沈陽(yáng)建筑大學(xué) 李凌燕 闞鳳龍 劉西洋

0 引言

隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，電路板也朝著高精度、高密度的方向發(fā)展，同時(shí)焊點(diǎn)的質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性和機(jī)器整體的質(zhì)量。焊點(diǎn)的缺陷是影響質(zhì)量的主要因素，焊點(diǎn)的缺陷有很多種，例如多焊錫、少焊錫、孔洞等，其中最為常見的缺陷是多焊錫和少焊錫。因此如何及時(shí)地對(duì)焊點(diǎn)缺陷進(jìn)行檢測(cè)，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和穩(wěn)定性，成為當(dāng)今社會(huì)越來越關(guān)注的問題。

1 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

焊點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)常用的焊點(diǎn)檢測(cè)方法可以分為破壞性檢測(cè)和非破壞性檢測(cè)[1]。破壞性檢測(cè)包括顯微鏡切片檢測(cè)和機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定等，非破壞性檢測(cè)主要包括目測(cè)法、X射線檢測(cè)、紅外激光檢測(cè)、電氣檢測(cè)、計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)等。

目測(cè)法是一種最常用的非破壞性檢測(cè)方法，但易受主觀因素影響，不穩(wěn)定，速度慢，效率低，影響產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。X射線檢測(cè)利用射線穿透物質(zhì)的衰減特性來檢測(cè)缺陷情況，主要用來檢測(cè)內(nèi)部缺陷[2]。紅外線激光檢測(cè)用紅外激光照射焊點(diǎn)，使焊點(diǎn)的溫度先升高再降回到室內(nèi)氣溫，通過比較升降曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線來判別焊點(diǎn)的缺陷[3]。X射線和紅外線激光檢測(cè)雖然可以對(duì)多種類型的焊點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，但由于設(shè)備價(jià)格昂貴，不進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用。電氣檢測(cè)能有效地檢查出目視檢測(cè)所不能發(fā)現(xiàn)的微小裂痕和連橋等，但采用的離線檢測(cè)不能及時(shí)反饋信息，同時(shí)也存在著效率低的缺點(diǎn)[4]。計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)系統(tǒng)包括光源、攝像傳輸系統(tǒng)、載物臺(tái)和圖像處理系統(tǒng)，是近年來一種新興的缺陷檢測(cè)方法。通過圖像處理、模式識(shí)別技術(shù)與智能算法相結(jié)合，可以有效地提高焊點(diǎn)缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性。國(guó)外早在20世紀(jì)60年代就提出機(jī)器視覺的概念，70年代MIT人工智能實(shí)驗(yàn)室的D.Marr教授提出視覺計(jì)算理論，成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中一個(gè)重要的理論框架，為日后的蓬勃發(fā)展奠定基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)起步相對(duì)較晚，直到80年代才引進(jìn)了計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，最早應(yīng)用在半導(dǎo)體和電子行業(yè)，如PCB印刷、元器件制造、電路組裝、半導(dǎo)體設(shè)備。經(jīng)過這些年迅速的發(fā)展，我國(guó)已成為計(jì)算機(jī)視覺發(fā)展最為活躍的國(guó)家之一。至90年代中期，機(jī)器視覺得到深入發(fā)展，廣泛地應(yīng)用于電子、制藥、汽車檢測(cè)、航空航天、太陽(yáng)能等眾多領(lǐng)域。利用機(jī)器視覺對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行定位、質(zhì)量檢測(cè)、分類等處理，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，并且大大解放了人工視覺，降低人工風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)展至今，機(jī)器視覺早已不是單一的應(yīng)用于產(chǎn)品，這就對(duì)系統(tǒng)的集成性提出了更高的要求。專業(yè)的系統(tǒng)集成商超過50家，以KEYENCE(基恩士)、歐姆龍、松下、研華科技、上海緯朗等為首，涵蓋了工業(yè)鏡頭、工業(yè)相機(jī)、光源、以及圖像采集卡等所有機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品。在現(xiàn)代的自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、質(zhì)量控制和成品檢驗(yàn)等領(lǐng)域[5]。但仍然存在識(shí)別精度和計(jì)算能力不足，以及分類算法不夠完善等缺點(diǎn)。

針對(duì)這些不足國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一些方法的改進(jìn)例如：N.Mar等提出一種自動(dòng)焊點(diǎn)識(shí)別檢測(cè)系統(tǒng)[6]；楊富超等提出RGB圖像分析技術(shù)，成功分離焊點(diǎn)[7]；戴丹提出了一種基于改進(jìn)的分水嶺算法的圖像分割技術(shù)，大大提高了工作效率[8]。國(guó)外以美國(guó)的麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology)和英國(guó)的卡耐基梅隆大學(xué)(Carnegie Mellon University)為首的計(jì)算機(jī)視覺相關(guān)的研究單位都對(duì)此方面做了大量的研究。國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)和北京大學(xué)等高校也將此領(lǐng)域作為課題進(jìn)行深入的研究。相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)對(duì)此領(lǐng)域的研究起步較晚，但發(fā)展迅速且存在很大的發(fā)展空間，因此需要更深入的理論作為研究的基礎(chǔ)。

2 焊點(diǎn)檢測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來，國(guó)際上對(duì)焊點(diǎn)檢測(cè)研究的熱點(diǎn)問題,有許多相關(guān)的一流國(guó)際會(huì)議如：ICCV，ECCV和CVPR等重要的國(guó)際期刊上發(fā)表了大量有關(guān)焊點(diǎn)檢測(cè)的文章。在對(duì)高密度組裝電路板進(jìn)行檢測(cè)方面，機(jī)器視覺作為一種非破壞性、自動(dòng)化和智能化的在線檢測(cè)手段已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用[9]。機(jī)器視覺的發(fā)展在很大程度上決定了基于計(jì)算機(jī)視覺的焊點(diǎn)檢測(cè)的發(fā)展。目前相應(yīng)的配套設(shè)施、技術(shù)等方面的逐步完善，各行各業(yè)對(duì)機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)的自動(dòng)化、智能化的需求越來越廣泛，國(guó)內(nèi)的許多大學(xué)、研究所和企業(yè)對(duì)機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行深入的研究。因此，機(jī)器視覺仍然具有很大的發(fā)展前景。

計(jì)算機(jī)視覺在焊點(diǎn)檢測(cè)方面的發(fā)展與普及受諸多因素的影響，如技術(shù)、人才、制造業(yè)的需求、圖像處理技術(shù)等。計(jì)算機(jī)視覺也由過去單純的采集、分析、傳遞數(shù)據(jù)等，逐漸向開放性發(fā)展，這也預(yù)示著將與智能化和自動(dòng)化進(jìn)一步的融合。未來的發(fā)展方向主要為以下幾點(diǎn)：

(1)專業(yè)型人才

在國(guó)內(nèi)，計(jì)算機(jī)視覺本來就是新興的領(lǐng)域，目前從事計(jì)算機(jī)視覺研究的人員大多不是科班出身，缺少對(duì)圖像處理基本理論的認(rèn)識(shí)和理解。在機(jī)器視覺中圖像處理是非常重要的環(huán)節(jié)，很多人對(duì)于圖像處理的理解還停留在“二值化”等認(rèn)知上。計(jì)算機(jī)視覺更多的應(yīng)用在自動(dòng)化設(shè)備這一塊，而自動(dòng)化是屬于一門比較交叉的學(xué)科，涉及電氣控制、機(jī)械、光學(xué)、軟件編程等。這些學(xué)科的基本東西不難，但要想研究的比較透徹并且綜合運(yùn)用就比較困難，因此需要更加專業(yè)型的人才推動(dòng)機(jī)器視覺更快的發(fā)展。

(2)計(jì)算機(jī)能力

計(jì)算機(jī)視覺面向的研究對(duì)象主要是圖像和視頻，其特點(diǎn)就是數(shù)據(jù)量龐大、冗余信息多、特征維數(shù)高等，因此對(duì)計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和計(jì)算能力的要求十分巨大，這也導(dǎo)致開發(fā)成本的大幅度提高。

(3)圖像處理技術(shù)

圖像處理技術(shù)通過將輸入圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換，成為具有所希望特性的另一幅圖像。計(jì)算機(jī)視覺主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，如外觀檢測(cè)、測(cè)量、條碼、字符識(shí)別、定位等，在研究中經(jīng)常利用圖像處理技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取。但目前應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺的幾個(gè)領(lǐng)域還沒有從真正意義上實(shí)現(xiàn)批量化檢測(cè)的同時(shí)保證極高的準(zhǔn)確率。因此，圖像處理技術(shù)的提升可以促進(jìn)機(jī)器視覺在檢測(cè)方面的發(fā)展。

3 總結(jié)

將計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用于焊點(diǎn)檢測(cè)方面，滿足了社會(huì)發(fā)展的需要，有效地降低了檢測(cè)成本，提高了社會(huì)的生產(chǎn)水平。實(shí)現(xiàn)對(duì)焊點(diǎn)的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格地控制，具有速度快、效率高、低成本等優(yōu)點(diǎn)，但計(jì)算機(jī)視覺常用的檢測(cè)分類算法大多采用無(wú)法統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)規(guī)律的歐氏距離進(jìn)行度量，因此未來的發(fā)展趨勢(shì)可以通過對(duì)分類算法進(jìn)一步的改良，進(jìn)而提高焊點(diǎn)檢測(cè)的準(zhǔn)確率和效率。