武杰， 秦輝
（中國電子科技集團公司第二研究所， 山西 太原 030024）
摘要：為了提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，自動化設(shè)備漸漸取代了人工手動機臺。全自動 FOG（FPC On Glass）邦定機是實現(xiàn)柔性電路 FPC 和液晶玻璃或者觸摸屏機械連接邦定的一種自動化設(shè)備。因此，重點介紹了霍夫變換算法在 FPC 上料機中的應用，視覺系統(tǒng)在 FPC 上料機當中的應用，將極大地提高 FPC 上料機的上料效率。
關(guān)鍵詞：FOG邦定機、FPC上料機、霍夫變換
中圖分類號：TP 391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1003-773X（2018）06-0169-02
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(shè)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(shè)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(lǐng)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：
（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：
dn2- R2=（X - A）2+（Ya - B）2- R2=X n2+Y 2+aXn +bYn +c . （4）
圖1 圓弧周邊的點集
假設(shè)一個新方程：
那么 F（a，b，c）的偏導數(shù)為 0：
假設(shè)：
解方程（6）（7）（8）并帶入 M1、M2、M3、M4、M5，可得：
這樣通過霍夫變換，我們可以用 a、b、c 三個設(shè)定參數(shù)來表示圓心坐標以及圓半徑。
2、流程設(shè)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（0.000 367，0.000 178，0.001 535）。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。
小尺寸FPC（左） 檢測結(jié)果（右）
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。
返回視野中所有圓心（左） 返回最佳圓心（右）
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。
異形FPC 返回最佳圓心（左） 返回圓心和輔助圓心（右）
4、結(jié)語
FPC 自動上料機大大提高了全自動 FOG 生產(chǎn)設(shè)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(shè)備的技術(shù)水平，有著巨大的經(jīng)濟效益。
參考文獻
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[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).哈爾濱工業(yè)大學學報，2005，37（10）：1 394- 1 396.
[3]胡占義，吳福朝.基于主動視覺攝像機標定方法.計算機學報，2002（11）：1 150- 1 156
[4]David Manthey .General Least- Squares - Direct Solutions and Bundle Adjustments.Copyright:1999- 2005.
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