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      基于機器視覺的高密度針腳檢測光源的設計

      2018-10-31 10:49:24王雪嬌鄒波
      數(shù)字技術(shù)與應用 2018年6期
      關(guān)鍵詞:機器視覺缺陷光源

      王雪嬌 鄒波

      摘要:目前高密度針腳由于其針腳短、細、小,工業(yè)上使用視覺檢測方式對針腳缺陷進行檢測時主要的難點在于:如使用LED照明光源,由于光源發(fā)光角度大,搭配成像系統(tǒng)拍攝的圖片的缺陷特征不明顯;如使用聚光效果好的激光光源會有明顯的散斑現(xiàn)象,都會使得后續(xù)圖像處理很難提取有效的特征值,降低了針腳檢測的效率。

      關(guān)鍵詞:機器視覺;光源;高密度針腳;缺陷;檢測

      中圖分類號:TP216 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2018)06-0155-01

      為滿足電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,當今電子元件封裝迅速向微型化、片式化、高密度、高性能方向發(fā)展[1],其中對針腳的檢測是進行正確封裝的必要前提,目前主流的檢測針腳缺陷的方式為機器視覺檢測,其原理為通過檢測光源把針腳打亮,搭配成像系統(tǒng)得到一張高質(zhì)量的針腳的圖像后進行分析。其中檢測光源是機器視覺獲取圖像的基礎,通過對光源的設計可以高效的提取分離出目標信息,極大地提高圖像處理和識別的效率,提高系統(tǒng)的測量精度和可靠性;因此,光源的設計是決定系統(tǒng)成敗的首要因素,直接影響著圖像采集的質(zhì)量[2]。

      現(xiàn)有的高密度連接器中的單個針腳的截面積越來越小,為了滿足針腳結(jié)構(gòu)的強度要求,導致針腳根部與元件本體之間有較大面積的連接[3]。目前機器視覺針腳檢測系統(tǒng)所使用的檢測光源主要分為LED照明光源和激光光源2種。其中LED的照明光源發(fā)光角度較大,很容易將針腳根部照亮,當針腳的變形小于針腳根部的面積時,由于針腳根部的截面積比針腳變形的截面積更大,導致在后續(xù)圖像中無法判斷灰度值較高的區(qū)域是針腳變形區(qū)域還是針腳根部,因此無法準確判斷針腳是否變形以及變形的程度[4];另一種是發(fā)光角度較小的激光光源,但其有較嚴重的散斑現(xiàn)象,搭配成像系統(tǒng)拍攝出的圖片會造成缺陷特征不明顯的現(xiàn)象,拍出的圖片可利用的價值不高[5]。

      1 光源的組成

      本論文設計的機器視覺光源分別由LED燈板、光闌、透鏡、反光鏡等組成。從LED發(fā)出的光經(jīng)過光闌和設計的聚光鏡,經(jīng)反射鏡反射后,穿過狹縫精準地照射在針腳上。其中透鏡的為自主設計的準直類平行透鏡。具體設計步驟如下

      光源透鏡的設計。所設計的透鏡入光面、出光面的面型都選Y鐲面,鐲面面型為10階多項式,公式如表達式1所示:

      其中多項式的面型是通過設置優(yōu)化變量,然后添加優(yōu)化準直優(yōu)化函數(shù),多次優(yōu)化后得到一個較為理想的基礎面型結(jié)構(gòu)。其中的優(yōu)化變量為:光闌大小,光闌位置,光闌到透鏡的相對距離,透鏡鐲面的曲面系數(shù)K,多項式中的各階系數(shù)A4、A6、A8、A10。然后將優(yōu)化后基礎面型曲線導入到犀牛軟件中進行手動微調(diào)面型并導入到軟件中仿真,直至得到較理想的面型。最終得到的面型和仿真結(jié)果如圖1所示,發(fā)光角度為2度。

      同時在仿真軟件中對整個光源模型進行優(yōu)化設計,多次優(yōu)化得到反光鏡和光闌最佳的位置及角度。

      2 光源的實測驗證

      搭配成像系統(tǒng)對設計的光源進行實物驗證,建成一套針腳檢測裝置,實物如圖3所示:成像系統(tǒng)使用的相機型號為:大華A5201MG50-230萬像素,芯片2/3",分辨率1920*1200,曝光時間3ms;鏡頭選用的焦距110mm,光圈1.1,視野大小94X59。工作距離為25mm,檢測樣品實物如圖4所示,其中用橢圓圈出來的部位是針腳已經(jīng)變形的區(qū)域。

      該針腳檢測裝置采集到的圖像如圖5所示,可以看到圖像中只把針腳打亮,打亮的點大小均勻,沒有打亮根部明顯變大的點。其中在圖像中可以很明顯的看出2個變形部位的針腳影像發(fā)生了位置的偏移,因此可以精準的判斷出該位置針腳是否變形以及變形程度的大小。

      3 結(jié)語

      本論文設計的針腳檢測光源實現(xiàn)了極細,高準直類平行的照明光束,可精準的打亮針腳,而沒有發(fā)散的光打到針腳根部,克服了現(xiàn)有的技術(shù)難點,可精準的判斷出針腳是否變形及變形的范圍,搭配成像系統(tǒng)可拍攝出高質(zhì)量的圖像,大大提高了圖像處理的精度。

      參考文獻

      [1]鄧海濤,吳 捷.基于機器視覺的芯片引腳缺陷檢測研究[J].工業(yè)控制計算機,2017,30(3):69-73.

      [2]李鳳嬌,葉亞楠.我國機器視覺光源專利特點分析[J].電子測試,2017,5(7):125-126.

      [3]黃震,顧啟民.高精度插件引腳機器視覺檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].機床與液壓,2015,6(8):139-142.

      [4]戴知圣,潘 晴.基于機器視覺的貼片引腳焊接缺陷檢測[J].廣東工業(yè)大學學報,2016,33(3):62-65.

      [5]王偉華,李朋軒.基于機器視覺的表貼芯片缺陷檢測系統(tǒng)研究[J].無線互聯(lián)科技,2017,10(12):201-204.

      Abstract:At present, high-density stitches are short, thin, and small, and the main difficulties in the detection of stitch defects using the visual inspection method in the industry are: If an LED lighting source is used, the light emitting angle of the light source is large, and a picture taken with the imaging system is taken. The defect features are not obvious; if a laser light source with a good light collection effect has a significant speckle phenomenon, it will make it difficult to extract effective feature values for subsequent image processing and reduce the efficiency of stitch detection.

      Key words:machine vision; light source; high density stitches; defects; detection;

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