

41. XXY 對位平台實做步驟
1. 上模上 CCD 照像 , 影像翻轉 180 度 , 二值化 , 上標靶蒐尋 , x 加上
xCCD, y 加上上模貼片位置 y 方向調整距離 , 建立正確上模上標靶
座標
2. 上模下 CCD 照像 , 影像翻轉 180 度 , 二值化 , 下標靶蒐尋 , x 減掉
xCCD, y 加上上模貼片位置 y 方向調整距離 , 建立正確上模下標靶
座標
3. 上模雷射測高 , 上模工件垂直距離調整
4. 下模雷射測高 , 下模工件垂直距離調整
5. 下模上 CCD 照像 , 二值化 , 上標靶蒐尋
6. 下模下 CCD 照像 , 二值化 , 下標靶蒐尋
7. 上平臺兩標靶斜角減掉下平臺兩標靶斜角 , 做 XXY 對位平台的旋轉 ,
旋轉點 (xrotpos, yrotpos)
8. 下模上 CCD 再照像 , 二值化 , 上標靶蒐尋
9. 下模下 CCD 再照像 , 二值化 , 下標靶蒐尋
10. 下平臺兩標靶中點 , 減掉上平臺兩標靶中點 , 做 XXY 對位平台的水
平方向 , 以及垂直方向的平移

42. 結論
1. 兩 CCD 的位置 , 上下模貼片位置 , 上模旋轉軸線 , 在 global 座標系上 , 都不知道
2. 上下模 Y 方向移動多少距離 , 來照 CCD, 由腳本程式決定
3. Y 方向調整距離參數 , 在一輪之後 , 可適度調整
4. 上下模貼片位置 , 要讓兩個定位標把 , 能被 CCD 照到
5. 下模對位動作 , 先做旋轉再做平移 , 此因旋轉點並非精確位置 , 否則一次即可搞定
6. 若上下模工件放得不夠正 , 或標靶稍有缺失 , 可加大影像辨識參數的 pixelwidth, 使
貼合精度稍微失掉一點 , 換來系統的順利運作
7. 目前使用十字印刷標靶 , 以及工件邊角定位 ; 使用多空方特徵影像辨識技術
8. XXY 對位平台的目標 , 是使上下工件 , 上下標靶重合 , 產品能精密地貼合
9. 換上新的工件 , 要重新做的工作 :
- 求新的 4MM 校正長度 , 水平及垂直方向對應的 pixel 數目
- 設上模貼片位置 y 方向調整距離
- 下模上下二標靶中點 , 距對位平台左下旋轉軸心 , 水平及垂直距離
- 輸入新的標靶間距
- 設定新的影像辨識參數

43. 參考資料
1. Direct X 9.0 SDK Sample DirectShow Capture
2. Programming Windows, Charles Petzold, A Library for
DIBs
3. THK 對位平台 , THK CO., LTD.
4. 微奈米影像自動定位系統之研究 , 台科大粘朝益博士論
文 , CCD 影像對位結果
5. High Bright Technology, PC-SR 系列數位控制定電流
電源供應器外部控制說明 , 同軸燈﹑環形燈燈光控制
6. OMRON, Smart Sensors, Non-procedual
Communication Command Reference, Format ZS-LDC