一种小尺寸工件视觉定位系统的FPC弯折检测方法

一种小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法
技术领域
1.本发明涉及机械自动化领域，具体属于小尺寸屏幕检测领域；特别涉及一种小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法。


背景技术：

2.现有技术中小尺寸屏幕检测都需要将柔性电路板准确的放在电极片使屏幕点亮，通过观测亮度足够的屏幕才能够检测屏幕有无缺陷。柔性电路板位于小尺寸屏幕的右上方，当小尺寸屏幕移动时，由于柔性电路板的特性，常常会发生弯折的情况，这会造成定位误差较大的情况。柔性电路板的定位准确性对小尺寸屏幕检测效率有着很大的影响。
3.国内目前大多数企业采用人工的方式进行小尺寸工件的检测，在此过程中，由于工人长时间注视发光的工件容易产生疲劳，检测效率大打折扣，这对工件的质量影响极大。随着自动化生产线的广泛应用，这种以人眼检测的方式越来越不能满足现代化的生产需求。为了提高小尺寸工件定位系统的定位精度，便于后续的屏幕检测流程，提出了一种基于机器视觉计算柔性电路板定位位置的方法。


技术实现要素：

4.本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于机器视觉计算柔性电路板弯折位置的方法，此方法能够准确计算出柔性电路板的定位位置，有效的提高小尺寸工件定位系统的定位精度。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，包括：
6.步骤s1，采集待检测的柔性电路板的图像；
7.步骤s2，对采集的图像进行预处理；
8.步骤s3，进行特征提取，采集若干个导体中心点坐标值，并计算柔性电路板中轴线与中间轴y
ca
的夹角θ；
9.步骤s4，拟合特征提取中的曲线段，取得曲线段的中心坐标值；
10.步骤s5，计算柔性电路板弯折的定位位置。
11.本发明一个较佳实施例中，通过初步筛选，去除明显不符合要求的产品；使得待检测的柔性电路板的弯折状态如下：拍摄时待检测的柔性电路板的弯折程度与平整状态相比向上翘起的度数不超过5
°
，下垂的度数不超过10
°
。
12.本发明一个较佳实施例中，将采集的图像经过灰度变换，图像经过中值滤波以及二值化得到中间图像。
13.本发明一个较佳实施例中，通过视觉图像处理算法对所述对采集的图像进行预处理。
14.本发明一个较佳实施例中，特征提取过程中采用的视觉图像处理算法是halcon系统中smallest_rectangle1算子的方式提取导体轮廓，取得图像中柔性电路板上的导体的
轮廓中心点并获取图像中柔性电路板的轮廓中轴线与中间轴y
ca
的夹角θ。
15.本发明一个较佳实施例中，拟合特征提取中的曲线段是采用四点三次拉格朗日插值法将上述特征提取的图像中柔性电路板上的导体的中心点拟合成曲线段，从而得到图像中柔性电路板的中心点位置坐标即为a(xm,ym)，其中xm为曲线段上横坐标的中点，ym为曲线段上纵坐标的中点。
16.本发明一个较佳实施例中，所述在步骤5中，所述定位坐标b和旋转角度α通过以下公式求得；当θ≤0.05
°
时，b＝a，α＝0；当θ＞0.05
°
时，
[0017][0018]
联立求解获得获得定位坐标b(xn,yn)；
[0019]
本发明一个较佳实施例中，通过柔性电路板的轮廓特征提取导体轮廓。通过观察导体的几何特征，将导体看作长宽确定的矩形；利用halcon中的smallest_rectangle1算子提取导体的轮廓，再通过这些矩形，计算出其中心点坐标值，记录这些点的坐标值为(xi,yi)。其中i∈(1,2,3,4)，其中i是提取的导体轮廓编号。
[0020]
本发明一个较佳实施例中，通过四点三次拉格朗日插值的方法将步骤三所计算矩形的中心点(xi,yi)坐标值拟合成导体中心点所在曲线段；先是要决定拟合函数的型式，然后再决定拟合函数各项的系数。
[0021]
导体中心点所在曲线段方程为：
[0022]
y＝l1(x)y1+l2(x)y2+l3(x)y3+l4(x)y4；其中x，y是柔性电路板上的一个导体的中心点横纵坐标；样本点坐标(xi,yi)，其中i∈(1，2，3，4)，i是提取的导体轮廓编号，且这些导体轮廓编号是导体中心点所在曲线段作为等节距的点；
[0023]
其中,
[0024][0025][0026][0027]
其中，l(x)是拉格朗日插值基函数，从而确定其方程一般形式：y＝ax3+bx2+cx+d，通过拉格朗日的曲线方程计算出a,b,c,d；其中a为曲线方程的三次项系数；b为曲线方程的二次项系数；c为曲线方程的一次项系数；d为常数项。
[0028]
本发明一个较佳实施例中，定义曲线段起点坐标为(x0,yo),终点坐标为(xn,yn),取记xi＝x0+iδx，i∈(0,1,2......n-1)；x0～xn为曲线上等间距上点的横坐标，其间距为
[0029]
从而计算a点坐标值:根据方程一般形式求得曲线段中心点坐标:a(xm,ym)。
[0030]
根据上述实施例所揭露的技术方案，达到的有益效果是：
[0031]
公开的一种基于机器视觉计算柔性电路板弯折位置的方法，此方法能够准确计算出柔性电路板的定位位置，有效的提高小尺寸工件定位系统的定位精度。
[0032]
本发明的计算方法计算柔性电路板弯折后的位置即是柔性电路板中心位置不在中间轴上，通过末端执行器旋转后到达中间轴的位置。充分考虑了在实际生产过程中由于柔性电路板物理特性造成弯曲折叠的情况，从而精确的计算出定位坐标b和旋转角度α。考虑到机械手末端执行器的旋转特性，引入导体中轴线与导体中间y
ca
轴夹角θ，使得在定位精度能够满足的情况下提高计算的效率。
[0033]
提取导体轮廓过程中，采用halcon中smallest_rectangle1算子的方式提取4个导体的轮廓，可以通过限制矩形长度和宽度，有效排除图像内其他轮廓对计算过程的干扰。在拟合中心点a的所在曲线段时，采用四点三次拉格朗日插值的方法。
附图说明
[0034]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；
[0035]
图1是本发明一个优选实施例中小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法流程图；
[0036]
图2是本发明一个优选实施例中是本发明一个优选实施例中柔性电路板4个导体轮廓提取图；
[0037]
图3是本发明一个优选实施例中柔性电路板折弯后几何示意图；
[0038]
图4是本发明一个优选实施例中机械手调整小尺寸工件示意图；
[0039]
图5是本发明一个优选实施例中采集的图像经过经过中值滤波以及二值化得到中间图像；
[0040]
其中，1-柔性电路板，11-导体，2-机械手，3-末端执行器，4-旋转轴，
[0041]
0-旋转中心，y
ca-导体中间轴，θ-夹角，α-旋转角度，a-拟合中心点，b-定位坐标。
具体实施方式
[0042]
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0043]
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、底、顶等)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0044]
实施例一
[0045]
如图1-图5所示，一种小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，包括：
[0046]
步骤s1，采集待检测的柔性电路板的图像。
[0047]
具体的，在步骤s1前，通过初步筛选，去除明显不符合要求的产品；使得待检测的柔性电路板的弯折状态如下：拍摄时待检测的柔性电路板的弯折程度与平整状态相比向上翘起的度数不超过5
°
，下垂的度数不超过10
°
。
[0048]
步骤s2，对采集的图像进行预处理。
[0049]
具体地，将采集的图像经过灰度变换，图像经过中值滤波以及二值化得到中间图像。通过视觉图像处理算法对所述对采集的图像进行预处理。
[0050]
步骤s3，进行特征提取，采集若干个导体中心点坐标值，并计算柔性电路板中轴线与中间轴y
ca
的夹角θ。具体的，特征提取过程中采用的视觉图像处理算法是halcon系统中smallest_rectangle1算子的方式提取导体轮廓，取得图像中柔性电路板的轮廓中心点并获取图像中柔性电路板上的导体的轮廓中轴线与中间轴y
ca
的夹角θ。
[0051]
步骤s4，拟合特征提取柔性电路板上的导体中的曲线段，取得曲线段的中心坐标值。
[0052]
具体地，通过柔性电路板的轮廓特征提取导体轮廓。通过观察导体的几何特征，将导体看作长宽确定的矩形；利用halcon中的smallest_rectangle1算子提取导体的轮廓，再通过这些矩形，计算出其中心点坐标值，记录这些点的坐标值为(xi,yi)其中i∈(1，2，3，4)。所述通过四点三次拉格朗日插值的方法将步骤三所计算矩形的中心点(xi,yi)坐标值拟合成导体中心点所在曲线段；
[0053]
进一步的，先是要决定拟合函数的型式，然后再决定拟合函数各项的系数。
[0054]
设导体中心点所在曲线段方程为：
[0055]
y＝l1(x)y1+l2(x)y2+l3(x)y3+l4(x)y4；
[0056]
样本点坐标(xi,yi)其中i∈(1，2，3，4)为导体中心点所在曲线段作为等节距的点；i是提取的导体轮廓编号，且这些导体轮廓编号是导体中心点所在曲线段作为等节距的点；
[0057]
其中,
[0058][0059][0060][0061]
其中，l(x)是拉格朗日插值基函数，从而确定其方程一般形式：y＝ax3+bx2+cx+d，通过拉格朗日的曲线方程计算出a,b,c,d；其中a为曲线方程的三次项系数；b为曲线方程的二次项系数；c为曲线方程的一次项系数；d为常数项。定义曲线段起点坐标为(x0,yo),终点坐标为(xn,yn),取记xi＝x0+iδx，i∈(0,1,2......n-1)；x0～xn为曲线上等间距上点的横坐标，其间距为线上等间距上点的横坐标，其间距为从而计算a点坐标值:根据方程一般形式求得曲线段中心点坐标:a(xm),ym)。其中xm为曲线段上横坐标的中点，ym为曲线段上纵坐标的中点。
[0062]
步骤s5，计算柔性电路板弯折的定位位置。
[0063]
具体的，所述定位坐标b和旋转角度α通过以下公式求得；进一步的，以o为圆心oa
为半径r旋转至定位坐标b；当θ≤0.05
°
时，b＝a，α＝0；当θ＞0.05
°
时，联立求解获得获得定位坐标b(xn,yn)；
[0064]
实施例二
[0065]
如图2-图5所示，包括以下步骤：
[0066]
步骤s1：使用ccd工业摄像头拍摄的柔性电路板的图像，若柔性电路板在拍摄前，因其物理特性导致弯折程度过大，不能识别其导体，需在拍照前将此类产品检出，使得在定位精度能够得到满足的情况下提高计算的效率。
[0067]
具体的，通过初步筛选，去除明显不符合要求的产品；使得待检测的柔性电路板的弯折状态如下：拍摄时待检测的柔性电路板的弯折程度与平整状态相比向上翘起的度数不超过5
°
，下垂的度数不超过10
°
。
[0068]
步骤s2：将步骤一中得到的图像经过灰度变换，图像中值滤波，二值化等图像预处理操作，得到所需要的中间图像。图像处理的过程通过c#和halcon实现。
[0069]
步骤s3：如图2所示，将步骤二所获得的如图5所示的中间图像，通过柔性电路板的轮廓特征提取所有的导体轮廓。通过观察导体的几何特征，可近似将导体看作长宽确定的矩形。针对这个特点，利用halcon中的smallest_rectangle1算子提取导体的轮廓，再通过这些矩形，计算出其中心点坐标值，记录这些点的坐标值为(xi,yi)其中i∈(1，2，3，4)。
[0070]
步骤s4：通过四点三次拉格朗日插值的方法将步骤三所计算矩形的中心点(xi,yi)坐标值拟合成导体中心点所在曲线段。四点三次拉格朗日插值的方法拟合的曲线段，计算的导体中心点不仅精度高，而且可以排除因焊接加工误差对的计算影响。首先是要决定拟合函数的型式，然后再决定拟合函数各项的系数。
[0071]
设导体中心点所在曲线段方程为：y＝l1(x)y1+l2(x)y2+l3(x)y3+l4(x)y4；
[0072]
样本点坐标(xi,yi)其中i∈(1，2，3，4)为导体中心点所在曲线段可看作为等节距的点。
[0073]
其中,
[0074][0075][0076][0077]
其中，l(x)是拉格朗日插值基函数，从而确定其方程一般形式：y＝ax3+bx2+cx+d，通过拉格朗日的曲线方程计算出a,b,c,d；其中a为曲线方程的三次项系数；b为曲线方程的二次项系数；c为曲线方程的一次项系数；d为常数项。定义曲线段起点坐标为(x0,yo),终点坐标为(xn,yn),取记xi＝x0+iδx，i∈(0,1,2......n-1)；x0～xn为曲线上等间距上点的横坐标，其间距为线上等间距上点的横坐标，其间距为从而计算a点坐标值:
根据方程一般形式求得曲线段中心点坐标:a(xm,ym)。其中xm为曲线段上横坐标的中点，ym为曲线段上纵坐标的中点。
[0078]
步骤s5：如图3所示，以o为圆心oa为半径r旋转至定位坐标b。记导体中心点所在中轴线与中间轴y
ca
夹角θ，旋转中心记作o：(xn,yn),a点旋转至中间轴y
ca
记作b，旋转角度记作α。经过生产过程的实验验证，当θ小于0.05
°
时其弯折不影响柔性电路板的定位精度；当θ大于0.05
°
时其弯折就影响柔性电路板的定位精度。此时需要计算出b点和旋转角度α，定位坐标b和旋转角度α通过以下公式求得；当θ≤0.05
°
时，b＝a；α＝0；当θ＞0.05
°
时，联立求解获得定位坐标b(xn,yn)，则
[0079]
步骤s6：如图4所示为机械手调整小尺寸工件示意图，在计算出柔性电路板定位坐标b和旋转角度α后，通过机械手带动小尺寸工件运动可以解决柔性电路板因其物理特性折弯后导致的定位误差，提高小尺寸工件的定位精度。
[0080]
工作原理：
[0081]
如图1-图5所示，本发明的计算方法计算柔性电路板弯折后的位置即是柔性电路板中心位置不在中间轴上，通过末端执行器旋转后到达中间轴的位置。本发明充分考虑了在实际生产过程中由于柔性电路板物理特性造成弯曲折叠的情况，从而精确的计算出定位坐标b和旋转角度α。本发明考虑到机械手末端执行器的旋转特性，引入导体中轴线与导体中间轴y
ca
夹角θ，使得在定位精度能够满足的情况下提高计算的效率。本发明考虑到柔性电路板弯曲折叠过大时不能识别其导体，需在拍照前将此类产品检出，使得在定位精度能够满足的情况下提高计算的效率。本发明考虑到在提取导体轮廓过程中，采用halcon中smallest_rectangle1算子的方式提取4个导体的轮廓，可以通过限制矩形长度和宽度，有效排除图像内其他轮廓对计算过程的干扰。本发明在拟合中心点a的所在曲线段时，采用四点三次拉格朗日插值的方法，可以有效提高定位坐标b和旋转角度α的计算精度。以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

技术特征：
1.一种小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于，包括：步骤s1，采集待检测的柔性电路板的图像；步骤s2，对采集的图像进行预处理；步骤s3，进行特征提取，采集若干个导体中心点坐标值，并计算柔性电路板中轴线与中间轴yca的夹角θ；步骤s4，拟合特征提取中的曲线段，取得曲线段的中心坐标值；步骤s5，计算柔性电路板弯折的定位位置。2.根据权利要求1所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：通过初步筛选，去除明显不符合要求的产品；使得待检测的柔性电路板的弯折状态如下：拍摄时待检测的柔性电路板的弯折程度与平整状态相比向上翘起的度数不超过5
°
，下垂的度数不超过10
°
。3.根据权利要求1所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：将采集的图像经过灰度变换，图像经过中值滤波以及二值化得到中间图像。4.根据权利要求1所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：通过视觉图像处理算法对所述对采集的图像进行预处理。5.根据权利要求1所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：特征提取过程中采用的视觉图像处理算法是halcon系统中smallest_rectangle1算子的方式提取导体轮廓，取得图像中柔性电路板上的导体的轮廓中心点并获取图像中柔性电路板的轮廓中轴线与中间轴yca的夹角θ。6.根据权利要求5所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：拟合特征提取中的曲线段是采用四点三次拉格朗日插值法将上述特征提取的图像中柔性电路板上的导体的中心点拟合成曲线段，从而得到图像中柔性电路板的中心点位置坐标即为a(x
m
,y
m
)，其中xm为曲线段上横坐标的中点，ym为曲线段上纵坐标的中点。7.根据权利要求6所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：所述在步骤5中，所述定位坐标b和旋转角度α通过以下公式求得；当θ≤0.05
°
时，b＝a，α＝0；当θ＞0.05
°
时，联立求解获得获得定位坐标b(x
n
,y
n
)；8.根据权利要求7所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：所述通过柔性电路板的轮廓特征提取导体轮廓。通过观察导体的几何特征，将导体看作长宽确定的矩形；利用halcon中的smallest_rectangle1算子提取导体的轮廓，再通过这些矩形，计算出其中心点坐标值，记录这些点的坐标值为(x
i
，y
i
)其中i∈(1，2，3，4)，i是提取的导体轮廓编号。
9.根据权利要求8所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：所述通过四点三次拉格朗日插值的方法将步骤三所计算矩形的中心点(x
i
,y
i
)坐标值拟合成导体中心点所在曲线段；定义拟合函数的型式，然后再定义拟合函数各项的系数；导体中心点所在曲线段方程为：y＝l1(x)y1+l2(x)y2+l3(x)y3+l4(x)y4；其中x，y是柔性电路板上的一个导体的中心点横纵坐标；样本点坐标(x
i
,y
i
)，其中i∈(1，2，3，4)，i是提取的导体轮廓编号，且这些导体轮廓编号是导体中心点所在曲线段作为等节距的点；其中,其中,其中,其中,其中，l(x)是拉格朗日插值基函数，从而确定其方程一般形式：y＝ax3+bx2+cx+d，通过拉格朗日的曲线方程计算出a,b,c,d；其中a为曲线方程的三次项系数；b为曲线方程的二次项系数；c为曲线方程的一次项系数；d为常数项。10.根据权利要求9所述的小尺寸工件视觉定位系统的fpc弯折检测方法，其特征在于：定义曲线段起点坐标为(x0,y
o
),终点坐标为(x
n
,y
n
),取记x
i
＝x0+iδx；i∈(0，1，2.....n-1)；x0～xn为曲线上等间距上点的横坐标，其间距为x0～xn为曲线上等间距上点的横坐标，其间距为从而计算a点坐标值:根据方程一般形式求得曲线段中心点坐标:a(x
m
,y
m
)。

技术总结
本发明公开一种小尺寸工件视觉定位系统的FPC弯折检测方法，包括：采集待检测的柔性电路板的图像，对采集的图像进行预处理；进行特征提取，采集若干个导体中心点坐标值，并计算柔性电路板中轴线与中间轴y


技术研发人员：王义文 王志耀 周丽杰 付鹏强 蒋银红
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2023.04.02
技术公布日：2023/7/12