CN105548203B

CN105548203B - 多引脚元件针脚的视觉检测方法及装置

Info

Publication number: CN105548203B
Application number: CN201610033245.3A
Authority: CN
Inventors: 屠国权; 邝泳聪; 梁经伦; 欧阳高飞; 李家裕
Original assignee: Dongguan Desuda Precision Equipment Co Ltd; South China University of Technology SCUT; Dongguan University of Technology
Current assignee: Dongguan Desuda Precision Equipment Co Ltd; South China University of Technology SCUT; Dongguan University of Technology
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2018-07-24
Anticipated expiration: 2036-01-19
Also published as: CN105548203A

Abstract

本发明提供了一种多引脚元件的针脚视觉检测方法及装置，该方法基于图像处理技术，装置包括三个不同方向的相机和光源，气缸夹持装置，丝杆‑电机直线运动装置，激光位置传感器。通过三个方向的背光光源和相机组成的图像采集装置，配合丝杆‑电机直线运动装置，对元件针脚进行检测。其中两个方向的相机和光源采集针脚的投影图像进行分析，判断针脚是否有歪斜，这两个相机从不同方向采集图片，保证了每一个针脚的任何方向歪斜都可以检测出来；第三个相机从针脚没有重合的方向采集针脚的投影图像进行分析，检测每一个针脚是否断缺。本发明可以高效地检测多引脚元件针脚，适用于插件技术行业的高速高精度自动光学检测。

Description

多引脚元件针脚的视觉检测方法及装置

技术领域

本发明涉及利用图像对类似内存插槽针脚这种多引脚元件的针脚进行检测的而技术领域，尤其是涉及多引脚元件针脚的视觉检测方法及装置。

背景技术

随着电子产品的市场不断发展，电子产品的生产效率不断提高，生产的自动化程度不断提高，产品的合格率也必须得到控制。例如在电脑主板生产过程，需要在主板上插上内存插槽，如图1、2所示，该类元件很容易会因为一些外部因素导致针脚异常。针脚异常会导致元件无法完全插入，可能会影响产品的性能、质量或者寿命，甚至会直接导致电路板不合格。由于多引脚元件针脚较多，分布复杂，所以目前主要是通过人工目测检测，工作量大，效率低下，而且容易标准不统一。

目前利用机器视觉测量法、光测量法检测电子元件针脚，大部分是利用侧面打光利用针脚端部对光线的反射成像，如图1、2所示。这种方法是把待检测元件放在支架100上，通过线光源102从待检测元件101的侧面打光，线光源的光照到针脚底端部，经过针脚底端部倒角反射光线进入镜头，在相机103成像。但是多引脚元件的针脚较多，而且分布范围较大，无法用一个相机一次检测所有针脚，如果用一个相机检测全部针脚，图像会出现严重畸变；其次如果待检测多引脚元件的本体是白色，本体反光和透光严重干扰针脚的检测，受本体颜色限制较大；由于针脚端部倒角工艺的不一致性，一些倒角的差异也会造成误判。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于图像处理技术的多引脚元件针脚的视觉检测方法，工艺简单，效率高。

本发明的另一目的在于提供多引脚元件针脚的视觉检测装置，可以有效稳定地对所有针脚进行检测，不受待检测多引脚元件本体颜色和针脚端部倒角质量的影响。

为达到上述的检测方法目的，本发明采用如下技术方案：

多引脚元件针脚的视觉检测方法，该方法基于图像处理技术，包括有如下步骤：

（1）采集待检测多引脚元件的针脚的图像，至少从两个不同角度的方向采集针脚的图像；

（2）通过测量针脚图像上的宽度或面积来判断针脚歪斜或断缺。

上述方案中，所述采集针脚的图像的不同角度方向至少包括一个针脚投影重合方向和一个没有针脚投影重合的方向。

上述方案中，所述针脚歪斜和断缺的图像处理分析区域不一样。

为达到上述的检测装置目的，本发明采用如下技术方案：

多引脚元件针脚的视觉检测装置，该装置具有：

直线运动装置，直线运动装置带动待检测多引脚元件直线移动；

图像采集装置，该图像采集装置具有三个方向的相机，三个方向的光源，每个相机搭配一个光源，相机和光源分置于待检测多引脚元件针脚的两相对侧，光源照射方向平行于相对相机的光轴；

激光位置传感器，该激光位置传感器确定待检测多引脚元件的位置，输出信号给予控制相机和光源工作；

电脑，该电脑总线进行通信连接直线运动装置、图像采集装置及激光位置传感器，同时电脑对采集的图像进行处理分析及判断针脚歪斜或断缺。

上述方案进一步是：所述三个相机中有两个不同角度的相机采集的针脚投影图像检测出待检测多引脚元件针脚任意方向的歪斜，第三个相机采集的针脚投影图像可以检测出待检测多引脚元件任意一个断缺的针脚。

上述方案进一步是：所述直线运动装置包括有电机、丝杆及丝杆螺母，电机驱动丝杆转动，丝杆螺母套装在丝杆上，丝杆螺母连接有气缸夹持机构，气缸夹持机构夹持待检测多引脚元件。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

（1）本视觉检测方法通过两个不同方向的相机可以检测出多引脚元件任意方向歪斜的针脚，通过一个没有针脚重合的方向的相机采集针脚投影图像可以检测出多引脚元件每一个断缺的针脚。

（2）本视觉检测方法结合直线运动机构和相机连拍，方便图像采集装置一次自动对所有针脚进行检测。

（3）本视觉检测方法通过背光打光的方式，利用针脚的投影图像对多引脚元件的针脚进行检测，避免了多引脚元件本体透光和反光以及针脚端部倒角质量对针脚检测效果的影响。

（4）本发明通过运算简单的针对多引脚元件针脚歪斜和针脚断缺的图像处理分析方法，与该图像采集装置结合，可以高效地检测多引脚元件针脚。

（5）本发明可用于插件技术行业的高速高精度自动光学检测。

附图说明：

下面结合附图及实施案例对本发明作进一步描述：

图1为现有电子元件针脚检测装置简图；

图2为图1仰视简图；

图3为本发明三相机图像采集装置正视图；

图4为本发明三相机图像采集装置上视图；

图5为本发明检测系统构框图；

图6为本发明针脚歪斜第一种图像处理方法示意图；

图7为本发明针脚断缺第一种图像处理方法示意图；

图8为本发明针脚歪斜第二种图像处理方法示意图；

图9为本发明针脚断缺第二种图像处理方法示意图。

具体实施方式：

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明提出的多引脚元件针脚的视觉检测方法，基于图像处理技术，包括有如下步骤：

本发明还针对上述方法提出一种多引脚元件针脚的视觉检测装置，该装置具有直线运动装置、图像采集装置、激光位置传感器及电脑。直线运动装置带动待检测多引脚元件直线移动，适宜在线检测。图像采集装置具有三个方向的相机，三个方向的光源，每个相机搭配一个光源，相机和光源分置于待检测多引脚元件针脚的两相对侧，光源照射方向平行于相对相机的光轴。激光位置传感器确定待检测多引脚元件的位置，输出信号给予控制相机和光源工作。电脑总线进行通信连接直线运动装置、图像采集装置及激光位置传感器，同时电脑对采集的图像进行处理分析及判断针脚歪斜或断缺。

实施例1：

如图3、4所示，本装置包括相机9、相机18、相机15，光源19、光源12、光源17，气缸夹持机构5，电机7、丝杆3、丝杆螺母4及激光传感器8、10、11、13、14、16。电机7驱动丝杆3转动，丝杆螺母4套装在丝杆上，丝杆螺母4连接有气缸夹持机构5，气缸夹持机构5夹持待检测多引脚元件6，丝杆3通过滚动轴承2架设在支架1上。

相机9和光源19分别位于待检测多引脚元件6的两侧，光源19的光线垂直于待检测多引脚元件的运动方向；相机18和光源12分别位于待检测多引脚元件两侧，光源12的光线与待检测多引脚元件的运动方向成63°；相机15和光源17分别位于待检测多引脚元件的两侧，光源17的光线与待检测多引脚元件的运动方向成75°。

气缸夹持机构5夹持待检测多引脚元件6，由直线运动机构驱动其直线通过三个相机和光源之间的区域，激光传感器8、10、11、13、14、16分别用于控制相机和光源工作。激光传感器8的信号由1变成0，光源19开启，相机9开始连续拍照；激光传感器11的信号由1变成0，光源12开启，相机18开始连续拍照；激光传感器14的信号由1变成0，光源17开启，相机15开始连续拍照。激光传感器8的信号由0变成1，光源19关闭，相机9停止拍照；激光传感器11的信号由0变成1，光源12关闭，相机18停止拍照；激光传感器14的信号由0变成1，光源17关闭，相机15停止拍照。

本装置采集图像的原理：光线从待检测多引脚元件的一侧穿过针脚区域，针脚遮挡住一部分光线，在相机上成黑色投影区域，其余透光部位在相机上成白色区域。通过相机9和相机18两个方向采集的待检测多引脚元件针脚的投影图像可以检测出任意方向歪斜的针脚。通过相机15采集的多引脚元件针脚的投影图像可以检测出任意一个断缺的针脚。

如图5所示，采用上述多引脚元件的针脚阵列视觉检测系统，电脑总线进行通信连接直线运动装置、图像采集装置及激光位置传感器，经过运动控制器、图像采集卡、摄像控制器、光源控制器对直线运动装置、图像采集装置及激光位置传感器连接控制，电脑上配有图像处理模块、CPU、存储器、人机接口，对采集的图像进行处理分析及判断针脚歪斜或断缺。其中：其中摄像控制器分别与相机9、相机15和相机18连接，分别控制相机9、相机15和相机18图像采集；光源控制器分别与光源12、光源17和光源19连接，分别控制光源12、光源17和光源19的开关。图像采集卡与相机9、相机15和相机18的信号输出连接，将相机采集的数字图像信号送给CPU处理或保存到存储器。运动控制器与所述直线运动装置的丝杆3、丝杆螺母4、步进电机7相连接，用于控制直线运动装置运动。激光位置传感器8、10、11、13、14、16与I/O口连接，反馈待检测元件的位置给CPU，相机9、相机15和相机18和光源12、光源17和光源19根据激光传感器的信号采集图像，图像采集过程由程序自动控制完成，采集的图像和处理结果保存在存储器内。图像处理模块对采集的图像提取ROI，进行二值化，然后对二值图像进行分析，判断针脚的歪斜和断缺。

相机9和相机18采集的针脚投影图像是用来检测针脚是否歪斜，通过测量每个针脚投影的宽度来判断针脚是否有歪斜。如图6所示，在针脚投影处分别画9条横线（取样线），在这九条水平线上的像素即为该图像的ROI，分别计算每个针脚投影在这9条横线上的宽度a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9。假设正常针脚投影小于一个设定值a0，所有针脚符合以下条件则判断为合格：

a1<a0

a2<a0

a3<a0

a4<a0

a5<a0

a6<a0

a7<a0

a8<a0

a9<a0

否则该针脚判断为歪斜。

相机15采集的针脚投影图像是用来检测针脚是否断缺，通过测量每个针脚投影间的透光区域的距离来判断针脚是否有断缺。如图7所示，在针脚投影处分别画三条横线，在这三条水平线上的像素即为该图像的ROI，分别计算每个针脚投影间的透光区域在这三条横线上的宽度b1、b2、b3。假设正常针脚投影间的透光区域小于一个设定值b0，所有针脚符合以下条件则判断为合格：

b1<b0

b2<b0

b3<b0

否则该处判断为针脚断缺。

实施例2：

基于实施例1的第二种图像处理方法：

相机9和相机18采集的针脚投影图像是用来检测针脚是否歪斜，通过测量每个针脚投影的面积来判断针脚是否有歪斜。如图8所示，在针脚上下设定两条横线，这两条水平线之间的像素即为该图像的ROI，计算每个针脚投影在这两条横线之间的面积S1。假设正常针脚投影小于一个设定值S0，如果所有针脚符合以下条件则判断为合格：

S1<S0

否则该针脚判断为歪斜。

相机15采集的针脚投影图像是用来检测针脚是否断缺，通过测量每个针脚投影间的透光区域的面积来判断针脚是否有断缺。如图9所示，在针脚上下设定两条横线，这两条水平线之间的像素即为该图像的ROI，计算每个针脚投影之间透光区域在这两条横线之间的面积S2。假设正常针脚之间的透光区域面积小于一个设定值S0，如果所有针脚符合以下条件则判断为合格：

S2<S0

否则该针脚判断为短缺。

可以发现一些多引脚元件的一些位置会有特殊形态的针脚，例如内存插槽的两端和中间位置的固定脚，这些特殊形态的针脚可能会引起对其他针脚的误判。本发明利用特殊形态针脚的特征来消除其对其他针脚检测结果的影响，例如本例的内存插槽的固定脚明显长于其他针脚，利用这个特征消除固定脚引起的误判。增加一条位于其他针脚投影下方，而且与固定脚相交的水平线，在此水平线出现的投影可以排除。

实施例3：

基于实施例1，本图像采集装置需要控制气缸夹持机构5直线运动的速度保证每一个针脚都可以检测到：

图4为本装置的上视图所示，三个相机与待检测多引脚元件的运动方向的夹角大小不同，相机9、相机18、相机15光轴与待检测多引脚元件的运动方向所成夹角大小分别为90°、63°、75°。假设相机9、相机18、相机15的视场宽度分别为c1、c2、c3，则三个相机的视场宽度在待检测多引脚元件运动方向上的投影分别为：

d1=c1×sin90°；

d2=c2×sin63°；

d3=c3×sin75°；

假设以上三个相机的帧率分别为f1、f2、f3（Hz），则三个相机对应要求待检测多引脚元件的运动最大速度分别为：

v1=d1*f1；

v2=d2*f2；

v3=d3*f3；

为了保证每一个针脚都可以被每一个相机检测到，该图像采集系统要求小于v1、v2、v3三者的最小值。为了保证成像质量和提高检测速度，相机帧率越高越好。

Claims

1.多引脚元件针脚的视觉检测方法，其特征在于：该方法基于图像处理技术，包括有如下步骤：

（1）采集待检测多引脚元件的针脚的图像，至少从两个不同角度的方向采集针脚的图像；所述采集针脚的图像的不同角度方向至少包括一个针脚投影重合方向和一个没有针脚投影重合的方向；

2.根据权利要求1所述的多引脚元件针脚的视觉检测方法，其特征在于：所述针脚歪斜和断缺的图像处理分析区域不一样。

3.多引脚元件针脚的视觉检测装置，其特征在于：该装置具有：

4.根据权利要求3所述的多引脚元件针脚的视觉检测装置，其特征在于：所述三个相机中有两个不同角度的相机采集的针脚投影图像检测出待检测多引脚元件针脚任意方向的歪斜，第三个相机采集的针脚投影图像可以检测出待检测多引脚元件任意一个断缺的针脚。

5.根据权利要求3所述的多引脚元件针脚的视觉检测装置，其特征在于：所述直线运动装置包括有电机、丝杆及丝杆螺母，电机驱动丝杆转动，丝杆螺母套装在丝杆上，丝杆螺母连接有气缸夹持机构，气缸夹持机构夹持待检测多引脚元件。