Adlink Technology Inc. · TWSE:6166
Adlink Technology — Technical Presentation (April 2011)
84 slides from Adlink Technology's technical presentation, Apr 28, 2011
Slide 1: 轻松构建制造设备自动化系统
轻松构建制造设备自动化系统 ——从TFT-LCD的检测了解凌华自动化产品解决方案 2011测控技术与计算机平台技术研讨会 2011-4-28 2011-4-28
Slide 2: 系统集成的层次
系统集成的层次 高 行业应用 系统整合，软件工程 现代控制技术 工业控制组件及其技术实现 低 2
Slide 3: 项目需求
项目需求 z 针对6代线滴下式注入法生产的液晶面板基板，作液晶 滴入量的检测： 检测面积 检测圆度 检测位置 检测划痕 z 也可以用作最新LED背光板的检测 z 属于液晶面板制造的中道cell制程段的检测 z 系统精度可以由其对应的32吋液晶面板的精度推出每个 像素的间距为0.5mm，为保证检测精度，将相机的精度设 为0.05mm 3
Slide 4: 项目需求
项目需求 项目 具体指标 待测物体大小 1500 x 1850 mm 系统的清晰度 50 um 检测速度 <1s/line pixel 工件是否透明 透明 工件颜色 无 相机的架设距离 大于500 mm 4
Slide 5: on El ADLINK
on El 5 4 ADLINK SE TECHNOLOGY INC. \ ee 7) At ADLINK, We CARE
Slide 6: 一粒沙中的三千世界 视觉系统的构建
一粒沙中的三千世界 视觉系统的构建 6
Slide 7: TAAL AIH
TAAL AIH Jul NiuL NL RUMBA UMEAUN LLL] wb) wb EY) hy) ED s“l> s“l> s“l> “LLL "LLL *LLL — |i alz 79| TS | HW sly ie ‘i x4 Hi aa = 7 piston A /\ At ADLINK, We CARE
Slide 8: 术语介绍
术语介绍 线阵传感器 大幅物体： 大幅物体运动方向： web downweb方向 8
Slide 9: 像素尺寸计算
像素尺寸计算 像素尺寸计算：正方形像素 沿传感器方向的 沿传感器方向的 像素尺寸： 像素尺寸： 由机械传动结构，相机以及 由机械传动结构，相机以及 光学镜头等决定 光学镜头等决定 沿运动方向的 沿运动方向的 像素尺寸： 像素尺寸： 由相机 由相机线速度和物体运动速 线速度和物体运动速 度所决定 度所决定 9
Slide 10: 传感器方向的相关计算
传感器方向的相关计算 线阵分辨率计算：像素尺寸 ¾ 沿传感器方向的 像素尺寸 = 物体视野大小 / 相机分辨 率 例如： • 检测精度要求 = 50um • 物体视野大小 = 1500mm • 相机分辨率 = 1500,000um/50um = 30000 Pixel • 像素精度 = 50um 10
Slide 11: 运动方向的相关计算
运动方向的相关计算 图像尺寸计算：像素尺寸 ¾ 沿运动方向的 像素尺寸 = 物体速度 x 相机 线速度 例如： • 像素精度 = 50um • 相机 线周期 = 100us (线速度 = 10kHz) • 物体速度 = 50um/100us = 0.5m/s = 500mm/s 11
Slide 12: 线阵相机简介
线阵相机简介 相机选型 DALSA Piranha3 P3-87-12K40 色彩：黑白 有效像素：12228 最大速度：23.5K/s（线率） 像素尺寸： 5 um * 5 um 数据接口：CameraLink Medium 或者 Full 镜头接口：M72 * 0.75 mount 共需此类型相机 3 颗 12
Slide 13: 线阵相机的工作模式
线阵相机的工作模式 • 如果采用相机 线周期 为常数 – 相机 线采样频率为常数 – 采样频率由相机或采集卡预设 – 例如: 1 kHz, 10 kHz, 30 kHz – 但当物体运动不稳定时，会出现采集同步问题 13
Slide 14: 固定线率模式的问题
固定线率模式的问题 • 相机 线周期 为常数 速度 中 高 低 线采集时间间隔为常数，但 线采集时间间隔为常数，但 空间上不均匀 空间上不均匀 14
Slide 15: 固定线率模式的问题
固定线率模式的问题 • 相机 线周期 为常数 – 图像在物体运动方向有畸变 15
Slide 16: 外部编码器控制线阵相机线率
外部编码器控制线阵相机线率 • 相机 线周期 由编码器控制 编码器 编码器 16
Slide 17: 外部编码器触发线阵相机工作
外部编码器触发线阵相机工作 • 相机 线周期 由编码器控制 – 旋转编码器： 每旋转一预定角度就输出一脉冲 如：每360º输出1000，2000…个脉冲 – 线性编码器： 每步0.1 µm, 1 µm, 5 µm 17
Slide 18: 外部触发工作时序图
外部触发工作时序图 • 相机 线周期 由编码器控制 – 一个脉冲触发相机采集一条线的图像。 编码器输出 相机触发 曝光 读出 18
Slide 19: 现在的情况
现在的情况 • 相机 线周期 由编码器控制 速度 中 高 低 线采集时间间隔为变量，但空间上则间 线采集时间间隔为变量，但空间上则间 隔均匀 隔均匀 19
Slide 20: /\ At ADLINK, We CARE
/\ At ADLINK, We CARE PELL E76 FE HLA ile Ea Se “uF Vt ee i —— | SJuze IJG° 20 ADLINK TECHNOLOGY INC. .
Slide 21: RAIA (D
RAIA (D A RALAKRRKRR AURA JL Ant Ae EL SAH IEA wre 21 /. At ADLINK, We CARE , TECHNOLOGY ING.
Slide 22: 镜头选择
PAE CD HAT SLAP BEL SLE F-Number (f/#) PARLE ESARABN HEN fh 5 lv | ff#=f'/D f fl/# = 1/ 2N.A. tie 10012504.0 N.A. = N' sinU' NA. = 1/2(4)=0.125 2 it At A =1.0 FAAP WO Ae RR AARC ERS eI AUER SRT AABN IER 22 TECHNOLOGY INC At ADLINK, We CARE
Slide 23: 镜头选择（III）
镜头选择（III） 镜头的调制传递函数（MTF） MTF：同时表征系统重现物方空间的几何和灰度细节能 力，是衡量成像系统性能的最佳方式。对于一个实 际的成像系统，细节密集地方的对比度要小于细节 稀疏位置的对比度 23
Slide 24: 镜头选择（V）
fea CV) O SSk A Dal e26 ABL CMTF) /\ At ADLINK, We CARE . TECHNOL Oey ING:
Slide 25: 镜头选择（VI）
镜头选择（VI） 相机工作距离范围（>500mm） ¾ 低几何失真 ¾ 高N.A.值 ¾ MTF曲线（在100lp时要有较高的对比度） ¾ 大景深（克服运动过程中的振动） ¾ 支持M72*0.75的镜头接口 ¾ 采用施耐德专用线阵镜头 光学放大倍数计算: z 相机像素尺寸/物理空间清晰度： 5um / 50um = 0.1 镜头的具体型号 核心镜头型号APN4.0/60 工作距离 634mm 25
Slide 26: 镜头选择（VII）
fA (VID /\ At ADLINK, We CARE | TECHNOL "OGY ING.
Slide 27: ar 1711 ay 5a EF i Sin Ce ee Mey Ore eZ y CTs
ar 1711 ay 5a 4 EF i Sin Ce ee Mey Ore eZ y CTs LE Ws fe 2/7 vat ADLINK, We CARE , TECHNOLOGY INC.
Slide 28: 光源选择（I）
光源选择（I） 光源的作用 ¾ 将被测物与背景尽量明显区分开 ¾ 将运动目标“凝固”在图像上 ¾ 增强待测目标边缘清晰度 ¾ 消除阴影 ¾ 抵消噪光 ¾ 提高检测精度、运行速度和工作效率 28
Slide 29: 光源选择（II）
光源选择（II） 光源的种类 高频荧光灯，光纤卤素灯，LED灯 29
Slide 30: 光源选择（III）
光源选择（III） 检测物体在运动中检测 ¾ 使用高亮度LED线阵光源 ¾ 光源长度1800mm（照射长度1500mm） ¾ 采用两根光源以低角度方式从两边照射 由于期望获得较好的表面扩散性以及较好的亮度 因此光源的颜色选择上以白色为最佳 光源型号 曝光时间 100us（10K线率） 30
Slide 31: RF AYE
G — RF AYE TECHNOLOGY INC. /\ At ADLINK, We CARE
Slide 32: 板卡选择（I）
板卡选择（I） 数字相机接口 ¾ IEEE 1394 a---50MB/s ¾ IEEE 1394 b---100MB/s ¾ USB 2.0---80MB/s ¾ GigE---128MB/s ¾ Camera Link 32
Slide 33: 板卡选择（II）
板卡选择（II） Camera Link 配置 配置 接插件数量 数据量 带宽 Base 1 最高 24 bits 255 MB/s Medium 2 最高 48 bits 510 MB/s Full 2 8 bits x 10 850 MB/s MB/s = Megabyte per second 33
Slide 34: 板卡选择（III）
板卡选择（III） GrabLink Full ¾ 硬件指标 z CameraLink Full配置 z 像素时钟支持20MHz至85MHz z 最大10tap，80bits z 最大支持850MB/s的数据传输速度 z 8- 10- 12-位数据传输 z PCIex4数据接口 z 128M板载数据缓存 z 可以接驳黑白或彩色面阵线阵相机 34
Slide 35: 针对线阵相机的优化
针对线阵相机的优化 • 相机 线周期 由编码器控制 – 完美的运动采集同步控制 – 图像在物体运动方向无畸变 35
Slide 36: 外触发存在的问题
外触发存在的问题 • 实际存在的问题： – 难以找到分辨率合适的编码器 – 如果想改变分辨率，必须更换编码器！ – 难以采集到XY方向同比例的图像(正方形像素) 36
Slide 37: Rate Converter技术（一）
Rate Converter技术（一） • 频率转换技术(Rate Converter) – 采用编码器 + GrabLink 频率转换器 EureCard Multi / GrabLink 编码器脉冲输入 输出相机触发信号 频率转换器RC 相机控制 37
Slide 38: Rate Converter技术（二）
Rate Converter技术（二） • 频率转换技术(Rate Converter) – 改变编码器的输出频率 – 在不变更编码器的情况下，提供频率可编程的相机 触发信号 – Euresys的频率转换器可提供高精度非整数倍的频率 输出 38
Slide 39: Rate Converter技术（三）
Rate Converter技术（三） • 频率转换技术(Rate Converter) – 增加分辨率(1) 编码器每 10 µm 输出一脉冲 目标是每 4 µm 采集一条线 时间 设置： EncoderPitch(编码器单位)= 1000 LinePitch(线单位) = 400 39
Slide 40: Rate Converter技术（四）
Rate Converter技术（四） • 频率转换技术(Rate Converter) – 增加分辨率(2) 编码器每 10 µm 输出一脉冲 目标是每 6.53 µm 采集一条线 时间 设置: EncoderPitch = 1000 LinePitch = 653 40
Slide 41: Rate Converter技术（五）
Rate Converter技术（五） • 频率转换技术(Rate Converter) – 降低分辨率 编码器每 10 µm 输出一脉冲 目标是每 12 µm 采集一条线 时间 设置: EncoderPitch = 1000 LinePitch = 1200 41
Slide 42: Rate Converter技术的优点
Rate Converter技术的优点 • 频率转换技术(Rate Converter) – 由于采用了频率转换器，我们可以采集任意XY比 例的无运动方向畸变的图像 – 当然也可轻易获得XY方向同比例的图像(正方形 像素) 42
Slide 43: Rate Converter技术例图
Rate Converter技术例图 • 频率转换技术(Rate Converter) 43
Slide 44: AZ RE Se ER
AZ RE 22 Se ER Hy A FE LIEK AS AE 44
Slide 45: At ADLINK, We CARE _ TECHNOLOGY ING
Ee At ADLINK, We CARE _ TECHNOLOGY ING
Slide 46: 一、视觉算法的特点
一、视觉算法的特点 机器视觉算法是图像处理算法的子集 机器视觉算法针对工业应用的特点： • 可控的照明条件 • 对被检工件有先验知识 • 需要高效率、高可靠性和高重复性 • 对智能要求不高 46
Slide 47: 二、图像处理的基本步骤
二、图像处理的基本步骤 高 特征提取 特征值 图像分割 点、线、区域… 预处理 增强的图像/像素 原始图像/像素 低 47
Slide 48: 三、图像预处理（1/2）：二值处理
三、图像预处理（1/2）：二值处理 门限种类 z 单门限：将图像像素分2类 z 双门限：将图像像素分3类 门限选取方式 z 手动选取： 如 绝对值、相对值等 z 自动选取： 如 最佳门限… 原图像 单门限 双门限 48
Slide 49: 三、图像预处理（2/2）：图像算数
三、图像预处理（2/2）：图像算数 操作符包括： z 加、减、乘、除… z 逻辑算子AND、OR、INVERT、XOR… 例子： 原图像 － 背景图像 ＝ 结果图像 49
Slide 50: 四、图像处理算法（1/4）：模版匹配（1）
四、图像处理算法（1/4）：模版匹配（1） 通过学习模板寻找物体 z 典型应用：视觉对位、寻找物体等 50
Slide 51: 四、图像处理算法（1/4）：模版匹配（2）
四、图像处理算法（1/4）：模版匹配（2） 基本原理 – 两个步骤 z 学习 寻找 z 寻找 学习 模板图 模板＝有唯一特征的物体图像 图像 51
Slide 52: 四、图像处理算法（1/4）：模版匹配（3）
四、图像处理算法（1/4）：模版匹配（3） 常用的方法：归一化相关 normalized correlation z 同滤波运算相似：需要原图和模板 z 匹配参数score(x，y)表达相似程度 _ _ ∑ ∑ [S ( x + m, y + n) − S ( x + m, y + n)][ K (m, n) − K ] score( x, y ) = m n 1/ 2 ⎧ _ _ 2⎫ ⎨∑∑ + + − + + ∑∑ − 2 [ S ( x m, y n ) S ( x m, y n )] [ K ( m, n ) K ] ⎬ ⎩m n m n ⎭ score(x，y) 取值范围： -
Slide 53: 四、图像处理算法（1/4）：模版匹配（4）
四、图像处理算法（1/4）：模版匹配（4） 匹配系数为0.3 匹配系数为0 匹配系数为0.98 匹配系数为0.5 53
Slide 54: 四、图像处理算法（2/4）：几何特征匹配（1）
四、图像处理算法（2/4）：几何特征匹配（1） 通常基于明显的边缘点 z 在学习及运行的过程中，提取边缘点的几何特征。并 对这些几何待征进行比较 z 可靠性高、快速 匹配中只采用了有特 征的红色点集 部分遮挡 特征不完整 非均匀亮度分布 54
Slide 55: 四、图像处理算法（2/4）：几何特征匹配（2）
四、图像处理算法（2/4）：几何特征匹配（2） 提取几何特征的基本步骤 特征提取 模版生成 图像 全部特征 特征模版 55
Slide 56: 四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（1）
四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（1） 联通区域的几何特性分析 广泛应用于缺陷检验，物体定位和 辨识等 56
Slide 57: 四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（2）
四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（2） 第一步：图象分割 z 将感兴趣的部分从背景中分割出来 z 单门限/双门限分割 z 固定门限选取/自动门限选取 57
Slide 58: 四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（3）
四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（3） 第二步：标记联通区域 z 将相连的像素组成相连的区域，并给每一 块相连区域分配唯一的标记 58
Slide 59: 四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（4）
四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（4） 第三步：特征提取 z 提取联通区域的几何特征 59
Slide 60: 四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（5）
四、图像处理算法（3/4）：斑点分析（5） 常用的几何特征包括： z 面积，重心，中心，最小包围矩形，最窄 包围矩形，最亮点，最暗点，平均灰度， 灰度方差 60
Slide 61: 四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（1）
四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（1） 系统标定的意义（1）： z 将图像像素坐标变换为实际坐标 z 获得像素所代表的真实世界的长度单位。 例如，1像素= 0.02mm Y P(x/y) / P(x/y) Y X 转换向量 X 61
Slide 62: 四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（2）
四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（2） 系统标定的意义（2）： 相机向X及Y 方向偏斜 z 校验相机与实物面的几何关系 相机向Y方向（或X 方向）一方偏斜 相机位置正确 62
Slide 63: 四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（3）
四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（3） 系统标定的意义（3）： z 补偿图像畸变 30个像素＝10毫米 30个像素＝14毫米 63
Slide 64: 四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（4）
四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（4） 系统标定的方法（1/2）： z 简单标定法－使用已知尺寸的样本 样品在系统中测量得 通过计算得出系统标 已知样品为 50*50MM 知为 100*100 象素 定结果 X方向 = 50/100 = 0.5mm Y方向 = 50/100 = 0.5mm 64
Slide 65: 四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（5）
四、图像处理算法（4/4）：视觉系统标定（5） 系统标定的方法（2/2）： z 高精度标定法－使用标定板 Tx (i, j )的参数 Ty (i, j )的参数 其中 Tx (i, j ), Ty (i, j ) 为图像坐标到实际坐标的变换函数 求解 (i, j ) 点的实际坐标： xi = Tx (i, j ), yi = Ty (i, j ) 65
Slide 66: 五、质量检验算法（1/3）
五、质量检验算法（1/3） 由于标记形状的不确定性 匹配算法-----EasyFind 66
Slide 67: 五、质量检验算法（2/3）
五、质量检验算法（2/3） 采用EasyFind寻找标记 图像大小2448*2048 CPU i7-860 处理时间：10 -15 ms 67
Slide 68: 五、质量检验算法（3/3）
五、质量检验算法（3/3） 采用EasyObject 获得每个液晶点的位置，面积，圆度 图像大小2448*2048 CPU i7-860 图像处理时间： 60-100 ms 每个液晶元处理时间： 30 - 50 us 整个系统最大处理时间 = 15ms + 100ms = 115ms 68
Slide 69: 高精度与高速运动控制系统的实现
海阔凭鱼跃 天高任鸟飞 高精度与高速运动控制系统的实现 69
Slide 70: 电机选择
电机选择 要达到系统的速度和加速度以及平稳度，丝杆的传送方式 无法实现 因此需要采用直线电机+大理石平台的防震机构 因此系统主要传动机构采用直线电机（长度2~2.2米） 70
Slide 71: 编码器选择
编码器选择 要达到系统精度，编码器的反馈精度当然是越高越好 例如：5um/pls的编码器，可以使每50um有10个脉冲。 如果是0.1um/pls，可以使每50um有500个脉冲！ 要与实际现场条件相匹配，应该采用外部直线编码器 Trigger Encoder Control Motion Motion Controller Controller 71
Slide 72: 控制模式选择
控制模式选择 如果采用驱动器的位置控制模式，会受到大多数驱动器 电机的输入频率限制。 例如500KPPS，如果编码器精度是0.1um/pls；最 大速度 500KPPS*0.1um/pls = 50mm/s，根本无法达到 系统对运动速度的要求（系统要求500mm/s！） 因此采用速度或者力矩控制模式，这样可以在外部编码 器的辅助下，达到高速高精度的目标 72
Slide 73: 保证线阵相机和物体的平行
保证线阵相机和物体的平行 针对大幅物体，如果驱动物体移动的传动力来自于系统的 一侧，那么在物体移动时很难保证物体移动的水平性, 因 此如果物体移动方向发生变动，那么线阵拍摄出来的图片 因为幅面很大就会有很大的畸变，从而影响测试结果 因此应该采用在物体两侧平行驱动的龙门架构 73
Slide 74: Gantry Automation
yA) Gantry Automation Moving Stage (Xo-Master) Line Sensor Array Moving Stage (X1-Siave) Dispensing Robot | Gless or Color Filter TFT/LCD Laser Cutting TFT/LCD AO! Machine 74 ’. At ADLINK, We CARE , TECHNOLOGY ING.
Slide 75: 对位置变化的高速反应
对位置变化的高速反应 在移动过程中, 要保证运动在较高的速度, 若只是传统地利 用操作系统对于轴运动的位置作采集和反馈, 无法达到业界 高速度的要求 75
Slide 76: 板载DSP
板载DSP ¾ 解决方案： 含有DSP的运动控制卡可以在非常短的时间内感应到 系统位置的变化，并依据其运动特性作出实时调整 Digital Signal Processor 76
Slide 77: 保证取像系统聚焦
保证取像系统聚焦 在运动过程当中, 工件表面的第三维形态会因为重力因素产 生变化，如果要在线克服物体景深的变化, 使得镜头始终保 持相同的放大倍数和聚焦度就很重要了 77
Slide 78: /\ At ADLINK, We CARE a CHNOL "OGY ING.
/\ At ADLINK, We CARE a CHNOL "OGY ING.
Slide 79: 凌华运动控制卡
凌华运动控制卡 模拟信号输出运动控制卡 PCI-8253 PCI-8256 PCI-8253/6 最多可带轴数 3 6 编码器输入频率 20 MHz @4X AB 模拟量输出指令 ±10V, resolution: 16bit 79
Slide 80: 凌华运动控制卡
凌华运动控制卡 模拟输出型运动控制流程 模拟量速度指令 Speed (V) 运动控制卡 伺服驱动器 Time 全闭环 直线编码器 马达 外部编码器信号进行实时输出电压PID调节 80
Slide 81: 项目总结
项目总结 81
Slide 82: 最终产品建议
最终产品建议 项目 建议产品 光源 定制光源 镜头 施耐德线阵镜头组 相机 DALSA Piranha3 P3-87-12K40 图像采集卡 GrabLink Full 图像处理软件 EasyImage + EasyFind + EasyObject 运动控制卡 PCI-8253 平台 i7 IPC 相机工作模式 L12000RG 82
Slide 83: Eeurfonee Hewifeich Lannad Laue LerBEt Larttaede Penerighode Leet iv tone Maly
Eeurfonee Hewifeich Lannad Laue LerBEt Larttaede Penerighode Leet iv tone Maly SB aa tee Gm ew pees at Me Salertime | Sean tome eevee Mewselt fangs Palen Ajo Paling Gre tna mk tamdiad “nymrrs aed meen aaiprong (Sorting 1 Rabo acre al be Shun mg Pol Emam tg Sess Sin A esi Ewa 1 bei 3 a men 2 hr Bh be
Slide 84: Paul Feng
冯小波 Paul Feng 产品工程师 [email protected]
ADLINK Technology — Technical Presentation (April 2011) on 6ix