应用数字图像相关技术分析焊点热载荷下的缺陷

PAGE8应用数字图像相关技术分析焊点热载荷下的缺陷摘要：本文通过一套长距离工作的显微观测系统放大被测物体（焊点）成像，并利用数字图像相关技术将采集的图像在计算机中处理。施加的载荷为热载荷，将被测焊点直接放置在加热恒温系统中，利用温差变形不同的原理查找焊点缺陷。由于焊点本身较小，又经过仔细研磨，故采用低角度环形LED照明系统作为光源，来突出焊点形貌而虚化背景。本节中详细给出该测试的过程及实验结果，对于不同材料：非金属材料、复合材料等；不同应力状态：裂纹扩展、界面力学等都可以应用该方法。

前言数字散斑相关法（DigitalSpeckleCorrelationMethod，DSCM）是80年代由日本的I.Yamaguchi【1】和美国南卡罗来纳大学的W.H.Peter等人独立提出的，是一种用于面内位移或变形测量的非接触计算机辅助光学测量方法。此方法数据采集方式简单，处理自动化程度高，精度高，灵敏度好，对实验环境要求低，只要白光照明（也可采用激光），不需要严格的激光干涉光路，宏观可以实现长距离检测，微观可以实现细微位移测量、形貌测量等。结果一般为位移方向及大小，应变等。局限性是一般只能得到面内的位移的分布情况，也需要适当的隔振系统，如防振台（尤其是微观测量）。如果散斑质量好，该方法是一种比较理想的面内位移测量方法。材料在加工中由于夹渣、孔洞、缝隙等原因造成材料内的非均匀性，在机械或热载荷下内部的缺陷将通过变形表现在外表面，通常这种变形量是十分微小的，数量级可达0.01μm，一般测量仪器无法测出。对于精密微电子器件（MEMS）、精密机械等，这种缺陷就是致命的。电子封装件在我们周围无所不在，而其中焊点的质量决定了其工作效率和稳定性。欧盟很早就根据环保要求，制定了用无铅焊取代早期普遍使用的有铅焊（早期Pb－90％Sn－10％）的法规，许多相关课题就围绕焊点变形的测试而开展。但由于焊点面积小，得到其变形场比较困难。国内外学者也做过相应的研究，比如IBM公司曾经应用云纹法在焊点上复制云纹栅进行测量，得到较好的结果，但其实验成本极高，过程复杂，实验还需要特殊的真空加热机构，该方法由于种种困难而难以推广。应用长距离显微观测系统将细观被测物在一定距离外放大，再将变形信息通过CCD捕捉到计算机中，在计算机中保存并分析；产生变形的热载荷是通过恒温加热系统产生的，通过温度传感器，控制加热温度（目标温度的大小）及升温速度（频率）；光测方法中影响结果的一个重要因素是光源，但由于数字散斑相关技术是非条纹测量方法，故对光源要求不高，可以用单色性较好的激光，也可用LED白光照明，但要求光强足够，被测物突出；利用数字图像相关技术，得到反映面内位移变化的全场灰度，从而可转换成位移，同时也能直观的反映出焊点缺陷处位置以及进一步变形的趋势；一、原理简介相关法【2】是一种非条纹测量方法，它是将先进的光电子技术、图像处理技术与计算机技术相结合的一种很有前途的新方法。从物体变形前后散斑场的互相关函数入手，导出互相关函数和散斑位移，散斑位移和物体变形量之间的关系，进而在小变形的前提下，假设散斑位移在一个较小的领域内是均匀变化的，对物体变形前后数字灰度场的相关迭代运算，即根据相关性随试凑位移及其导数的变化，对相关性取极值的条件算出散斑位移场，进而得到物体的变形量。数字散斑相关的基本思想与图像识别很相似。它给定物体变形前后的两个散斑场，要求在物体变形后的散斑场中识别出对应于物体变形前的散斑场中的某一散斑子区（样本）的那个散斑子区。数字相关法处理的是物体变形前后的两个数字化了的散斑场，再假定被测面的散斑位移场为u(x，y)和v(x,y)，那么变形前的散斑图上任一点I1（x，y）的灰度与变形后的散斑图上位于I2（x＋u(x，y)，y＋v(x,y)）的灰度相对应，即：I1（x，y）＝I2（x＋u(x，y)，y＋v(x,y)）对变形后的数字散斑场所依附的基座标作仿射变换，得到新的基座标，其与真实位移和试凑位移函数构成方程，当试凑位移函数与真实的散斑位移函数接近吻合时，经仿射变换后得到的数字散斑场将恢复到物体变形前的数字散斑场。这是数字相关法的本质。二、实验过程采用国内中自公司的OK-1011图像采集卡，支持最大分辨率为768×576（像素）。系统分成四大块，分别为成像系统、温度传感及控制系统、图像采集系统和计算机处理系统。原理图如下：CCD、长距离显微镜、环形点阵光源组成的成像系统计算机CCD、长距离显微镜、环形点阵光源组成的成像系统计算机图像采集系统图像采集系统温度传感器及恒温控制器温度传感器及恒温控制器图（1）采用环形照明的数字相关位移测量仪系统简图成像系统负责调节系统放大率、照明均匀、成像清晰等；温度传感及控制系统负责温度探测和显示、控制升温速率、控制温度恒定等；图像采集系统负责图像采集并A/D转换保存等；计算机系统负责图像处理、相关计算等。仪器的整体是立式结构，图（2）显示了系统涉及的元件示意图。可调节试件台夹持机构可调节底座环形光源物镜变焦系统目镜CCD可调节支架可调节试件台夹持机构可调节底座环形光源物镜变焦系统目镜CCD可调节支架图（2）采用环形照明的数字相关位移测量仪原理图数字CCD、目镜、变焦系统、物镜、环形光源均以螺纹配合拧成一体，称为成像系统主体；变焦系统被夹持机构悬臂式夹持在可调节支架上；可调节支架上有旋钮，旋转时，成像系统主体可以上下移动，以改变成像物距和采集图像的面积；可调节底座也有旋钮，旋转时调节平台进行平行移动；可调节试件台也有相应的旋转机构使得台面上下微动；可调节放大倍率（该系统最大放大倍率为物镜4.5×目镜10＝45倍）；环形光源由LED灯珠组成，发光角度为低角度照射，可进行亮度调节。该系统要满足实验所需要的条件：1.足够的通光量保证图像的亮度满足要求；2.足够的且连续可调的放大率并保证成像清晰；3.离开被测物足够的距离，使得物镜远离加热系统而避免受到污染和损坏。4.实验在防振台上进行。三、实验结果采集室温（约20摄氏度）图像1幅，见图（3），然后缓慢加热到90摄氏度，保持稳定温度一段时间，再采集第二幅图像，见图（4）。图（4）中显示的网格为进行相关运算时采用的搜索模板。图（3）20摄氏度散斑图图（4）90摄氏度散斑图及搜索模板对这两幅图进行相关运算，可以得到图（5）所示的以灰度大小而表示的水平方向变形，当然也可以得到垂直方向的变形（限于篇幅，未给出）。图（5）温差载荷下的水平方向变形灰度图从图（5）中清晰可见，变形的方向如图（5）中箭头所示。由于焊点下部为PCB基底，若焊点完好应显示变形均匀向没有约束的周围扩展，而此时显示了焊点左下角变形很小，证明了焊点右下角有脱焊的极大可能性。将变形的灰度进一步以象素的量值表示，可以绘制如下的变形图，见图（6），可以知道全场的变形值。例如，焊点右下角的变形最大值为0.35个象素，通过计算大于焊点正常热载荷的变形量，从而证明了该焊点的确在右下角脱焊了。图（6）温差载荷下的水平方向变形数据四、结论及问题探讨数字相关方法和长距离显微镜组成的细观面内位移测量系统具有明显的优点，如分辨率及灵敏度高、工作距离长、放大率高，稳定性较好等。考虑到方法的先进性，我们也应关注其误差的主要来源：被测物表面的光反射的稳定性、环境噪声干扰、光源的稳定性、成像系统的稳定性和可靠性等等。若同样的方法测量宏观的物体的变形，则对环境的要求则大为降低。测量工作仍需要在以下几个方面进行进一步改进，以获得更加精确的结果。这可以作为下一步工作的重点：1．加热炉的容积较小，故热惯性小，加热很难在较长时间内稳定在特定的温度上，可以采用大容积（直径约100mm）的熔锡加热炉作为热源；2．加热时硅油温度上升中，油的流动性加大，易使夹具产生刚体位移，虽然采用永磁铁作夹具紧密吸附在加热炉的底部，但其扰动仍然是测量的主要误差。3．试件靠手工磨制表面，若不平整（必然的），就使得试件（芯片）局部温度不均匀，试件测量位置处的变形受到影响；4．光学成像系统的限制，其放大率及工作距离有一定范围，在临界处即使看清楚像，但进光量、成像效果和质量都会受到影响，可改进光学成像系统；5．采用一定真空系统可以隔绝空气的扰动；6．用不同的光源对试验也有影响。激光作为光源，发光稳定、单色性好，但扩束光光源中心强度高，而周边光强很弱，不大可能太均匀；LED发光是冷光，功率小，寿命长，体积也小，而且由于是单个发光二极管组合发光，理论上灯源可以按要求做成任意形状，增加发光二级管的数量，总功率也可以任意提高，光照度较为均匀，还可以设计不同角度照射。缺点是单个LED容易得到，但组合后形状复杂，无现成的光源，需要根据实验设计加工、测试，成本较高。7．细观测量数字相关系统除了对光源有外要求，对环境要求也较高，本次实验是在防振台上完成的；对成像系统，包括CCD及长距离工作显微镜的匹配等也有限制，有时要适当加装不同数量的接圈。8．对于数字相关的算法【3】和搜索模板的大小也要进行选择。软件的功能还可以进一步改进。总之，被测物的特性决定了测量的方法，如大变形测量、爆炸冲击等，一旦超过图像的相关性则该方法就无法适用了。参考文献【1】Yamaguchi，Alaserspecklestraingauge。J.Phys.Eng.，Vol.14，No.11k，1981，1270～1273【2】潘兵续伯钦，数字图像相关方法中的亚像素位移测量的曲面拟合法，计量学报，2021，26（02）：128-134【3】雷志辉于起峰，亚像素图像处理技术及其在网格法中的应用，国防科技大学学报，1996年12月，第18卷第4期，17～20

社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的一切。记得在我校举行的招聘会上所反映出来的其中一个问题是，学生的实际操作能力与在校理论学习有一定的差距。在这次实践中，这一点我感受很深。在学校，理论的学习很多，而且是多方面的，几乎是面面俱到；而在实际工作中，可能会遇到书本上没学到的，又可能是书本上的知识一点都用不上的情况。或许工作中运用到的只是很简单的问题，只要套公式似的就能完成一项任务。有时候我会埋怨，实际操作这么简单，但为什么书本上的知识让人学得这么吃力呢？这是社会与学校脱轨了吗？也许老师是正确的，虽然大学生生活不像踏入社会，但是总算是社会的一个部分，这是不可否认的事实。但是有时也要感谢老师孜孜不倦地教导，有些问题有了有课堂上地认真消化，有平时作业作补充，我比一部人具有更高的起点，有了更多的知识层面去应付各种工作上的问题，作为一名大学生，应该懂得与社会上各方面的人交往，处理社会上所发生的各方面的事情，这就意味着大学生要注意到社会实践，社会实践必不可少。毕竟，很快我就不再是一名大学生，而是社会中的一分子，要与社会交流，为社会做贡献。只懂得纸上谈兵是远远不及的，以后的人生旅途是漫长的，为了锻炼自己成为一名合格的、对社会有用的人才.很多在学校读书的人都说宁愿出去工作，不愿在校读书；而已在社会的人都宁愿回校读书。我们上学，学习先进的科学知识，为的都是将来走进社会，献出自己的一份力量，我们应该在今天努力掌握专业知识，明天才能更好地为社会服务。实践心得：虽然这次的实践只有短短的几天，而且从事的是比较简单的服务工作，但是通过与各种各样的人接触，还是让我学会了很多道理。首先是明白了守时的重要性。工作和上学是两种完全不同的概念，上学是不迟到很多时候是因为惧怕老师的责怪，而当你走上了工作岗位，这里更多的是由于自己内心的一种责任。这种责任是我学会客服自己的惰性，准时走上自己的岗位。这对我以后的学习生活也是一种鞭策，时刻牢记自己的责任，并努力加强自己的时间观念。其次让我真实的体会到了合作的重要性。虽然我工作的只是小小的一家餐厅，但是从点单到制作到递送到结帐这一环环的工作都是有分工的，只有这样才能使整家店的工作效率都大大的提高。以前虽然在书上看见过很多的团队合作的例子，但这一次是深刻的体会到了，正所谓“众人拾柴火焰高”，“团结就是力量”。在以后的学习和工作中，一定会要牢记这一点，将自己融入到集体中，和大家一起携手走向辉煌。再次，这次打工的经历也让我的心理更加趋于成熟。在餐厅里每天面对形形色色的客人，重复着单调的工作。让从未涉世的我还是有那么一点点不适应的，但是坚持就是胜利。打工毕竟和在家是完全不同的概念，我们学会需要忍耐，需要学会承受，需要学会坚持。将自己这短短的一月的实践同理论相联系，我了解到当代大学生与以往的大学生相比较，求学经历、生活条件、所处社会大环境都相对优越，也没有经过必要的挫折教育，因此，意志往往比较脆弱，克服困难的能力也较差，常常是对社会的要求较高，对自我的要求较低。大学生的责任意识日益成为社会关注的热点问题，责任意识和诚信意识成为不少地方采用人才的两个新标准。大学生参与社会实践是促进大学生素质教育,加强和改进青年学生思想政治工作，引导学生健康成长和成才的重要举措，是学生接触社会、了解社会、服务社会，培养创新精神、实践能力和动手操作能力的重要途径。对于当代大学生来说，应当刻苦学习专业知识，不断提高综合素质和运用知识的技能。从大学生活的开始到走进社会的大圈子中，就只有短短的几年时间，谁不想在将来的社会中能有一席之地呢？所以大家认为大学生必须投身校园内外的各类实践活动，有助于锻炼品质，提高能力。可见其对大学生综合素质的提高有不可抵触的重要性。不能否认有过打工经历的同学，看起来要比其它同学更成熟、社会适应力更强，但对于学生，社会适应力只是一方面的衡量指标，大学期间主要的任务是学业结构的搭建，即知识结构、专业结构的搭建，为了打工影响甚至放弃了专业知识的学习，结果是得不偿失的。实践出真知，社会实践活动是大学生活的重要组成部份，培养当代大学生的历史使命感、社会责任感和积极向上的精神风貌，充分发挥实践育人的作用，提高大学生的综合素质，也是检验所学理论知识的标准，社会实践不但为大学生提供了一个发挥自我才能，展现自我风采的舞台，也是培养和锻炼同学们综合能力的一个阶梯，更是一个大学生进入社会，走上工作岗位前的演练场地。社会实践活动，从而确定比较正确的人生前进方向。河南理工大学计算机科学与技术学院实习报告20—20学年第学期实习名称生产实习实习地点实习日期学生姓名学号专业班级指导教师20**年**月**日一、实习基本情况20**年**月通过网络招聘，我应聘到河南中方纺业有限公司进行实习，该公司位于周口市，主要承担棉纺制造与销售工作，进入公司后我被分配到信息管理部门，主要从事的工作是对公司的网络进行管理与维护，同时对公司网站的管理与维护进行学习，三个月的实习让学会了从不同的角度去看待问题和解决问题，对网络工程师的工作有了全面的认识，为以后的就业积累了经验。二、实习内容1.单位情况河南中方实业（集团）有限公司是以棉花种植、收购、加工、经营、仓储、纺织及棉花与纺织品进出口为产业链条，集研发、生产、经营、投资、管理于一体的现代产业化集团企业。旗下拥有多家从事棉花、纺织等生产、经营的全资、控股子公司。经过多年的发展，公司已形成了以“棉花经营、棉花物流、棉纺织、纺织品出口”为主干业务，以“国内、国际”为两大市场的经营格局。棉花经营涵盖进口棉、新疆棉、地产棉三大系列多个品种；棉花物流业务以地产棉交易为主，填补了河南无地产棉交易市场的空白，并融入了全国棉花物流体系；棉纱产品从精梳40s到精梳120s、气流纺纱16s到21s等两大系列；外贸出口涵盖棉纱、面料、服装等三大系列、400多个品种。公司营销网络覆盖国内众多棉花生产、经营、纺织企业，大型专业公司及国际棉花、纺织工贸公司，并与之建立了长期稳固的互助合作关系，业务范围遍及河南、河北、湖北、新疆、甘肃、浙江、江苏、山东、广东、福建、香港、新加坡、印度、澳大利亚、美国等区域。2.技术培训初到公司后，公司进行了一系列的公司工作相关培训，如企业文化、企业制度等，我所在的信息管理部门也进行了一些技术培训，主要内容有办公软件的使用、公司网络的日常维护工作等，这些培训让我对网络专业有了更进一步的了解，对网络工程师应该干什么有了一个整体的了解。3.工作内容在实习期间我先后主动了解了公司职能范围、机构设置、人员编制等基本情况，并对人事教育、网络管理重点以及现场维护等工作深入学习，先后研读了TCP/IP协议详解一、二卷等书籍，同时我还理论联系实际，实习期间主动要求跟老工程师到现场去实践锻炼、了解学习，努力从多方面开拓自己的眼界。我的主要工作是，在日常工作中通过对老员工的学习，不断的增加自己的实践知识储备，积极参加部门的技能培训，及时总结学习内容，同时对公司需要的文件进行修改、打印以及分发到各个部门。在实习期间，我遇到了很多问题如对设备不熟悉、所学知识不能学以致用等问题，通过自己的沟通协调和监督管理，这些问题都得以解决。三、实习感想从学生到实习工程师，短短几个月的工作过程使我受益匪浅。不仅是在专业知识方面，最主要是在为人处事方面。社会在加速度地发生变化，对人才的要求也越来越高，要用发展的眼光看问题，得不断提高思想认识，完善自己。作为一名it从业者，所受的社会压力将比其他行业更加沉重，要学会创新求变，以适应社会的需要。在单位里，小到计算机的组装维修，大到服务器的维护与测试，都需要一个人独立完成。可以说，近几个月的工作使我成长了不少，从中有不少感悟，下面就是我的一点心得：

第一是要真诚：你可以伪装你的面孔你的心，但绝不可以忽略真诚的力量。第一天去网络中心实习，心里不可避免的有些疑惑：不知道老师怎么样，应该去怎么做啊，要去干些什么呢等等吧！踏进办公室，只见几个陌生的脸孔。我微笑着和他们打招呼。从那天起，我养成了一个习惯，每天早上见到他们都要微笑的说声：“您早啊”，那是我心底真诚的问候。我总觉得，经常有一些细微的东西容易被我们忽略，比如轻轻的一声问候，但它却表达了对同事对朋友的尊重关心，也让他人感觉到被重视与被关心。仅仅几天的时间，我就和领导同事们打成一片，很好的跟他们交流沟通学习，我想，应该是我的真诚，换得了领导和同事的信任。他们把我当朋友也愿意指导我，愿意分配给我任务。

第二是沟通：要想在短暂的实习时间内，尽可能多的学一些东西，这就需要跟领导和同事有很好的沟通，加深彼此的了解，刚到网络中心，老师并不了解你的工作学习能力，不清楚你会做那些工作，不清楚你想了解的知识，所以跟领导同事很好的沟通是很必要的。同时我觉得这也是我们将来