基于機(jī)器視覺的電子元器件表面缺陷檢測技術(shù)研究

吳茂寧

【摘 要】電子元器件在我國需求量很大、市場廣闊，而且電子元器件也逐漸向智能化、集成化、微型化的趨勢(shì)發(fā)展，這給產(chǎn)品的檢測增加了不少難度。由于人工檢測勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢測效率較低、實(shí)時(shí)性差，而且易受人的主觀因素的影響，極大地限制了企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提升。正是因?yàn)槿斯z測存在不足，因此需要更為先進(jìn)的檢測方法來進(jìn)行產(chǎn)品外觀缺陷的檢測。隨著現(xiàn)代成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及圖像分析處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一種可以通過機(jī)器代替人眼進(jìn)行測量、檢測的技術(shù)，即機(jī)器視覺。機(jī)器視覺是一種無接觸、無損傷的自動(dòng)化檢測技術(shù)，己經(jīng)在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺；電子元器件；表面缺陷檢測

1引言

眼睛是人類重要的感覺器官，人們從外界接收的各種信息中，80%以上是通過視覺獲得的。在光照條件下，物體在人眼的視網(wǎng)膜上形成圖像，并且由感光細(xì)胞將圖像轉(zhuǎn)換成神經(jīng)脈沖信號(hào)，經(jīng)過神經(jīng)纖維傳入大腦皮層，進(jìn)行最終的處理與理解。機(jī)器視覺主要研究用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，首先為待檢物體提供合適的光源，通過工業(yè)相機(jī)獲取客觀事物的圖像，并通過一定的介質(zhì)傳輸給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中通過一定的算法并結(jié)合視覺軟件的應(yīng)用從圖像中提取信息，對(duì)圖像進(jìn)行處理、加以理解，最終用于實(shí)際檢測、測量和控制?；跈C(jī)器視覺的外觀缺陷檢測是一種比較新的檢測外觀缺陷的方法，其設(shè)備在最近幾年發(fā)展也比較迅速，是頗具市場潛力的一種檢測設(shè)備?；跈C(jī)器視覺的外觀缺陷檢測系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)中的快速且有效地檢查表面貼裝元器件的外觀尺寸與表面瑕疵是否合乎良品的要求，而且檢測速度快，能夠滿足大批量生產(chǎn)的要求，特別是在電感元器件的外觀缺陷檢測中頗受歡迎。

2機(jī)器視覺在外觀缺陷檢測方面的應(yīng)用

機(jī)器視覺檢測是在計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)上建立起來的一門檢測技術(shù)。它通過獲取待檢測物體的圖像，并把獲取的圖像作為檢測的目標(biāo)，通過一系列的圖像處理軟件來模擬人的視覺功能，并從中提取有用的信息或特征。提取了這些信息之后通過一定的介質(zhì)傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或是做出一定的信息反饋，并最終運(yùn)用到實(shí)際的檢測、測量或控制。機(jī)器視覺檢測具有非接觸、精度高、適用范圍廣和自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。機(jī)器視覺檢測與純粹的圖像處理是不相同的，純粹的圖像處理是從圖像到圖像的一個(gè)過程，而視覺檢測是從圖像到獲取圖像的信息這樣的一個(gè)過程，其側(cè)重點(diǎn)是獲取待測物體的幾何尺寸、形狀和表面屬性特征等，并將最后的檢側(cè)結(jié)果反饋給控制機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)或是剔除裝置等。

隨著全球制造業(yè)中心向中國市場轉(zhuǎn)移，制造業(yè)在中國發(fā)展迅速，工廠每天加工生產(chǎn)大量的產(chǎn)品。在生產(chǎn)加工的過程中，某些產(chǎn)品表面難免會(huì)產(chǎn)生一定的缺陷，而現(xiàn)在人們?cè)絹碓阶⒅禺a(chǎn)品的外觀質(zhì)量。外觀質(zhì)量好的產(chǎn)品更受消費(fèi)者喜歡，從而使企業(yè)之間競爭日益加劇，為獲得更多的利潤，企業(yè)越來越注重產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。因此注重外觀質(zhì)量的產(chǎn)品在出廠前都得經(jīng)過嚴(yán)格的外觀質(zhì)量檢測。

表面缺陷是產(chǎn)品外觀的外在缺陷，它同正常產(chǎn)品表面外觀存在差異，這種差異在合適的光照條件下可以通過人眼分辨出來，因此傳統(tǒng)檢測產(chǎn)品表面缺陷的方法是人工目測法。但由于傳統(tǒng)的檢測方法存在諸多的不足，比如說對(duì)人工的依賴性過大，檢測的速度較為低下、無法24小時(shí)全天候的工作、而且不同的工人由于主觀性不同檢測的產(chǎn)品很難達(dá)到統(tǒng)一。這些因素都導(dǎo)致了傳統(tǒng)的人工檢測無法滿足現(xiàn)代大生產(chǎn)的需要，所以我們要研究新的方法來頂替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢側(cè)的方法。隨著視覺理論的逐步成熟，機(jī)器視覺的軟硬件的逐步更新與普及，成本也逐年地下降，所以我們可以用機(jī)器視覺的方法來檢測產(chǎn)品的表面缺陷。機(jī)器視覺可以通過工業(yè)相機(jī)獲取待檢產(chǎn)品的圖像，對(duì)其圖像進(jìn)行分析、檢測，從而不會(huì)劃傷產(chǎn)品的表面。這也是視覺檢測的優(yōu)勢(shì)所在。

3系統(tǒng)軟件運(yùn)行過程

3.1系統(tǒng)軟件運(yùn)行界面

貼片元器件外觀缺陷檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要是由系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)軟件控制圖像數(shù)據(jù)的采集、傳輸，并通過視覺軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，判斷并分析處理的結(jié)果，根據(jù)具體的檢測要求去判斷最后的檢測結(jié)果，然后將檢測結(jié)果顯示，并以信號(hào)的形式，將相應(yīng)信號(hào)輸出給對(duì)應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，所以系統(tǒng)軟件應(yīng)滿足系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性、高效性、操作的簡易性等要求。

3.2系統(tǒng)軟件操作

在全部硬件準(zhǔn)備就緒的情況下，打開軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)先自動(dòng)初始化運(yùn)動(dòng)控制卡跟IO卡。緊接著我們?cè)O(shè)置各個(gè)工位上的相機(jī)參數(shù)，比如說相機(jī)曝光率、增益、幀頻等參數(shù)。用串口線連接工控機(jī)跟光源控制器，通過軟件系統(tǒng)設(shè)置光源的亮度，使相機(jī)可以獲取到清晰的貼片元器件的圖像。dd馬達(dá)轉(zhuǎn)速的設(shè)置、轉(zhuǎn)動(dòng)方向的設(shè)置。當(dāng)這些參數(shù)設(shè)置完畢之后，我們可以點(diǎn)擊功能主選區(qū)的配置文件按鈕，可以將配置的參數(shù)等各方面的信息先保存好，以便于下次可以直接調(diào)用配置好的參數(shù)，不用每次都設(shè)置參數(shù)。

當(dāng)系統(tǒng)無法正常自動(dòng)初始化的情況下，我們可以點(diǎn)擊主功能選區(qū)的初始化按鈕，這樣便可以手動(dòng)地初始化系統(tǒng)。點(diǎn)擊裝置狀態(tài)按鈕，可以查看系統(tǒng)各個(gè)方面的狀態(tài)，檢測系統(tǒng)各個(gè)方面是否有異常。如果檢測沒什么異常的話，便點(diǎn)擊開始檢測按鈕，開始整個(gè)軟件系統(tǒng)的檢測工作。如果檢測過程中出現(xiàn)異常的話，可以點(diǎn)擊功能主選區(qū)的急停按鈕，讓整個(gè)系統(tǒng)停止工作，可以避免不必要的損失或是意外情況的發(fā)生。如果需要停止整個(gè)裝置系統(tǒng)的話，可以點(diǎn)擊功能主選區(qū)的停止按鈕，這樣便可以使整個(gè)裝置停止檢測，以便更換不同款式的貼片元器件或是設(shè)備的維護(hù)。當(dāng)重新開始準(zhǔn)備檢測時(shí)，可以點(diǎn)擊功能主選區(qū)的復(fù)位按鈕，這樣dd馬達(dá)上的轉(zhuǎn)盤將先轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，然后Reset上的氣嘴將上轉(zhuǎn)盤上的貼片元器件吹入Reset的料盒中，等待下一次的檢測。本系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)登錄權(quán)限，分為開發(fā)者、管理者、操作者三個(gè)權(quán)限，同時(shí)也設(shè)置了不同的登錄密碼，各個(gè)權(quán)限的等級(jí)不同，可更改的系統(tǒng)參數(shù)還有設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)的權(quán)限不同。為了方便操作員對(duì)該系統(tǒng)的操作，功能主選區(qū)還是設(shè)置了工作燈的按鈕，當(dāng)光線不足的情況下，可以點(diǎn)擊此按鈕，幵啟機(jī)床上的日光燈方便操作。當(dāng)需要退出系統(tǒng)時(shí)，可以點(diǎn)擊主功能區(qū)的退出按鈕，便會(huì)彈出一個(gè)提示是否退出系統(tǒng)的提示框，可以點(diǎn)擊以便退出系統(tǒng)。

3.3系統(tǒng)操作結(jié)果顯示

最后系統(tǒng)將輸出最終的檢測結(jié)果，在軟件的界面上顯示檢測結(jié)果，并且將判斷結(jié)果轉(zhuǎn)化為信號(hào)傳送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即在各個(gè)料盒上的氣嘴。氣嘴則將貼片元器件按照判斷的結(jié)果吹入相應(yīng)的料盒中。

結(jié)束語

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展是隨著計(jì)算機(jī)視覺理論的發(fā)展而發(fā)展的。研究表明，在我們獲取的外部信息中，大部分是通過視覺的方式獲取的?？梢娨曈X的感受與認(rèn)知在我們的日常生活中所起的重要作用。電子元器件在我國需求量很大、市場廣闊，而且電子元器件也逐漸向智能化、集成化、微型化的趨勢(shì)發(fā)展，這給產(chǎn)品的檢測增加了不少的難度。由于人工檢測勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢測效率較低、實(shí)時(shí)性差，而且易受人的主觀因素的影響，極大地限制了企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提升。正是因?yàn)槿斯z測存在不足，因此需要更為先進(jìn)的檢測方法來進(jìn)行產(chǎn)品外觀缺陷的檢測。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖梓龍，鐘守炎.基于機(jī)器視覺大數(shù)據(jù)分析的表面貼裝缺陷檢測[J].機(jī)電工程技術(shù)，2016，45（08）：15-16+45.

[2]王宇，吳智恒，鄧志文，劉進(jìn)軍，童季剛，莫爵賢.基于機(jī)器視覺的金屬零件表面缺陷檢測系統(tǒng)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2018（04）：210-211+214.

[3]鄭秀蓮，袁巧玲，沈亞琦.基于圖像處理的電子元器件表面缺陷檢測技術(shù)[J].機(jī)電工程，2009，26（07）：14-16.