袁詠歆 韓璞輝
電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展為電子元器件的升級換代帶來了契機。出于電子產(chǎn)品小型化、便攜性的考慮,SMD封裝的器件成為市場的主流。SMD(即Surface Mounted Devices的縮寫,表面貼裝器件)封裝可以大幅減少管腳、管殼所占用的體積,器件小型化,甚至微型化,在體積、重量、功耗等方面都有優(yōu)勢。SMD封裝器件由于其體積微小,檢測篩選中的器件取用、表面檢查、排布整理都存在不便。在此背景下,基于可見光圖像處理技術(shù)的自動化檢測篩選方法成為一種有效的解決途徑?;诳梢姽鈭D像的大倍率放大功能,可以方便的定位器件、進行外觀檢查、發(fā)現(xiàn)故障點。因此,本文從圖像處理的角度設(shè)計一種針對SMD封裝器件的檢測篩選方法。
SMD封裝元件的圖像是一個引腳區(qū)域,其主要構(gòu)造是相互連接在一起的像素部分。在后續(xù)過程中,采集引腳區(qū)域的輪廓信息和位姿確定是整個過程的主要信息,從根本上左右了算法是否準(zhǔn)確無誤。尋找一種快速、準(zhǔn)確的二值圖像輪廓跟蹤算法。輪廓跟蹤算法具體體現(xiàn)在邊界跟蹤的原理。使用這個原理來解剖二值圖像拓撲理論。該算法依照外邊緣與1區(qū)域、孔邊緣與O區(qū)域的相互對應(yīng)來使用操作。
因為SMD元件會有一定的偏移轉(zhuǎn)動,如果光是依照每個引腳廓形的中點坐標(biāo)來確定在哪個引腳組,大部分情況下聚類會出現(xiàn)問題。中心初始化改善的k-means聚類方法,初始聚類數(shù)值擬合橢圓的長軸方向在旋轉(zhuǎn)了一定的角度之后,搭建出一份包含重要內(nèi)容的文件。全部腳針可以具體看成兩大類,然后依照各個類型的針銷中心坐標(biāo)分為兩種,為了確認分類是準(zhǔn)確無誤的,在聚類中試圖添加一些檢測,引腳聚類的步驟可以分解如下:
1、得到的擬合橢圓是經(jīng)過篩選后的每個閾值內(nèi)的廓搭造形成的。
2、為了不讓聚類出現(xiàn)錯誤(引腳橢圓的一端長軸相同方向上的圓角為θ或180-θ),選擇數(shù)值的初始角度θ,修改初始聚類的數(shù)值為|θ-θ。|與180-|θ-θ得數(shù)較低的,這樣就可以讓數(shù)據(jù)點分成兩類:接近O度和接近90度;
3、設(shè)置類別數(shù)為2,使用聚類算法對引腳進行初始分類;
4、檢查集群的結(jié)果,確保平均值之間的差異。
5、得到各類等值線的中心坐標(biāo),等值線的中心坐標(biāo)是由各等值線矩構(gòu)成的等值線零階矩。為了避免聚類誤差,對輪廓的一階矩進行歸一化處理,以中心坐標(biāo)作為聚類數(shù)據(jù)點。
6、對于滿足兩類輪廓的中心坐標(biāo),類別數(shù)為2,重復(fù)使用聚類算法。
7、監(jiān)測每一次聚合的數(shù)據(jù)兩種數(shù)值(即對應(yīng)的引腳數(shù)量)相等與否,假設(shè)相等,則開始步驟(8)的操作,反之則聚類出現(xiàn)錯誤。
8、將每兩個類(相對銷釘)的中心重新聚簇接連,觀測兩線段的夾角是否在[85°,90°]之間。假設(shè)在,群集完畢;相反,集群錯誤。
該算法主要做了兩個改進:(1)每條邊對應(yīng)一個唯一的標(biāo)簽;(2)在搜索被跟蹤邊時,確定其父邊的標(biāo)簽。以便知道一些包含關(guān)系,而這些關(guān)系存在于邊緣包含之間。這一類算法的主要關(guān)鍵點在于輪廓的判斷和標(biāo)記。邊(i,j)的起始點可以位于孔的外緣或孔的邊。第一個邊緣起點通常是掃描的第一個非零像素點。各個邊緣點所在位置的序號標(biāo)記為NBD,而序號相對應(yīng)的邊緣的序列標(biāo)記成LNBD。
已經(jīng)經(jīng)過標(biāo)記的邊緣點(p,q),若再次被掃描時,再一次被看做起始點的邊緣,會沒有辦法停下循環(huán)過程,甚至存在跟蹤出錯的情況,要想不讓這種情況出現(xiàn),掃描時一定要跟隨下列原則:
1、若,,和閾值之間存在著被標(biāo)記的邊緣節(jié)點,(p,q)的序號將被改成NBD;
2、假設(shè)(p,q)序號已經(jīng)標(biāo)記,則序號為NBD。
以上所敘述的原則,邊緣類型分為兩種——外邊緣和孔洞邊緣。通過以上步驟,完成對SMD封裝器件圖像的對準(zhǔn)與檢測篩選。
分別對標(biāo)簽兩種輪廓跟蹤方法進行研究,獲取二值圖像跟蹤。為了方便比較,在原始圖像中繪制出每個軌跡標(biāo)記的輪廓,結(jié)果如下表1:
表1 圖像處理測試結(jié)果記錄表
有干擾時,輪廓的兩種跟蹤算法在引腳區(qū)域用來計算數(shù)量和形狀時的效果基本相似。但是,從表1可以看出,只跟蹤區(qū)域外的輪廓,檢測速度更為快捷。
SMD封裝器件在國內(nèi)是一個不可忽視的新興領(lǐng)域,具有廣闊的市場前景。深入分析了貼片封裝器件視覺檢測的核心算法,對其檢測和篩選方法進行了分析和研究。通過對大量SMD封裝器件的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性進行分析比較,設(shè)計了封裝元件安裝過程中可用于目視檢查的新篩選方法和測試流程,并驗證了該方法的可行性。因此,貼片封裝器件的發(fā)展前景是可觀的,但還需要研究更多的測試和篩選方法。