一种基于视觉的sop元件定位和缺陷检测方法

文档序号:9217858阅读:875来源:国知局
一种基于视觉的sop元件定位和缺陷检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及表面组装技术(SMT)视觉系统中SOP元件的视觉检测方法,主要实现 SOP元件视觉定位以及视觉缺陷检测功能。
【背景技术】
[0002] 随着电子工业的发展,表面贴装技术(SMT,SurfaceMountTechnology)也迅速发 展。其中,贴片机是SMT生产线上的关键设备,主要实现贴片元件的组装。高性能的贴片机 普遍采用了机器视觉系统,这是贴片机最为关键的系统之一,其性能直接影响到的贴片机 的贴装精度和速度。
[0003] 对于一套成熟的贴片机视觉系统,元件的视觉识别方法的研宄与论证显得至关重 要,这是贴片机视觉系统的基础性问题,好的元件视觉识别方法会大大提高贴片机贴装时 的精度和速度,并且随着现如今各类封装技术的完善,元件的种类也越来越多,这也对元件 视觉识别方法的有效适用范围提出了更高的要求。
[0004] 针对现如今SOP元件在贴片机贴装时出现的精度不够,对外界环境变化敏感的问 题,设计一种具有良好实时性,对多型号SOP元件都适用的SOP元件视觉定位与缺陷检测的 识别方法。

【发明内容】

[0005] 本发明是要解决SOP元件在贴片机贴装时出现的精度不够,对外界环境变化敏感 的问题,而提供了一种具有良好实时性,对多型号SOP元件都适用的SOP元件视觉定位与视 觉缺陷检测的方法。
[0006] 一种基于视觉的SOP元件定位和缺陷检测方法,它按以下步骤实现:
[0007] -、检查所选区域图像是否符合亮度要求;
[0008] (1)扫描所有所选区域图像像素点,将图像像素点总个数记为Sl,灰度值大于150 的像素点个数记为S2;
[0009] ⑵取比值6= 0? 〇3,r2= 0? 9〇,若si/sZrilll像区域太暗,若si/sprjlj图像区 域太亮,停止并返回相应错误码;否则继续进行下一步;
[0010] 二、将所选区域图像进行二值化,得到二值化图像;
[0011] 三、采用canny边缘检测提取法提取第二步得到的二值化图像的外边界轮廓,得 到二值化图像的各个外边界点集;且存放于一个二维点容器中,对不同的外边界点集进行 随机标号;
[0012] 四、对第三步得到的各个外边界点集进行"灰度值检查"操作,得到符合要求的边 界点集;
[0013] 五、将第四步得到的边界点集进行"面积筛选"操作,得到符合面积要求的边界点 集;
[0014] 六、寻找第五步符合面积要求的边界点集整体的最小外接矩形,将此最小外接矩 形近似为整个SOP元件的最小外接矩形,并且根据此最小外接矩形的旋转角度和中心坐标 确定SOP元件的粗略旋转角度a和元件粗略中心坐标(X(l,ytl);
[0015] 七、对第六步中得到的SOP元件的粗略旋转角度a进行判断;当|a|>30°时停 止并返回"旋转角度过大"的错误码;否则继续进行下一步;
[0016] 八、求取第五步中符合面积要求的各个边界点集的中心坐标;
[0017] 其中,所述求取每一个边界点集中心坐标(x,y)采用质心的原理,理论依据如下:
[0019] 边界点集及其内部包围的点个数为n;用(Xi,yi)来表示该边界包含的第ia= 1,2,L,N)个点;
[0020] 11^= 1表示(xi,y)在边界上,11^= 0表示(xi,yj在边界内部,(x,y)为所求质心 中心坐标;
[0021] 九、在第五步得到的符合面积要求的边界点集中寻找SOP元件引脚足部的边界点 集,并且以对应的引脚足部的边界点集中心坐标作为每个引脚足部的中心坐标;其中,所述 弓丨脚足部的边界点集包括上部引脚足部边界点集与下部引脚足部边界点集;
[0022] 十、在第五步得到的符合面积要求的边界点集中寻找SOP元件引脚根部的边界点 集,并且以对应的引脚根部的边界点集中心坐标作为每个引脚根部的中心坐标;其中,所述 弓丨脚根部的边界点集包括上部引脚根部边界点集与下部引脚根部边界点集;
[0023] 十一、将第九步和第十步中得到的上部引脚足部边界点集和上部引脚根部边界点 集存储到上部引脚边界点集中,下部引脚足部边界点集和下部引脚根部边界点集存储到下 部引脚边界点集中;同时将对应的上部引脚足部边界点集中心和上部引脚根部边界点集中 心存储到上部引脚边界点集中心集中,下部引脚足部边界点集中心和下部引脚根部边界点 集中心存储到下部引脚边界点集中心集中;
[0024] 十二、将第十一步得到的上下部引脚边界点集按照第六步所得SOP元件的粗略旋 转角度a进行仿射变换,旋转中心为步骤六得到的SOP元件粗略中心(X(l,yci),将其"转正" 得到"转正元件",即"转正"上下部引脚边界点集,并且记录"转正"前后各个引脚边界点集 的对应关系,同时对每一个对应的边界点集中心进行"转正"操作,得到"转正"引脚中心点 集;
[0025] 其中,所述"转正"的理论依据如下:
[0026] 设置仿射变换矩阵为
,将界点集中原始点坐标为
的点 变换到
,旋转中心是SOP元件的粗略中心坐标(Xd,yj;
[0027] 十三、将第十二步得到的"转正"上下部引脚边界点集分别进行引脚类别分类并且 标号;
[0028] 十四、根据第十三步得到的引脚类别分类结果以及标号,将第九步和第十步得到 的引脚足部边界点集和引脚根部边界点集进行整理,明确每一个"引脚一足部一根部"的对 应关系;并且整理得到上部引脚足部边界点集的集合,上部引脚边界点集的集合,下部引脚 足部边界点集的集合,下部引脚边界点集的集合这四个边界点集集合,以及上部引脚足部 中心点集,上部引脚中心点集,下部引脚足部中心点集,下部引脚边中心点集这四个中心点 集合
[0029] 十五、根据第十四步整理得到的四个边界点集集合利用其最小外接矩形求取引脚 长度hpin、引脚足部长度hfOTt以及引脚数星spin;
[0030] 十六、根据第十四步整理得到的四个中心点集利用整体最小二乘法拟合直线得到 引脚拟合直线:包括上部引脚根部拟合直线L-PIN-UP、下部引根部脚拟合直线L-PIN-DOWN 上部引脚足部拟合直线L-FOOT-UP与下部引脚足部拟合直线L-FOOT-DOWN;
[0031] 十七、利用十六步中得到的引脚拟合直线求取引脚足部宽度wfOTt、引脚间距ppin和 SOP元件精确中心坐标(xa,ya)、SOP元件精确旋转角度aa、SOP元件精确宽度wb()dy以及SOP 元件精确长度hbmiy,得到该SOP元件拟合矩形;至此完成SOP元件的视觉定位操作;
[0032] 十八、由以上得到的数据进行SOP元件引脚缺陷检测,至此完成了一种基于视觉 的SOP元件定位和缺陷检测方法。
[0033] 发明效果:
[0034] 经过实践,本专利方法几乎可以实现现在市面上所有种类的SOP元件的视觉定位 与缺陷检测,如图16为两个具体SOP元件利用本方法实现视觉定位的效果图。对于这两种 SOP元件,在本方法下的处理时间都不超过20ms,相同外界条件下100次重复测试的重复精 度也达到±0. 001mm内,可见本方法在精度、速度和稳定性方面都很强。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明图像处理坐标系选定图;以图像左上角为原点,向右为x轴正方向, 向下为y轴正方向作为坐标系;
[0036] 图2是本发明选取的8位单通道区域图像;
[0037] 图3是手动输入固定阈值二值化方法得到二值图像;
[0038] 图4是类间方差最大的方法(otsu)得到二值图像;
[0039] 图5是"面积筛选"操作后得到符合面积要求的边界点集图;
[0040] 图6是元件近似最小外接矩形;
[0041] 图7是符合面积要求的边界点集及边界点集中心点集;
[0042] 图8是本发明中筛选得到的上部和下部引脚足部边界点集及上部和下部引脚足 部边界点集中心点集;
[0043] 图9是本发明是本发明中筛选得到的上部和下部引脚根部边界点集及上部和下 部引脚根部边界点集中心点集;
[0044] 图10是本发明步骤九与步骤十得到的上部下部边界点集及上部下部边界点集中 心点集;
[0045] 图11是本发明仿射变换"转正"后的"转正元件"图;
[0046] 图12是本发明一般最小二乘法误差考虑示意图;
[0047] 图13是本发明整体最小二乘法误差考虑示意图;
[0048] 图14是本发明上部和下部引脚足部拟合直线L-FOOT;
[0049] 图15是本发明上部下部引脚拟合直线L-PIN;
[0050] 图16是本发明根据步骤十七拟合得到的元件边界直线与元件中心图;
[0051] 图17是本发明引脚标号以及引脚一足部一根部对应关系示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0052] 一:本实施方式的一种基于视觉的SOP元件定位和缺陷检测方法, 它按以下步骤实现:
[0053] 一、检查所选区域图像是否符合亮度要求;
[0054] (1)扫描所有所选区域图像像素点,将图像像素点总个数记为Sl,灰度值大于150 的像素点个数记为s2;
[0055] ⑵取比值6= 0? 〇3,r2= 0? 9〇,若si/sZrilll像区域太暗,若si/sprjlj图像区 域太亮,停止并返回相应错误码;否则继续进行下一步;
[0056] 二、将所选区域图像进行二值化,得到二值化图像;
[0057] 所述步骤二具体为:
[0058] ( -)第一种是手动输入
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