电路板中带极性电子元器件的自动检查方法及装置与流程

本发明涉及电子元器件安装检查技术领域，尤其涉及一种电路板中带极性电子元器件的自动检查方法及装置。

背景技术：

电路板中电子元器件都是按照特定位置、极性方向进行安装，一块电路板中通常安装有不同类型多种规格的电子元器件，在电路板安装好电子元器件后、正常使用前，通常需要对电路板中各电子元器件进行安装检查，以验证安装是否正确，尤其是进行电子元器件的极性检查，若极性安装错误，会导致电路板无法正常工作。

对电路板中电子元器件的安装检查，目前通常都是采用人工逐个检查的方式，但是电子元器件的数量众多，所需执行的检查项点非常多，且电子元器件的体积通常较小，人工检查一块电路板的时间需要长达2-5分钟，检查效率低、所需的时间长，因而实际很难进行大批量检查，采用人工检查的方式还极易发生漏检等问题。

机器视觉即是使用机器来代替人眼来做测量和判断，机器视觉系统通过机器视觉产品(如图像采集装置)，获取产品的最原始图像，由图像处理系统根据图像信息进行判断。采用机器视觉进行自动检查，不但可以检提高检查效率和精度，还可以方便的获取检查结果，实现与各类生产数据库的连接，提高产品可追溯性，但是目前还未有利用机器视觉能够实现电路板中多种不同类型电子元器件检查的解决方案。

有从业者提出使用机器视觉技术实现特定电子元器件的极性检查，如二极管的极性检查，通常是通过采集二极管的检测图像，再由二极管的图像中浅色环的位置信息识别出二极管的极性，即利用二极管负极色环特性实现二极管极性的自动检查，但是该类方法存在以下问题：

(1)该类方法仅能够实现特定类型电子元器件的检查，而电路板中包括二极管、电容器、带有极性的ic芯片等多种带极性的电子元器件，上述方法所适用的自动检查范围小；

(2)由于是针对特定电子元器件的检查，上述方法通常是首先人工确定电子元器件的位置，再对元器件进行图像采集，而在电路板中所需检查的电子元件器众多，采样上述方法对整个电路板中各电子元器件进行检测时，检测效率仍然不高，且无法实现整个电路板中对多个带极性电子元器件的自动检查。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够实现不同电子元器件极性的自动检查，且实现方法简单、检查成本低、检查效率及精度高、适用范围广的电路板中带极性电子元器件的自动检查方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种电路板中带极性电子元器件的自动检查方法，步骤为：

s1.图像获取：获取待检查电路板的图像；

s2.元件定位：获取待检查元器件用于安装位置定位的预设定位图像模板，并在所述步骤s1获取的图像中进行匹配搜索，定位到待检查元器件在所述待检查电路板的图像中的安装位置；

s3.安装检查：根据定位到的所述安装位置从所述待检查电路板的图像中获取待检查元器件的目标图像；获取待检查元器件对应的预设标准图像模板，将待检查元器件的目标图像与所述预设标准图像模板进行匹配，根据匹配结果判断待检查元器件是否安装以及极性安装状态。

作为本发明方法的进一步改进：所述预设定位图像模板具体为预先由电路板中待检查元器件附近的特征信息建立得到的特征图像模板；所述步骤s2中使用所述特征图像模板进行匹配搜索，以定位到待检查元器件在所述待检查电路板的图像中的相对安装位置。

作为本发明方法的进一步改进：所述特征信息包括印刷字符信息和/或通孔信息。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s2中若待检查元器件为电容器，定位到待检查电容器的相对安装位置后，还包括定位电容器的圆心的步骤。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s3中若待检查元器件为电容器，具体将所述目标图像与所述预设标准图像模板进行匹配，若所述目标图像中位于待检查电容器两侧区域的灰度值分布状态与所述预设标准图像模板一致，则判定待检查电容器已安装且极性安装正确。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s3中若待检查元器件为二极管，具体将所述目标图像与所述预设标准图像模板进行灰度匹配，以搜索二极管中负极色环特征，若搜索到匹配的负极色环特征且数量为1，则判定已安装且极性安装正确。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤s3中若待检查元器件为带极性的ic芯片，具体将所述目标图像与所述预设标准图像模板进行模式匹配，得到模式匹配结果以及待检查ic芯片的安装角度信息，若所述模式匹配结果、所述安装角度信息满足预设条件，则判定待检查ic芯片已安装且安装的角度正确。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤s1的具体步骤为：将目标电路板置于封闭的检查箱体内，打开检查光源后进行图像采集，获取得到待检查电路板的图像。

一种电路板中带极性电子元器件的自动检查装置，包括：

图像获取模块，用于获取待检查电路板的图像；

元件定位模块，用于获取待检查元器件用于安装位置定位的预设定位图像模板，并在所述图像获取模块获取的图像中进行匹配搜索，定位到待检查元器件在所述图像中的目标位置；

安装检查模块，用于根据定位到的所述安装位置从所述待检查电路板的图像中获取待检查元器件的目标图像；获取待检查元器件对应的预设标准图像模板，将待检查元器件的目标图像与所述预设标准图像模板进行匹配，根据匹配结果判断待检查元器件是否安装以及极性安装状态。

作为本发明装置的进一步改进：所述安装检查模块包括元件类型判别单元以及分别与所述元件类型判别单元连接的电容器检查单元、二极管检查单元以及ic芯片检查单元，所述元件类型判别单元判断待检查元器件的类型，若为电容器，启动所述电容器检查单元，若为二极管，启动所述二极管检查单元，若为ic芯片，启动所述ic芯片检查单元。

作为本发明装置的进一步改进：所述电容器检查单元具体将所述目标图像与所述标准图像模板进行匹配，若所述目标图像中位于待检查电容器两侧区域的灰度值分布状态与所述标准图像模板一致，则判定待检查电容器已安装且极性安装正确。

作为本发明装置的进一步改进：所述二极管检查单元具体将所述目标图像与所述标准图像模板进行灰度匹配，以搜索二极管中负极色环特征，若搜索到匹配的负极色环特征且数量为1，则判定已安装且极性安装正确。

作为本发明装置的进一步改进：所述ic芯片检查单元具体将所述目标图像与所述标准图像模板进行模式匹配，得到模式匹配结果以及待检查ic芯片的安装角度信息，若所述模式匹配结果、所述安装角度信息满足预设条件，则判定待检查ic芯片已安装且安装的角度正确。

作为本发明装置的进一步改进：还包括壳体，所述图像获取模块置于所述壳体内形成封闭检查区域，所述壳体上还设置有用于承载待检查电路板的载具台以及移动导轨，所述载具台通过所述移动导轨移动至所述图像获取模块的检查区域。

作为本发明装置的进一步改进：所述壳体上还设置有交互显示屏，用于接收控制数据以及显示检查结果。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明通过使用视觉检查实现电路板中二极管、电容器以及带有极性ic芯片多种电子元器件的自动安装检查，适用范围广、自动化程度高，可以大大提高检查效率以及检查精度，避免漏检的情况，同时基于自动检查能够方便的存储数据并形成结构化数据库，便于实现全面的质量统计分析，提高产品可追溯性；

2)本发明通过为每个元器件设定不同的定位模板，每个元器件都具有独立的定位基准，无需人工参与即可实现多个元器件的自动检查，且相比于传统的需要人工确定元器件位置，能够快速、准确的自动定位到各元器件位置，有效提高了检测效率，同时能够减少元器件位置偏移造成的误报、漏报现象；

3)本发明进一步根据不同元器件类型的特性采取不同的检查策略，对于电容器，由图像中待检查电容器两侧区域的灰度值分布状态进行判定，对于二极管，由图像中匹配的负极色环特征进行判定，以及对于带极性的ic芯片，由模式匹配结果以及待检查ic芯片的安装角度信息进行判定，基于不同检查策略能够提高各类型电子元器件的检查精度；

4)本发明进一步通过对电容器两侧区域的灰度值进行比较，确定待检查电容器的安装极性是否正确，充分利用了电容器不同极性的图像数据差异，能够很好消除电容器安装带来的偏移和倾斜影响，检查实现简单且精度高；

5)本发明进一步通过对带极性的ic芯片的图像与预设标准图像模板进行模式匹配，获取到模式匹配结果以及安装角度信息，判断模式匹配结果是否大于预设值，以及安装角度是否符合预设角度信息，能够有效检查带有极性的ic芯片是否安装，同时根据ic芯片的结构特性检查ic芯片的安装角度是否正确。

附图说明

图1是本实施例电路板中带极性电子元器件的自动检查方法的实现流程示意图。

图2是本发明具体实施例中获取的电容图像以及电容中心定位的原理示意图。

图3是本发明具体实施例中获取的正极、负极灰度直方图。

图4是本实施例二极管检查的详细实现流程示意图。

图5是本发明具体实施例中获取的二极管图像以及负极特征搜索原理示意图。

图6是本实施例中带极性的ic芯片的详细实现流程示意图。

图7是本实施例中电路板中电子元器件的自动检查装置的结构示意图。

图8是本发明具体实施例中自动检查装置外形的左视示意图。

图9是本发明具体实施例中自动检查装置外形的主视图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例电路板中带极性电子元器件的自动检查方法，步骤为：

s1.图像获取：获取待检查电路板的图像。

本实施例具体采用视觉传感器来采集待检查电路板的图像，视觉传感器可以由一个或多个图形传感器构成，同时配置有光源及其他辅助设备，视觉传感器具体可使用激光扫描器、线阵或面阵ccd摄像机、tv摄像机以及数字摄像机等。

在具体实施例中，启动检查时，将待检查电路板置于封闭的检查箱体内，打开检查光源后通过视觉传感器进行图像采集，获取得到待检查电路板的图像，能够获取得到清晰、完整且干扰小的电路板图像数据。

s2.元件定位：获取待检查元器件用于安装位置定位的预设定位图像模板，并在步骤s1获取的图像中进行匹配搜索，定位到待检查元器件在待检查电路板的图像中的安装位置。

本实施例具体预先为所需检查的各元器件建立用于定位元器件位置的定位图像模板，当需定位目标元器件的位置时，首先获取目标元器件对应的定位图像模板，然后在电路板的图像中搜索与该定位图像模板匹配的图像，由搜索到的位置确定目标元器件的安装位置。通过为每个元器件设定不同的定位模板，每个元器件都具有独立的定位基准，无需人工参与即可实现多个元器件的自动检查，且相比于传统的需要人工确定元器件位置，能够快速、准确的自动定位到各元器件位置，有效提高了检测效率，同时能够减少元器件位置偏移造成的误报、漏报现象。

本实施例预设定位图像模板具体为预先由电路板中待检查元器件附近的特征信息建立得到的特征图像模板，步骤s2中使用特征图像模板进行匹配搜索，以定位到待检查元器件在待检查电路板的图像中的相对安装位置，定位到元器件的相对安装位置点的坐标信息(如x、y坐标值)后，以该相对安装位置点作为基准点即可执行后续对元件器的安装检查。每个元器件均对应建立有特征图像模板，使得每个元器件都具有独立的相对定位基准。

由于元器件大小、形状不定，难以直接准确的定位到元器件的位置，本实施例通过元器件附近的特征信息图像作为特征图像模板，来实现元器件的相对定位，能够有效降低定位实现复杂度，提高定位的效率，同时提高定位的精度。特征信息具体可以为元器件附近的印刷字符、通孔等便于识别确认的显著特征信息，不同类型元器件可根据需求选定不同的显著特征信息，如对于二极管，可使用印刷字符作为显著特征信息建立特征图像模板，进行定位时，在待检查元器件的图像中搜索与待检查元器件对应的印刷字符匹配的图像。

为便于实现电容器极性的检查，本实施例中若待检查元器件为电容器，通过印刷字符信息、或通孔信息等显著特征信息定位到待检查电容器的相对安装位置后，进一步包括定位电容器的圆心的步骤。由于电容器顶部图像灰度与周围灰度差异较大，具体可通过灰度匹配搜索到电容器的顶部位置，从而进一步定位到电容器的圆心位置。在具体应用实施例中对电容器进行中心定位时，定位到的c315电容器的顶部圆心如图2所示。

s3.安装检查：根据定位到的安装位置从待检查电路板的图像中获取待检查元器件的目标图像；获取待检查元器件对应的预设标准图像模板，将待检查元器件的目标图像与预设标准图像模板进行匹配，根据匹配结果判断待检查元器件是否安装以及极性安装状态。

本实施例中对待检查元器件进行定位得到安装位置后，首先由安装位置确定所需检查的区域范围，以减少图像处理数据量，具体可取相位定位点附近指定大小的矩形区域；再由确定的检查区域范围内图像作为待检查元器件的目标图像，与预设标准图像模板进行匹配，预设标准图像模板为预先由正确安装时元器件的图像构建得到，若目标图像与预设标准图像模板匹配成功，表明待检查元器件已安装且极性安装正常，若匹配失败，则可能存在漏装或极性安装错误，需要进一步排查确定。

本实施例进一步将检查数据进行存储，形成结构化数据以便于后续进行全面的质量统计分析。

本实施例根据不同元器件类型的特性采取不同的检查策略，对于电容器，由图像中待检查电容器两侧区域的灰度值分布状态进行判定，对于二极管，由图像中匹配的负极色环特征进行判定，以及对于带极性的ic芯片，由模式匹配结果以及待检查ic芯片的安装角度信息进行判定，基于不同检查策略能够提高各类型电子元器件的检查精度。各类型的安装检查具体为：

(1)电容器的安装检查

由于电容器正极、负极的灰度值不同，如图3所示为电容器两极的灰度直方图，其中图(a)对应为负极，图(b)对应为正极，纵坐标为像素点数，横坐标为灰度水平，从图中可以看出负极的区域灰度要明显大于正极侧，本实施例基于电容器极性的该特性，若待检查元器件为电容器时，具体将目标图像与所述预设标准图像模板进行匹配，若目标图像中位于待检查电容器两侧区域的灰度值分布状态与预设标准图像模板一致，则判定待检查电容器已安装且极性安装正确，其中灰度值分布状态即为电容器两侧区域中灰度值较大区域与灰度值较小区域的分布方向，若目标图像中灰度值较大区域与灰度值较小区域的分布方向与预设标准图像模板相同，表明待检查电容器已安装，即目标位置附近安装有电容器而未漏装，且极性安装正确。通过上述方法实现电容器极性安装的检查，充分利用了电容器不同极性的图像数据差异，能够很好消除电容器安装带来的偏移和倾斜影响，检查实现简单且精度高。

本实施例具体由步骤s2定位到顶部圆心后，基于定位的圆心点分别检查圆心相对的二侧区域的灰度值，若待检查电容器的目标侧区域的灰度值大于另一侧区域的灰度值，则判定目标侧为负极，否则判定另一侧为负极，若负极方向与预设标准图像模板相同，则待检查电容器极性安装正确。

(2)二极管的安装检查

若待检查元器件为二极管时，具体将目标图像与预设标准图像模板进行灰度匹配，以搜索二极管中负极色环特征，若搜索到匹配的负极色环特征且数量为1，则判定已安装，即目标位置附近安装有二极管而未漏装，且极性安装正确。由于进行负极色环搜索时，可能搜索到两个以上的负极色环，若搜索到两个以上的负极色环，则表明定位的安装位置附近安装有两个以上的二极管，需要进一步排查。

如图4所示，在具体实施例中实现二极管自动检查的详细步骤为：

①预先载入待检查二极管的预设标准图像模板以及定位图像模板；

②按照步骤s2在电路板的图像中搜索与定位图像模板匹配的图像，获取到待检查二极管的相对定位点坐标信息；

③在相对定位点坐标信息附近矩阵区域内获取待检查二极管的目标图像，将目标图像与预设标准图像模板进行区域灰度匹配，判断灰度匹配结果以及负极色环的数量，若灰度匹配值小于预设值，且合格特征(负极色环)数量不等于1，判定存在错误，进一步由人工确认检查结果并在需要修正时进行修正；若灰度匹配值大于预设值、合格特征(负极色环)数量等于1，判定安装有二极管且极性安装正确；

④将判定结果存入缓存，完成本次检查。

如图5所示，本发明具体实施例中需要对二极管v105进行安装检查时，首先利用获取电路板图像中的“v105”印刷字符的位置作为二极管v105的相对定位基准点，通过定位到该相对定位基准点后，在其左侧的矩形框范围内进行灰度匹配搜索，利用搜索结果进行判断，如合格特征的数量等于1，则表明安装有二极管并且方向正确；如合格特征的数量不等于1，表明二极管可能漏装或者安装方向错误，需要进行人工确认并修正检查结果。

(3)带极性的ic芯片的安装检查

若待检查元器件为带极性的ic芯片时，具体将目标图像与所述预设标准图像模板进行模式匹配，得到模式匹配结果以及待检查ic芯片的安装角度信息，若模式匹配结果、安装角度信息满足预设条件，则判定待检查ic芯片已安装，即目标位置附近安装有ic芯片而未漏装，且安装的角度正确。通过上述方法，能够有效检查带有极性的ic芯片是否安装，同时根据ic芯片的特性检查ic芯片的安装角度是否正确。

如图6所示，在具体实施例中实现带极性的ic芯片的自动检查的详细步骤为：

①预先载入待检查ic芯片的预设标准图像模板以及定位模板；

②按照步骤s2在电路板的图像中搜索与定位模板匹配的图像，获取到待检查ic芯片的相对定位点坐标信息；

③在相对定位点坐标信息附近区域内获取待检查ic芯片的目标图像，将目标图像与预设标准图像模板进行模式匹配，得到模式匹配结果以及待检查ic芯片的安装角度特征信息，若图像匹配结果小于预设值，且安装角度特征信息与预设角度特征信息不符，判定存在错误，进一步由人工确认检查结果并在需要修正时进行修正；若模式匹配结果大于预设值、且安装角度特征信息与预设角度信息相符，判定极性正确。

④将判定结果存入缓存，完成本次检查。

本实施例采用上述方法，通过使用视觉检查实现电路板中二极管、电容器以及带有极性ic芯片多种电子元器件的自动安装检查，适用范围广、自动化程度高，可以大大提高检查效率以及检查精度，避免漏检的情况，同时基于自动检查能够方便的存储数据并形成结构化数据库，便于实现全面的质量统计分析，提高产品可追溯性。

如图7所示，本实施例电路板中带极性电子元器件的自动检查装置，包括：

图像获取模块，用于获取待检查电路板的图像；

元件定位模块，用于获取待检查元器件用于安装位置定位的预设定位图像模板，并在图像获取模块获取的图像中进行匹配搜索，定位到待检查元器件在图像中的目标位置；

安装检查模块，用于根据定位到的安装位置从待检查电路板的图像中获取待检查元器件的目标图像；获取待检查元器件对应的预设标准图像模板，将待检查元器件的目标图像与预设标准图像模板进行匹配，根据匹配结果判断待检查元器件是否安装以及极性安装状态。

本实施例中，安装检查模块包括元件类型判别单元以及分别与元件类型判别单元连接的电容器检查单元、二极管检查单元以及ic芯片检查单元，元件类型判别单元判断待检查元器件的类型，若为电容器，启动电容器检查单元，若为二极管，启动二极管检查单元，若为ic芯片，启动ic芯片检查单元。

本实施例中，电容器检查单元具体将目标图像与标准图像模板进行匹配，若目标图像中位于待检查电容器两侧区域的灰度值分布状态与标准图像模板一致，则判定待检查电容器已安装且极性安装正确。

本实施例中，二极管检查单元具体将目标图像与标准图像模板进行灰度匹配，以搜索二极管中负极色环特征，若搜索到匹配的负极色环特征且数量为1，则判定已安装且极性安装正确。

本实施例中，ic芯片检查单元具体将目标图像与标准图像模板进行模式匹配，得到模式匹配结果以及待检查ic芯片的安装角度信息，若模式匹配结果、安装角度信息满足预设条件，则判定待检查ic芯片已安装且安装的角度正确。

本实施例电路板中电子元器件的自动检查装置与原理与上述电路板中电子元器件的自动检查方法一致，不再赘述。

本实施例中检查装置还包括壳体，图像获取模块置于壳体内形成封闭检查区域，壳体上还设置有用于承载待检查电路板的载具台以及移动导轨，载具台通过移动导轨移动至图像获取模块的检查区域。

本实施例中，壳体上还设置有交互显示屏，用于接收控制数据以及显示检查结果，交互显示屏上设置开始检查按钮，用来接收启动检查控制指令。执行检查时，首先将待测电路板(含元器件)放至载具台中，点击交互显示屏开始检查按钮，载具台连同电路板一起沿导轨移至封闭检测区域中，启动光源后，由相机对待测电路板进行图像采集，并按照上述方法对各待检查元器件进行元件定位、安装检查，判断是否安装正常；完成项点的检查确认后，将检查结果保存至数据库，以提供给后续质量分析使用。本发明具体实施例中检查装置外形结构如图8、9所示，包括工控一体机以及载具，由工控一体机提供交互显示屏，以及实现载具台控制以及自动检查控制。

本实施例交互显示屏中交互界面具体集成有条码读取、数据存取、检查程序读取等多项功能，能够记录总体检查结果和分项(单个元器件)的详细检查结果，还可可保存图像记录，以及可与mes系统进行交互数据等。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。