面向精密电子组装生产线的关键视觉检测与优化控制问题研究

精密电子组装技术对整个电子信息产业的技术进步和产品更新换代起着举足轻重的作用，而高速高精度视觉检测和基于视觉的优化控制是制约我国精密电子制造业发展的共性瓶颈科学和技术难题。本项目将针对精密电子组装生产过程重点研究基于模式的控制和优化理论与方法，建立适用于精密电子组装生产的新型视觉检测算法，解决高速运动环境下的多目标图像采集、预处理及识别问题。其次，研究基于视觉的控制建模和高精度位置/力控制问题，建立基于亚像素处理和微位移传感器的组装机构混合动力学模型与协同优化控制算法，重点解决多终端组装执行机构的力/位置协同控制问题。从而满足电子组装生产高速、高精度、高可靠性的检测和组装要求。最后，针对国际主流元器件组装生产过程，在自主SMT生产线研发平台上实现各种相关算法，并在2至3家大型电子制造企业的实际生产中得到具体示范应用和验证，打破国外核心技术的长期垄断局面。

精密电子组装技术对整个电子信息产业的技术进步和产品更新换代起着举足轻重的作用，而高速高精度视觉检测和基于视觉的优化控制是制约我国精密电子制造业发展的共性瓶颈科学和技术难题。本项目针对精密电子组装生产过程重点研究基于模式的控制和优化理论与方法，建立适用于精密电子组装生产的新型视觉检测算法，解决高速运动环境下的多目标图像采集、预处理及识别问题。其次，研究基于视觉的控制建模和高精度位置/力控制问题，建立基于亚像素处理和微位移传感器的组装机构混合动力学模型与协同优化控制算法，重点解决多终端组装执行机构的力/位置协同控制问题，从而满足电子组装生产高速、高精度、高可靠性的检测和组装要求。.（1）在视觉信息获取与预处理方面，采用非线性滤波、几何不变矩方法研究了高速运动环境下高端芯片和元器件的多目标视觉信息并行获取及预处理技术，提出了基于历史数据和学习功能的自适应照明调节算法，自主发明和设计了光源控制器、光传感器矩阵、智能组合光源。.（2）在高速高精度识别和定位方面，提出了基于四元数理论和矢量匹配的高端芯片新型3D视觉检测算法。应用不变矩、拓扑变换、向量映射等工具给出了高速运动环境下元器件的智能检测和无模板图像识别算法，并研制了"DSP+CPLD"方式组成的模块化动态和静态图像采集和处理系统。.（3）在运动控制建模及高精度位置/力控制方面，从多自由度工业机器人角度研究了视觉伺服控制算法和实现技术，应用分析力学等工具建立了动力学模型，并应用非线性控制及机器人学方法给出了SMT贴装过程多轴多任务并行处理的高速高精度运动/力控制方法及实现技术。.（4）将相关视觉检测和优化控制算法及研制的系统模块应用于高端全自动表面贴装成套装备的自主创新，在基础理论与产业技术创新的结合上取得了显著成效。通过创新设计，使全自动贴片机拥有了领先的自动测试分选上料、贴片、插件、检测四大功能，目前已在行业推广应用。通过高端芯片内部缺陷检测算法的研究，使X光学检测设备从基本的PCB贴装质量检测应用到了高端的IC封装缺陷检测，在大生产线上实现了示范应用。. 本项目共发表学术论文108篇，其中SCI收录16篇，EI收录68篇；获发明专利6件（申请13件）、实用新型3件、软件著作权6件；培养博士生8人(其中国际联合培养1人)、硕士生24人；获教育部科技进步二等奖1项；参加国际学术会议11人次。