第4章 数字图像处理技术23

第4章电路板组件检测系统4.1概述PCB生产线中出现的部分故障大是焊接错误，其占75％以上，其中组件错误占8％至10％，小于10％的发生故障的组件的电气参数。的印刷电路板的质量检验检测放置的电子元件的质量，​​当然，包括功能的测量和组合的测量都是为了阻止印刷电路板的性能的技术指标的要求。PCB生产线，AOI系统的检测后，一般是先检测补丁修补过程是否正确，再回流操作，然后检测焊接质量，其中包含了焊点的质量和组件的位置。AOI在以前的几个过程的生产线，所以返工成本是相对低的，在最近几年，被广泛采用，特别是那些具有高收率要求制造商。AOI的出现提高工作效率，还提高了产品的质量。4.2系统组成系统相机、光学镜头、图像采集卡和计算机图像采集和图像处理软件，图4-1所示。根据测试电路板组件被放大的光学镜头和视频图像，传输然后到计算机，在计算机图像处理在检测电路板缺陷中的应用方法的一系列图像采集卡。图4-1硬件结构图光源系统光源照明是采用正面光源，选用大恒LFP系列薄环照明系统是为了减少因光源的发光不稳定造成的图像质量下降的结果。为了不要引起电路板上元器件与焊点的明显反光，可以调整光源位置放置和亮度。图像采集卡图像采集卡仍使用NI公司的PCI1409多通道彩色/黑白图像采集卡，NI为图像采集卡提供了配套的驱动模块，用户实现对图像采集卡的操作可以通过调用驱动模块。图像采集卡能及时传送数字视频信号到显示存储器，或系统存储器，或直接存于硬盘是因为采用了PCI总线。图像采集卡控制数据的传送过程，根本就不需要CPU参与，这样图像传输速度会很快。4.3电路板组件贴片的常见缺陷检测设计电路板组件贴片的常见的几种缺陷，影响最为明显的有元件漏装，极性反装、位置偏移。本设计中，就是完成元件漏装的检测任务。具体检测过程是先预处理对有采集卡达到的检测图像，再按照检测任务选择检测方式和识别方法，最后得到检测结果。4.3.1模板匹配法模板匹配法的定义是为了在图像中检测已知形状的目标物，用目标物的形状模板图像与输入图像进行比较匹配，在某种准则上检测目标物。在此，针对模板匹配从被检测图像f(x,y)中检测出样板t(x,y)的位置，它的原如如下所述。y如图4-2所示，、能够表示需检测对象的样板t(x,y)，使其与图像f(x,y)中的点（u,v）的位置重合，能算出t(x,y)与图像中与重合部分图像的差异。y样板样板t(x,y)图像f(x,y)x图像f(x,y)x图4-2模板这个值表示在点（u,v）上存在该对象的可靠度，值越小表示是对象越匹配。找出对象物的位置，匹配法只要对图像中所有的点都进行一遍这操作，并找出差异度小于某一阈值的位置就可以达到。差异度可利用下式：S表示t(x,y)的定义域(4-1)除此之外，也会使用相似度来代替差异度。相似度与差异度正好相反，值越大表示是图像的可能性越大。只要计算f(x,y)所有可能位置（u,v）上与t(x,y)的相似度。在进行位置检测时，一般情况t（x,y）的图像大小与f(x,y)相比较小。如果在t(x,y)的定义域之外的范围上的所有t(x,y)=0，则点（u,v）相似，可用如下式：(4-2) 它表示函数t(x,y)与f(x,y)的交叉相关。使用交叉相关作为样本匹配的相似度不仅是正确的，而且在对白噪声的抗噪性能上也能达到最效果。也可以使用规格化的相似度，如下交叉相关：(4-3)有时也采用如下的把图像的平均亮度规格化了的相似度：(4-4)上式中，，分别表示f(x+u,y+v)，t(x,y)的平均，称为规格化相关。规格化相关下照明的亮度即使发生变化也可以稳定地进行匹配的性质。大多模板使用相对较大的模板使用的位置检测。为了执行高效率的模板匹配，SSDA法、两阶段检索法，把交叉关系的计算用高速傅立叶变换进行的方法等。在LabVIEW中，IMAQ提供了许多模板匹配组件。LabVIEW中匹配的图像检测算法相结合的各种功能，匹配技术，在相同的时间，为了满足最当前的工业测试要求的匹配速度和匹配精度。在图像匹配阶段先分析了该区域的检测到的边缘功能，参数列表是由边缘的几何信息，并基于它们的相似性和几何特性的标准图像的比较和排序。进一步使用获得按照匹配最大的相似性度量的相关性的相似性度量的方法的排序的列表中的特征点的坐标位置，和相应的偏转角。在本文中，模板匹配的方法来检测是否缺少的组成部分。4.3.2模板匹配检测流程本课题采用LabVIEW的模式匹配组件实现的图像检测程序，它的基础是特征提取的图像模式匹配，可以快速检测出图像的电路板上的元件，如电阻，电容，diodesthe的位置和旋转给定的角度，该相似性度量。本文选择的晶振和电容检测是否丢失。可以从电路板组件的模板库和设计文件的模板图像和标准位置信息，还可以有一个学习模式，学习标准的图像。此选择的是后者，从所述电路板中的位置信息，一个无缺陷的电路板学习元素的模板图像的获得。执行步骤如下：1.在参照图像，定义的坐标系统校准模版；2.获取的坐标在参考图像中的模板的参数信息；3.部分元件模板定义在参考图像中被检测到；4.设置检测区域的投资回报率；5.转移到被检测的图像，设定校正坐标的参数，在校正的基础上的参照坐标系的坐标信息；6.设定参数，模板匹配，校正后的坐标系中元素的模板匹配，并输出匹配结果：参考图像参考图像检测结果ROI设定调如待检图像坐标模板定义图像坐标系统校正坐标参数获取检测结果ROI设定调如待检图像坐标模板定义图像坐标系统校正坐标参数获取检测参数设计检测参数设计检测模板定义检测模板定义图4-3模板匹配检测流程图匹配参数设置可设定匹配模式，最小匹配值以及允许旋转度数，同时还提供了镜像匹配、亚象素匹配等匹配方式，能很精确的匹配实现各种元件。IMAQ中用于模版匹配的主要组件为LearnPattern和MatchPattern，他们的接口见下图。图4-4组件LearnPattern和MatchPattern的接口图4.4电路板组件检测系统软件选择IMAQ视觉软件，论文完成电路板装配自动检测软件，以实现共同发展的平台基于LabVIEW的图形语言组合。电路板上的贴片组件设计软件来实现检测、组件模板匹配检测元素缺少检测功能，并可以被设置为检测目标和检测参数的情况下，根据设置的不同，系统可以自动检测到存在缺陷，然后完成自动识别的缺陷模式，与模块化和智能化的优势。4.4.1电路板组件检测系统软件电路板组件检测系统界面如以下图所示，可以按下按键，程序就会自动执行，完成图像采集以及各个项的检测任务。图4-5是检测电路板中电阻数量的显示图。再选择其他的电路板组件图像进行检测，如晶振。图4-6是电路板中检测晶振数量界面图。图4-5检测电阻图图4-6检测晶振图4.5本章小结本章通过模板匹配算法的坐标系统校正，以检测电路板组件，在检测过程中，法官的电路板上自动检测和识别缺少的缺陷修补程序组件。此主题选定的