硅片预对准机器人视觉系统研究

摘要

硅片预对准机器人视觉系统是硅片预对准机器人的重要组成部分，负责硅片信息的采集、检测和处理，并根据得到的结果控制机械本体完成预对准动作。视觉系统的工作能力是硅片预对准机器人能否实现精确定位和对准的关键。 本课题结合硅片预对准机器人机械本体，建立了一种基于线阵CCD图像传感器，应用于300mm(12英寸)硅片光学采集、检测和对准的硅片预对准机器人视觉系统。由于系统采用线阵CCD作为主要的传感器，并提出了相应的对准原理和采集处理方法，避免了使用CCD摄像机处理算法复杂、精度提高困难的缺点，为硅片预对准机器人视觉系统采集精度、对准精度等性能的提高提供了一种新方案。 论文首先在分析了国际上现有硅片预对准机器人产品的基础上，结合其它工业视觉系统的应用特点，研究并提出了本课题中硅片预对准机器人视觉系统的工作原理，包括光信息采集原理和硅片边缘标定原理两部分。 根据这一原理，提出了硅片预对准机器人视觉系统的总体解决方案，包括背景光投射单元、信息采集单元、运算处理单元和运动执行单元四部分。并完成了视觉系统的硬件构架搭建和主要应用程序的设计。主要内容是利用“LED阵列+分光材料”设计背景投射光源；采用线阵CCD图像传感器、复杂可编程逻辑器件CPLD等芯片设计光信号采集电路；应用A/D数据采集卡完成硅片位置信息的采集以及采集数据的转换和处理；应用“PCI运动控制卡+步进电机”的运动控制方案，实现硅片的对准和位置修正。 最后，探讨并提出了一种可应用于视觉系统的硅片边缘数据处理算法。该算法为提高硅片预对准机器人视觉系统采集信号的精度和机器人的预对准精度提供了一个新思路。 论文关于硅片预对准机器人视觉系统的研究，在完成线阵CCD视觉系统总体方案设计的同时，总结分析了硅片预对准机器人视觉系统在设计过程中存在的问题和不足，为下一步研究工作的进行提出了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1绪论

1.1硅片预对准机器人概述

1.1.1硅片预对准机器人原理

1.1.2硅片预对准机器人发展阶段

1.2工业视觉系统概述

1.2.1工业视觉系统结构原理

1.2.2工业视觉系统分类及应用

1.3硅片预对准机器人视觉系统概述

1.3.1视觉系统原理及构成

1.3.2视觉系统关键技术

1.4硅片预对准机器人视觉系统国内外研究现状及趋势

1.4.1国外几种硅片预对准机器人视觉系统

1.4.2国内对于硅片预对准机器人视觉系统的研究与应用

1.4.3硅片预对准机器人视觉系统发展趋势

1.5课题的主要工作及研究内容

1.5.1课题来源

1.5.2主要工作和研究内容

2硅片预对准机器人视觉系统研究基础

2.1硅片预对准机器人机械本体

2.1.1旋转承片单元

2.1.2水平对心单元

2.2硅片预对准机器人预对准原理

2.3硅片预对准机器人预对准技术指标

2.4本章小结

3硅片预对准机器人视觉系统总体方案设计

3.1视觉系统工作原理设计

3.1.1光信息采集原理设计

3.1.2硅片边缘标定原理设计

3.2视觉系统总体方案设计

3.2.1背景光投射单元设计

3.2.2信息采集单元设计

3.2.3运算处理单元设计

3.2.4运动执行单元设计

3.3视觉系统技术要求

3.3.1光束均匀度

3.3.2信号采集精度

3.3.3 A/D转换精度

3.3.4步进电机工作精度

3.4本章小结

4硅片预对准机器人视觉系统硬件设计

4.1背景光投射系统

4.2信息采集系统

4.2.1 CCD外围驱动电路

4.2.2 CPLD时序信号发生电路

4.3数据转换处理系统

4.3.1信号采样模式

4.3.2光信号的A/D转换

4.3.3运算处理单元“计数”的设计

4.3.4信号的转接

4.4运动执行系统

4.4.1系统执行部件

4.4.2系统运动控制

4.4.3系统总体

4.5本章小结

5硅片预对准机器人视觉系统软件设计

5.1视觉系统驱动和单元功能设计

5.1.1线阵CCD驱动脉冲设计

5.1.2运算处理单元“计值”的设计

5.1.3 A/D工作时序设计

5.1.4系统驱动和单元功能设计软件环境

5.2视觉系统控制主程序

5.3用户控制界面

5.4本章小结

6硅片边缘数据处理算法

6.1硅片边缘数据拟合

6.2硅片特征位置提取

6.3本章小结

结论

参考文献

附录A 硅片预对准机器人视觉系统采集电路原理图

附录B 硅片预对准机器人视觉系统硬件实物图

附录C 硅片预对准机器人总体实物图

附录D 国家发明专利申请书

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢