一種基于視覺的sop元件定位和缺陷檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及表面組裝技術(shù)（SMT)視覺系統(tǒng)中SOP元件的視覺檢測(cè)方法，主要實(shí)現(xiàn) SOP元件視覺定位以及視覺缺陷檢測(cè)功能。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子工業(yè)的發(fā)展，表面貼裝技術(shù)（SMT，SurfaceMountTechnology)也迅速發(fā) 展。其中，貼片機(jī)是SMT生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)貼片元件的組裝。高性能的貼片機(jī) 普遍采用了機(jī)器視覺系統(tǒng)，這是貼片機(jī)最為關(guān)鍵的系統(tǒng)之一，其性能直接影響到的貼片機(jī) 的貼裝精度和速度。
[0003] 對(duì)于一套成熟的貼片機(jī)視覺系統(tǒng)，元件的視覺識(shí)別方法的研宄與論證顯得至關(guān)重 要，這是貼片機(jī)視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)性問(wèn)題，好的元件視覺識(shí)別方法會(huì)大大提高貼片機(jī)貼裝時(shí) 的精度和速度，并且隨著現(xiàn)如今各類封裝技術(shù)的完善，元件的種類也越來(lái)越多，這也對(duì)元件 視覺識(shí)別方法的有效適用范圍提出了更高的要求。
[0004] 針對(duì)現(xiàn)如今SOP元件在貼片機(jī)貼裝時(shí)出現(xiàn)的精度不夠，對(duì)外界環(huán)境變化敏感的問(wèn) 題，設(shè)計(jì)一種具有良好實(shí)時(shí)性，對(duì)多型號(hào)SOP元件都適用的SOP元件視覺定位與缺陷檢測(cè)的 識(shí)別方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是要解決SOP元件在貼片機(jī)貼裝時(shí)出現(xiàn)的精度不夠，對(duì)外界環(huán)境變化敏感 的問(wèn)題，而提供了一種具有良好實(shí)時(shí)性，對(duì)多型號(hào)SOP元件都適用的SOP元件視覺定位與視 覺缺陷檢測(cè)的方法。
[0006] 一種基于視覺的SOP元件定位和缺陷檢測(cè)方法，它按以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0007] -、檢查所選區(qū)域圖像是否符合亮度要求；
[0008] (1)掃描所有所選區(qū)域圖像像素點(diǎn)，將圖像像素點(diǎn)總個(gè)數(shù)記為Sl，灰度值大于150 的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)記為S2;
[0009] ⑵取比值6= 0? 〇3,r2= 0? 9〇，若si/sZrilll像區(qū)域太暗，若si/sprjlj圖像區(qū) 域太亮，停止并返回相應(yīng)錯(cuò)誤碼；否則繼續(xù)進(jìn)行下一步；
[0010] 二、將所選區(qū)域圖像進(jìn)行二值化，得到二值化圖像；
[0011] 三、采用canny邊緣檢測(cè)提取法提取第二步得到的二值化圖像的外邊界輪廓，得 到二值化圖像的各個(gè)外邊界點(diǎn)集；且存放于一個(gè)二維點(diǎn)容器中，對(duì)不同的外邊界點(diǎn)集進(jìn)行 隨機(jī)標(biāo)號(hào)；
[0012] 四、對(duì)第三步得到的各個(gè)外邊界點(diǎn)集進(jìn)行"灰度值檢查"操作，得到符合要求的邊 界點(diǎn)集；
[0013] 五、將第四步得到的邊界點(diǎn)集進(jìn)行"面積篩選"操作，得到符合面積要求的邊界點(diǎn) 集；
[0014] 六、尋找第五步符合面積要求的邊界點(diǎn)集整體的最小外接矩形，將此最小外接矩 形近似為整個(gè)SOP元件的最小外接矩形，并且根據(jù)此最小外接矩形的旋轉(zhuǎn)角度和中心坐標(biāo) 確定SOP元件的粗略旋轉(zhuǎn)角度a和元件粗略中心坐標(biāo)（X(l，ytl);
[0015] 七、對(duì)第六步中得到的SOP元件的粗略旋轉(zhuǎn)角度a進(jìn)行判斷；當(dāng)|a|>30°時(shí)停 止并返回"旋轉(zhuǎn)角度過(guò)大"的錯(cuò)誤碼；否則繼續(xù)進(jìn)行下一步；
[0016] 八、求取第五步中符合面積要求的各個(gè)邊界點(diǎn)集的中心坐標(biāo)；
[0017] 其中，所述求取每一個(gè)邊界點(diǎn)集中心坐標(biāo)（x，y)采用質(zhì)心的原理，理論依據(jù)如下：
[0019] 邊界點(diǎn)集及其內(nèi)部包圍的點(diǎn)個(gè)數(shù)為n;用（Xi，yi)來(lái)表示該邊界包含的第ia= 1，2,L，N)個(gè)點(diǎn)；
[0020] 11^= 1表示（xi,y)在邊界上，11^= 0表示（xi,yj在邊界內(nèi)部，（x,y)為所求質(zhì)心 中心坐標(biāo)；
[0021] 九、在第五步得到的符合面積要求的邊界點(diǎn)集中尋找SOP元件引腳足部的邊界點(diǎn) 集，并且以對(duì)應(yīng)的引腳足部的邊界點(diǎn)集中心坐標(biāo)作為每個(gè)引腳足部的中心坐標(biāo)；其中，所述 弓丨腳足部的邊界點(diǎn)集包括上部引腳足部邊界點(diǎn)集與下部引腳足部邊界點(diǎn)集；
[0022] 十、在第五步得到的符合面積要求的邊界點(diǎn)集中尋找SOP元件引腳根部的邊界點(diǎn) 集，并且以對(duì)應(yīng)的引腳根部的邊界點(diǎn)集中心坐標(biāo)作為每個(gè)引腳根部的中心坐標(biāo)；其中，所述 弓丨腳根部的邊界點(diǎn)集包括上部引腳根部邊界點(diǎn)集與下部引腳根部邊界點(diǎn)集；
[0023] 十一、將第九步和第十步中得到的上部引腳足部邊界點(diǎn)集和上部引腳根部邊界點(diǎn) 集存儲(chǔ)到上部引腳邊界點(diǎn)集中，下部引腳足部邊界點(diǎn)集和下部引腳根部邊界點(diǎn)集存儲(chǔ)到下 部引腳邊界點(diǎn)集中；同時(shí)將對(duì)應(yīng)的上部引腳足部邊界點(diǎn)集中心和上部引腳根部邊界點(diǎn)集中 心存儲(chǔ)到上部引腳邊界點(diǎn)集中心集中，下部引腳足部邊界點(diǎn)集中心和下部引腳根部邊界點(diǎn) 集中心存儲(chǔ)到下部引腳邊界點(diǎn)集中心集中；
[0024] 十二、將第十一步得到的上下部引腳邊界點(diǎn)集按照第六步所得SOP元件的粗略旋 轉(zhuǎn)角度a進(jìn)行仿射變換，旋轉(zhuǎn)中心為步驟六得到的SOP元件粗略中心（X(l，yci)，將其"轉(zhuǎn)正" 得到"轉(zhuǎn)正元件"，即"轉(zhuǎn)正"上下部引腳邊界點(diǎn)集，并且記錄"轉(zhuǎn)正"前后各個(gè)引腳邊界點(diǎn)集 的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)對(duì)每一個(gè)對(duì)應(yīng)的邊界點(diǎn)集中心進(jìn)行"轉(zhuǎn)正"操作，得到"轉(zhuǎn)正"引腳中心點(diǎn) 集；
[0025] 其中，所述"轉(zhuǎn)正"的理論依據(jù)如下：
[0026] 設(shè)置仿射變換矩陣為
，將界點(diǎn)集中原始點(diǎn)坐標(biāo)為
的點(diǎn) 變換到
，旋轉(zhuǎn)中心是SOP元件的粗略中心坐標(biāo)（Xd,yj;
[0027] 十三、將第十二步得到的"轉(zhuǎn)正"上下部引腳邊界點(diǎn)集分別進(jìn)行引腳類別分類并且 標(biāo)號(hào)；
[0028] 十四、根據(jù)第十三步得到的引腳類別分類結(jié)果以及標(biāo)號(hào)，將第九步和第十步得到 的引腳足部邊界點(diǎn)集和引腳根部邊界點(diǎn)集進(jìn)行整理，明確每一個(gè)"引腳一足部一根部"的對(duì) 應(yīng)關(guān)系；并且整理得到上部引腳足部邊界點(diǎn)集的集合，上部引腳邊界點(diǎn)集的集合，下部引腳 足部邊界點(diǎn)集的集合，下部引腳邊界點(diǎn)集的集合這四個(gè)邊界點(diǎn)集集合，以及上部引腳足部 中心點(diǎn)集，上部引腳中心點(diǎn)集，下部引腳足部中心點(diǎn)集，下部引腳邊中心點(diǎn)集這四個(gè)中心點(diǎn) 集合
[0029] 十五、根據(jù)第十四步整理得到的四個(gè)邊界點(diǎn)集集合利用其最小外接矩形求取引腳 長(zhǎng)度hpin、引腳足部長(zhǎng)度hfOTt以及引腳數(shù)星spin;
[0030] 十六、根據(jù)第十四步整理得到的四個(gè)中心點(diǎn)集利用整體最小二乘法擬合直線得到 引腳擬合直線：包括上部引腳根部擬合直線L-PIN-UP、下部引根部腳擬合直線L-PIN-DOWN 上部引腳足部擬合直線L-FOOT-UP與下部引腳足部擬合直線L-FOOT-DOWN;
[0031] 十七、利用十六步中得到的引腳擬合直線求取引腳足部寬度wfOTt、引腳間距ppin和 SOP元件精確中心坐標(biāo)（xa，ya)、SOP元件精確旋轉(zhuǎn)角度aa、SOP元件精確寬度wb()dy以及SOP 元件精確長(zhǎng)度hbmiy，得到該SOP元件擬合矩形；至此完成SOP元件的視覺定位操作；
[0032] 十八、由以上得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行SOP元件引腳缺陷檢測(cè)，至此完成了一種基于視覺 的SOP元件定位和缺陷檢測(cè)方法。
[0033] 發(fā)明效果：
[0034] 經(jīng)過(guò)實(shí)踐，本專利方法幾乎可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在市面上所有種類的SOP元件的視覺定位 與缺陷檢測(cè)，如圖16為兩個(gè)具體SOP元件利用本方法實(shí)現(xiàn)視覺定位的效果圖。對(duì)于這兩種 SOP元件，在本方法下的處理時(shí)間都不超過(guò)20ms，相同外界條件下100次重復(fù)測(cè)試的重復(fù)精 度也達(dá)到±0. 001mm內(nèi)，可見本方法在精度、速度和穩(wěn)定性方面都很強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是本發(fā)明圖像處理坐標(biāo)系選定圖；以圖像左上角為原點(diǎn)，向右為x軸正方向， 向下為y軸正方向作為坐標(biāo)系；
[0036] 圖2是本發(fā)明選取的8位單通道區(qū)域圖像；
[0037] 圖3是手動(dòng)輸入固定閾值二值化方法得到二值圖像；
[0038] 圖4是類間方差最大的方法（otsu)得到二值圖像；
[0039] 圖5是"面積篩選"操作后得到符合面積要求的邊界點(diǎn)集圖；
[0040] 圖6是元件近似最小外接矩形；
[0041] 圖7是符合面積要求的邊界點(diǎn)集及邊界點(diǎn)集中心點(diǎn)集；
[0042] 圖8是本發(fā)明中篩選得到的上部和下部引腳足部邊界點(diǎn)集及上部和下部引腳足 部邊界點(diǎn)集中心點(diǎn)集；
[0043] 圖9是本發(fā)明是本發(fā)明中篩選得到的上部和下部引腳根部邊界點(diǎn)集及上部和下 部引腳根部邊界點(diǎn)集中心點(diǎn)集；
[0044] 圖10是本發(fā)明步驟九與步驟十得到的上部下部邊界點(diǎn)集及上部下部邊界點(diǎn)集中 心點(diǎn)集；
[0045] 圖11是本發(fā)明仿射變換"轉(zhuǎn)正"后的"轉(zhuǎn)正元件"圖；
[0046] 圖12是本發(fā)明一般最小二乘法誤差考慮示意圖；
[0047] 圖13是本發(fā)明整體最小二乘法誤差考慮示意圖；
[0048] 圖14是本發(fā)明上部和下部引腳足部擬合直線L-FOOT;
[0049] 圖15是本發(fā)明上部下部引腳擬合直線L-PIN;
[0050] 圖16是本發(fā)明根據(jù)步驟十七擬合得到的元件邊界直線與元件中心圖；
[0051] 圖17是本發(fā)明引腳標(biāo)號(hào)以及引腳一足部一根部對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0052] 一：本實(shí)施方式的一種基于視覺的SOP元件定位和缺陷檢測(cè)方法， 它按以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0053] 一、檢查所選區(qū)域圖像是否符合亮度要求；
[0054] (1)掃描所有所選區(qū)域圖像像素點(diǎn)，將圖像像素點(diǎn)總個(gè)數(shù)記為Sl，灰度值大于150 的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)記為s2;
[0055] ⑵取比值6= 0? 〇3,r2= 0? 9〇，若si/sZrilll像區(qū)域太暗，若si/sprjlj圖像區(qū) 域太亮，停止并返回相應(yīng)錯(cuò)誤碼；否則繼續(xù)進(jìn)行下一步；
[0056] 二、將所選區(qū)域圖像進(jìn)行二值化，得到二值化圖像；
[0057] 所述步驟二具體為：
[0058] ( -）第一種是手動(dòng)輸入