武 杰， 秦 輝

（中國電子科技集團公司第二研究所， 山西 太原 030024）

引言

FOG邦定機主要由LCD上料機，ACF邦定、預壓邦定、主壓邦定以及FPC上料機，自動下料部分組成。整個設備邦定的工藝流程是：先將ACF導電膜貼附在液晶玻璃的ITO端子處；然后通過機械手搬運到預壓部分，依靠視覺系統(tǒng)將液晶玻璃與FPC采用低溫，小壓力黏附在一起；最后在主壓單元，采用高溫、大壓力、長時間的方式將黏接處的導電粒子壓碎并固化，既實現(xiàn)了單方向?qū)щ?，又將液晶玻璃與FPC邦定在一起。其中，F(xiàn)PC上料的作用是將FPC搬運到FOG邦定機預壓部分。FPC上料機最先采用的是機械定位方式，及把FPC放入提前刻好凹槽的料盤當中，算好料盤行列數(shù)和間隔距離，然后控制機械手自動走到每個定位位置，實現(xiàn)抓取上料。在實際生產(chǎn)當中，由于人工擺放，以及料盤規(guī)格存在誤差，經(jīng)常出現(xiàn)機械手走位不準確，吸取位置到了FPC邊緣或者到了料盤凸起部分，造成上料失敗，引起設備報警，暫停生產(chǎn)。本文將介紹一種霍夫變換算法，用視覺識別取代機械定位，可極大提升FPC上料機的取料成功率。

1 數(shù)學模型與算法

霍夫變換是現(xiàn)在視覺系統(tǒng)中常用的一種算法，它可以很好的對直線和曲線圖形進行識別。這一算法具有對局部缺陷不敏感、隨機噪聲魯棒性強、適合并行處理等特點，并且已經(jīng)廣泛應用于計算機視覺、圖像處理、機器視覺等領域[1]。下面是最小二乘法的霍夫變換的推導由來[2]。任意一個圓可由圓心坐標（A，B）和半徑R表示為：

變換一下公式（1），我們可以得到：

假設a=-2A，b=-2B以及c=A2+B2-R2，所以，圓參 數(shù) 可 以 表 示 為從而得到：

如圖1所示，如果圖上一系列小點集的坐標分別為{（X1，Y1），（X2，Y2），…，（Xn，Yn）}，這些點到圖中圓弧圓心的距離為 dn，根據(jù)公式（1）（3），可以得到：

圖1 圓弧周邊的點集

那么 F（a，b，c）的偏導數(shù)為 0：

假設一個新方程：

假設：

解方程（6）（7）（8）并帶入 M1、M2、M3、M4、M5，可得：

這樣通過霍夫變換，我們可以用a、b、c三個設定參數(shù)來表示圓心坐標以及圓半徑。

2 流程設計與實現(xiàn)

首先，相機在其視野內(nèi)拍攝圖像，程序會將拍到的圖片由彩色圖片自動轉(zhuǎn)換成為灰度圖，利用邊緣檢測索貝爾算子，找出邊緣點[3]。然后通過計算公式算出每個邊緣點在X、Y兩個方向上的梯度，并且應用霍夫變換，可以得到候補圓心點的坐標，統(tǒng)計不同半徑的頻次，將所有候補圓心由得票多少進行排序。最后，通過分析圓存在概率以及其峰值，遍歷每個候補圓心點，得票數(shù)高以及滿足固定靶標參數(shù)的閾值候補圓心可以被當做是最佳圓心，返回靶標圓的坐標[4]。流程圖如圖2。為了適應高精度的要求，我們將實際測量好的靶標圓心的半徑作為閾值，這樣可以快速排除大部分不在檢測范圍內(nèi)的圓半徑。

圖2 霍夫變換檢測圓心的流程圖

3 實驗結(jié)果與實際應用

為了評估該程序改進算法的準確率，我們選取了 50張擁有真實圓數(shù)據(jù)的的圖片，其中（a，b，r）分別表示為圓心X、Y向坐標以及圓半徑長度。根據(jù)這50組實驗數(shù)據(jù)，我們可以得到該程序檢測出的目標圓的平均誤差值為（0.068，0.023，0.133）；誤差的標準偏差為（0.000367，0.000178，0.001535）。此程序的運行精度完全可以滿足FPC上料機上料位置0.1以內(nèi)的誤差要求。

圖3所示為一種常見的小尺寸FPC，其中間部分有很明顯的logo可以被當做靶標供攝像頭識別，靶標的圓心所在位置也有利于機械手進行抓取。圖4為識別結(jié)果并且返回圓心坐標位置及其半徑。

圖3 小尺寸FPC

圖4 檢測結(jié)果

如果相機視野大，在一個視野中，會出現(xiàn)多個FPC，該程序可以將視野內(nèi)的靶標全部標出并返回給機械手，機械手判斷最近位置進行抓取，提高上料效率，如圖5；該程序也可以將視野中的靶標進行最優(yōu)排序，返回最佳靶標位置，這樣可以保證上料精度及準確率，如圖6。

圖5 返回視野中所有圓心

圖6 返回最佳圓心

在實際生產(chǎn)中，也會遇到一些異形FPC，拖著長長尾巴的FPC也是較常見的，如圖7所示，為了抓取牢靠，在FPC上料機上增加輔助吸嘴的機械結(jié)構(gòu)來保證抓取穩(wěn)固。該程序可以根據(jù)實際需要，返回機械手最佳單一坐標，或者同時返回靶標圓心位置和輔助靶標圓心位置，如圖8。

圖7 異形FPC返回最佳圓心

圖8 返回圓心和輔助圓心

4 結(jié)語

FPC自動上料機大大提高了全自動FOG生產(chǎn)設備的自動化程度，也減少了大量的人力成本，提高了生產(chǎn)效率。視覺系統(tǒng)在FPC上料機中的應用，進一步提升了自動化設備的技術(shù)水平，有著巨大的經(jīng)濟效益。

[1]HK Yuen,J Princen,J Illingworth,et.al.A comparative study of Hough Transform methods for circle finding[M].Copyright 1990 Published byElsevier B.V.，1990.

[2]崔繼文，譚久彬.基于約束抽樣Hough變換的圓輪廓快速檢測技術(shù)[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2005，37（10）：1394-1396.

[3]胡占義，吳福朝.基于主動視覺攝像機標定方法[J].計算機學報，2002（11）：1150-1156

[4]David Manthey.General Least-Squares-Direct Solutions and Bundle Adjustments[M].Copyright:1999-2005.