1、请用蓝黑或碳素墨水书写硕 士 研 究 生 学 位 论 文工 作 计 划 及 开 题 报 告 书学 号 0731820017研 究 生 姓 名 姜 利学 科 、 专 业 机 械 工 程研 究 方 向 机 器 视 觉指 导 教 师姓 名 、 职 称 朱 灯 林 教 授培 养 学 院 机 电 工 程 学 院开题报告时间 2009 年 3 月 5 日河海大学研究生院制表说 明1. 学位论文计划应在导师的指导下按照培养方案要求制定。2.开题报告一般安排在第三学期，开题报告在负责培养的学院进行，由导师主持并邀请同行专家参加。3. 开题报告的时间、地点须提前三天公布，欢迎师生参加旁听。4. 论文计划及开题报
2、告书（空白表）由负责培养的学院于研究生入学后的第三学期初发放，第四学期初交学院汇总后存档，以备研究生院审查。5. 本材料系永久性档案，请用蓝黑、碳素墨水或墨汁等耐久材料书写。6. 本表可以下载打印，打印时请使用 A4 纸正反打印，不得改变表格内容及格式。签名部分必须由签名者亲笔签署。7.有关详细规定请查阅河海大学研究生工作手册 。论文计划及开题报告计划论文题目 SMT 贴装元器件的图像检测技术研究预 计经 费选题来源选择打（）1、 国 家 计 委 、 科 委 项 目 （ ） ；2、 国 家 经 贸 委 项 目 （ ） ；3、 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ ） ；4、 国 务 院
3、其 它 部 委 项 目 （ ） ；5、 主 管 部 门 （ 部 委 级 ） 项 目 （ ） ；6、 省 ， 市 ， 自 治 区 项 目 （ ） ；7、 学 校 级 项 目 （ ） ；8、 自 选 项 目 （ ） ； 9、 其 它 （ ） 。约 元预计完成日期 年 月主要内容（参考下列几方面）1. 论文的选题依据，本课题在国内外的研究动态；2. 课题在理论或实际应用方面的意义、价值以及可能达到的水平；3. 本人对此课题开展研究的设想，拟解决哪些重点问题； 4. 工作计划，技术路线，实验方案，预期结果；5. 预计工作量及进度安排。计划及报告具体内容：1. 论文的选题依据，本课题在国内外的研究动态；
4、表面组装技术(SMT)涉及电子元器件、组装装备、焊接方法和组装辅助材料等内容，是用来将电子元器件组装（又称为贴装）到印刷电路板（PCB ）上的综合性技术，是八十年代以来国际上最热门的新一代电子组装技术，被认为是电子组装技术上的一次革命。贴片机是 SMT 装配线中最关键的设备，它通过贴装头实现吸取-位移- 定位-放置等几个动作，把 SMD 元件快速而准确地贴装到PCB 上的焊盘位置，其价格通常占装配线设备总价的 50%，增长的速度很迅猛，潜在的市场也是惊人的。贴装时间决定着整条生产线的效率，因此想办法提高贴片机的贴片速度成了一个至关重要的问题。贴片机系统中, 贴装作业广泛采用计算机视觉系统来进行
5、元件识别和缺陷分析、元件定位误差分析与计算、PCB 标示点检测等方面, 相比以前的机械式方法大幅度提高了整个系统的速度和精度，满足了日益精密的电子产品的贴装要求。为 SMT 生产线提高生产效率，除了对贴片机的贴装过程的工艺进行优化外，大幅度提高视觉系统图像处理的速度是一个非常有效的办法。一旦将单个元件的图像处理时间减少，对于一条批量生产有着成百上千元件的 PCB 生产线来说，节约的时间将是相当可观的。所以可以说，贴片机元器件的视觉检测技术是当今 SMT 的核心技术。国外贴片机设备制造商一直致力于追求开发更高精度和更快速度的贴片机，早在上世纪末他们就将计算机高精度视觉检测技术广泛应用于贴片机的贴
6、装过程中，实现了贴片机高速高精度的要求，目前已能实现 01005(0.4mm0.2mm)元器件的贴装，速度达到 0.06 秒片。业界普遍认为当前贴片机精度已经能够涵盖市面上现有产品的需求，同时单机速度已接近于一个极限，速度上的不足更多可以通过多台设备并行处理解决。国际上生产贴片机的公司主要有环球仪器、飞利浦旗下的安比昂、西门子和松下等，我国的高速高精度贴片机主要还是依靠从这些大公司进口，虽然这些国外主要厂商已经纷纷进入中国，但是其贴片机的核心部件生产和研发中心仍在国外。在贴片机视觉检测的图像处理方面，他们针对贴片要求算法计算量竟可能小的情况，提出了分级匹配、相似性检测（SSDA ） 、利用插值
7、确定参考图像亚像素位置等以及一系列对这些算法进行的改进算法，针对不同的应用选择不同的算法，不仅减小了处理时的计算量，也满足了贴片机对精度的要求。国内 SMT 设备的研制水平非常落后，目前除了能制造出一定水平的丝印机焊接和清洗设备外，还不能制造高性能贴片机系统装备。80 年代中后期开始电子部先后有一些单位从事过贴片机的研制工作，遗憾的是由于高精度视觉检测辅助定位等先进技术没有融合进这些装备中，使得严重影响贴片机性能的贴装精度、速度等性能指标总是在低等级徘徊。研制的机型根本不能满足高精度小尺寸元件对贴片装备的要求，同时，这些单位在取得阶段性成果后，由于资金、视觉检测等贴片机相关技术没有组织研究等各
8、方面的原因，未能紧跟国际先进贴片机技术发展趋势继续进行开发，反而停滞下来，所以直到现在我国仍然没能掌握贴片机视觉检测辅助贴装定位核心技术，带视觉系统的进口自动贴片机仍然一统国内 SMT 领域。目前国内如上海交通大学、华南理工大学以及西门子公司在同济大学成立的 SMT 先进工艺研究室等各高校、科研机构和企业已陆续开展贴片机相关技术的研究，对控制系统的设计、贴装过程优化和视觉检测等技术提出了自己的一些观点和方法，但贴装精度和速度仍达不到目前世界上最高的水准，和国外最先进的贴片机技术仍然有一定的差距。基于我国微电子产业高速发展的需要，提出了 SMT 贴装元器件的图像检测技术研究这一课题。该研究将使我
9、们掌握高性能贴片机视觉定位核心技术，打破国外在高性能贴片机技术方面的垄断地位，为推动我国半导体贴装装备的发展奠定坚实的基础。2. 课题在理论或实际应用方面的意义、价值以及可能达到的水平；迄今为止，国内的所有带视觉功能的全自动贴片机中全部依赖进口，仅 2006 年就进口了10361 台，耗资 16.95 亿美圆。因此，在国家高新技术产品目录中，全自动精密贴片机被列为最高级别的急需设备。高精度机器视觉定位系统和高精度、高速、多功能是它们最基本的特征。在高精度机器视觉辅助下，可贴装的阻容元件尺寸达到了 1005、0603 甚至更小。目前的代表性机型有MultiTroniks 公司的 LVX-I、MY
10、DATA 公司的 MY9 、 Panasonic 公司的 MPAG3、MSHG3 等系列。YAMAHA 公司的 YV88X 机型达到了 0.08mm ( 片式元件 )、0.04mm（QFP 元件）的贴装精度，其它公司生产的高精度贴片机由于采用了先进的激光图像定位技术，也把定位精度控制在 0.08-0.1 mm ( 片式元件)和 0.04-0.05mm（QFP 元件）以内。从当今国外研制的高性能贴片机，可以看出：由于采用了高精度、高速、非接触图像定位技术，提高了元件位置精度的检测能力，使得贴片机性能大大提高。然而，先进的视觉定位技术常常被专利所保护或长期不对外公开。长期以来，国内在研的 SMT
11、设备广泛依赖国外的视觉系统软件，在核心技术上受制于人，使设备的成本大大提高，产品的竞争力受到了极大的限制。因此，突破视觉定位技术难关、紧跟国外先进技术成为研制先进贴片设备首要解决的问题。通过研究，将针对 SMT 贴装过程中对元器件视觉检测的特殊要求，建立高精度的图像快速处理算法和视觉检测中的模式匹配算法，通过和视觉控制系统的结合实现 SMT 元件的高速、高精度识别和定位，满足贴装速度和精度要求。3. 本人对此课题开展研究的设想，拟解决哪些重点问题；1. 高精度的快速图像处理算法，高精度和高速度在图像处理技术中一直都是一个矛盾的问题因此如何选取合适的算法，寻找高精度和高速度之间的最佳平衡点是需要
12、升入研究的重点、难点问题；2.视觉检测中元件的识别和缺陷分析，判断芯片是否与模型匹配，包括：检测芯片的尺寸、芯片的引脚数、芯片是否处于正确的状态中，并确认没有任何的损坏等；3.SMT 元件定位误差的分析与计算，计算贴片头在 PCB 上贴装时的位移和角度补偿量，在实现功能的同时，以减少计算量为原则，要求算法以最快的速度完成这些工作并要保证处理结果的准确性。为完成以上贴片机的功能和任务，本课题研究视觉检测图像处理技术中针对贴装过程各个步骤不同需要的图像处理算法，对贴片机获取的数字图像进行分析处理。在图像图像平滑预处理时，参考高斯滤波、中值滤波、Lee 滤波、均值滤波、边缘保持滤波等算法，抑制不需要
13、的变形或者增强某些对于后续处理重要的图像特征。在图像分割时，根据试验选取适当的阈值，将目标图像从背景中分离出来，为后续图像处理任务提供更加准确的数据信息。在图像边缘提取中，应用合适的算法快速而准确地定位目标的特征点，提取出贴装元器件的边缘特征点。在图像处理最后完成的图像匹配任务中，基于目前最有效的点模式匹配算法，通过分析筛选出合适的特征点进行匹配，对点模式匹配算法进行一定的改进，完成目标和模板特征点集的匹配，得到点集间的相对位置。最后再计算出元件定位中关于角度和位移的误差补偿量。高精度的快速图像处理算法是 SMT 视觉中的关键核心问题之一。研究快速图像处理算法和视觉检测中的模式匹配算法是本研究
14、的核心内容。4. 工作计划，技术路线，实验方案，预期结果；本课题的研究拟通过以下几个步骤完成对贴片机视觉检测技术的开发工作：1. 查阅大量国内外关于 SMT 生产线、贴片机和图像识别处理最前沿的技术资料，在了解整个贴片机和 SMT 生产线工作的原理及其技术的基础上；吃透贴片机视觉系统实现的方法和理论。2. 重点研究对元件缺陷检查和 SMT 元件定位误差分析与计算实现的算法进行分析，重点研究图像预处理、阈值分割、边缘提取和图像匹配的高精度快速算法，针对不同的情况选取相应合适的算法进行计算，用尽可能少的计算量保障高速和高精度的计算速度，参考借鉴图像识别处理技术在面部识别、智能交通等其他领域应用所具
15、有的先进技术经验和成果，借鉴到高精度贴片机视觉检测上，最好能够在参考别人已有成果的基础上，对其进行改进并提出自己新的方法和观点，最终提高图像处理速度，最终建立一整套适合贴片机视觉检测技术的图像处理算法；3. 分析、研究和应用国外关于图像处理的软件，通过 Vc+编程对算法进行模拟计算，解决图像处理算法中的一些重点难点问题，实现各类算法对图像的处理和匹配，计算出贴装元件和目标物体各预期值和定位误差补偿量；4. 总结研究经验，撰写论文。将贴片机视觉检测技术的研究成果应用于贴片机的生产研制当中，使其达到国内对高速高精度体片机的要求。5. 预计工作量及进度安排。预计用一年半时间完成本课题的各项研究目标，
16、具体进度安排如下：2008.09-2008.12 科研调查，阅读相关文献，整理材料；2009.01-2009.08 总体方案设计，理论分析和推导；2009.09-2009.11 编程计算，实验仿真；2009.12-2010.01 课题总结，撰写论文；2010.01-2008.03 修改论文，准备答辩。参考文献：1 孙红飚,银万根,荆秀莲, SMD 与贴片机,电子工艺技术, 1999,20(02):55-572 胡耀明 ,给予视觉的高速高精度贴片机系统的程序实现J, 计算机集成制造系统-CIMS,2003(9)760-7643 Rosenfel.A,Kak.A C,Digital Picture
17、 ProcessingM.Orlando:Academic Press，19824Yali Amit, Augustine Kong. Graphical Templates for Model Registration. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1996.3, Vol.18(3)225-2365 Mitsa, T.; Qian, J. Image registration using elastic contours and internal landmarks. Instrumentat
18、ion and Measurement Technology Conference, 1998, Vol.1:451 -4556 SeojiHata, Vision System for PCB Manufacturing in Japan, IEEE 1990,Vol.4:792-7957 Jan Vardaman, CSP and BGA Package Trends ,Forcast, 1999 8 J. B. A. Maintz and M. A. Viergever, “A survey of medical image registration,“ Medical Image An
19、alysis, 1998, Vol.2(1):1-369 Christensen G.E., He J. Consistent nonlinear elastic image registration. Mathematical Methods in Biomedical Image Analysis, 2001,Vol 1: 37-4310 Mitsa, T.; Qian, J. Image registration using elastic contours and internal landmarks. Instrumentation and Measurement Technolog
20、y Conference, 1998, Vol.1:451 -455续下页（本页不够写可续页）硕士学位论文开题报告会会议记录研究生姓名 姜利 入学时间 2007 年 9 月研究方向 机 器 视 觉计划论文题目 SMT 贴装元器件的图像检测技术研究课题来源 自选题目 指导教师姓名、职称 朱灯林 教授开题报告时间 2009 年 3 月 5 日 8 时 12 时开题报告地点 机电工程学院会议室 旁听人数 约 20 人同行专家姓名 专业技术职称 工作单位朱灯林 教授 河海大学机电工程学院卞新高 副教授 河海大学机电工程学院汤炳新 副教授 河海大学机电工程学院张敏 副教授 河海大学机电工程学院唐亚明 副
21、教授 河海大学机电工程学院秘书姓名： 何钢 职 称 讲师论文开题报告会会议内容（参考下列几方面，由秘书负责记录）1. 选题的理论意义和实用价值；2. 所选课题是否具有先进性、是否过浅、过易，或过难；3. 对基本理论掌握的水平，以及对当前研究水平的了解程度；4. 拟采用的工作计划、技术路线、计划进度及所需经费等是否切实可行；5. 具体建议和意见以及结论（通过或不通过） 。主要意见：课题来自工程实际问题，开题报告中将机器视觉检测技术应用到元件的识别和定位误差分析中，可以有效的解决贴片机的生产效率和提高贴片精度的问题。报告中提到的有关图像处理的图像预处理、图像分割、边缘提取和图像匹配等算法，在技术上切实可行，但应多考虑实际应用时会出现的各种情况进行调整。续下页（本页不够写可续页）该同学进行了较为充分的前期调研与资料收集，并阅读和分析了大量相关资料，对相关技术的国内外动态有较全面的认识，开题报告中提出的技术路线和工作计划，思路明确，切合实际，希望该同学进一步加强课题相关的基础知识的学习，开拓思路，切实按照论文计划展开课题研究。专家组经讨论同意通过姜利同学的开题报告。同行专家签名： 、 、 、 、 年 月 日学院院长审核意见：学院院长签名： 年 月 日
