CN113744247A - 一种pcb焊点缺陷识别方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCB焊点缺陷识别方法和系统,属于人工智能与机器人技术领域。采集PCB正面图像,提取PCB特征,得到PCB约束条件,用于识别待检测的图像中是否含有目标PCB,然后获取待检测的PCB图像,对待检测的PCB图像信息进行轮廓检测,得到待检测的PCB的位置信息和角度信息;最后对待检测的PCB进行抓取,对抓取的待检测的PCB进行检测,根据检测结果将PCB移动至目标位置。本发明算法具有检测精度高、可移植性强等特点,系统检测效率高,对PCB无损伤,满足工业检测的实际需求。本文所采用的焊点缺陷检测算法具有检测精度高、可移植性强等特点,系统检测效率高,对PCB无损伤,满足工业检测的实际需求。
Description
技术领域
本发明属于人工智能与机器人技术领域,涉及一种PCB焊点缺陷识别方法和系统。
背景技术
在工业领域中,缺陷检测是一个必不可少的环节,其检测性能决定了产品的整体品质,并将直接影响产品的效益。绝大多数工厂还是依靠人工手段即通过人眼结合放大设备如放大镜、显微镜等实现对PCB缺陷和焊点缺陷的检测功能。人工检测存在诸多缺点,如成本较高、检测速度慢,由于工人主观差异以及工人疲劳导致检测误差甚至检测错误等。再者电学检测是通过对PCB进行电性能的检测找出制造缺陷,一般不能直接给出缺陷位置和类别,且缺陷单一,使用难度较高;此外,传统机器视觉缺陷大多都是参考法,做差找位置,特征找类别,所采用的定量测量方式难以找到合适的特征用来进行检测,因此其实际的检测表现较差,受到外界条件如光照的影响较大,识别效果鲁棒性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中,传统机器视觉所采用的定量测量方式难以找到合适的特征用来进行检测的缺点,提供一种PCB焊点缺陷识别方法和系统。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种PCB焊点缺陷识别方法,包括如下步骤:
步骤1)采集PCB正面图像,提取PCB特征,得到PCB约束条件,用于识别待检测的图像中是否含有目标PCB;
步骤2)获取待检测的PCB图像信息,对待检测的PCB图像信息进行轮廓检测,得到待检测的PCB的位置信息和角度信息;
步骤3)基于待检测的PCB的位置信息和角度信息,对待检测的PCB进行抓取,对抓取的待检测的PCB进行检测,根据检测结果将PCB移动至目标位置。
优选地,步骤1)中,PCB约束条件的获取过程具体为:
采集PCB正面图像,对PCB正面图像进行RGB分离、中值滤波和阈值分割,得到PCB正面区域与传送带区域的色彩差异,并提取颜色特征、形状特征和大小特征,形成识别PCB的约束条件。
优选地,步骤2)中,PCB的角度信息指的是PCB相对于水平直线的倾斜角度;
PCB的角度信息的获取过程具体为:采用轮廓检测算法提取PCB的轮廓信息,基于轮廓信息获取PCB的四个角点坐标,进一步计算得到PCB的中心坐标位置和PCB相对于水平直线的倾斜角度。
优选地,PCB约束条件包括9种焊点缺陷类型对应的PCB特征;
基于9种焊点缺陷类型对应的PCB特征,基于轮廓检测算法制作标签文件,获取每种焊点缺陷类型的真实框和类别信息;
9类焊点缺陷类型包括漏焊、桥接、冷焊、拉尖、无引脚、空焊盘、不湿润、焊料不足、焊料过量。
将每种焊点缺陷类型的真实框和类别信息输入特征提取网络中,训练网络参数,获取待检测的PCB图像信息,对待检测的PCB图像信息进行轮廓检测,根据训练得到的特征层解析出特征提取网络的预测结果;
预测包括待检测的PCB对应的预测框和缺陷类别信息。
一种PCB焊点缺陷识别系统,包括:
图像信息采集模块,用于采集PCB的图像信息;
识别模块,与图像信息采集模块相交互,用于将采集到的待检测的PCB图像信息根据约束条件进行图像处理,判断是否含有目标PCB;
定位模块,与识别模块相交互,用于将识别到的图像信息进行图像处理,得到待检测的PCB特征和PCB的位置信息;
检测模块,与定位模块相交互,用于对待测PCB进行缺陷检测,获得待测PCB的缺陷检测结果;
抓取机器人,分别与定位模块和检测模块相交互,基于待测PCB特征和位置信息对待测PCB进行抓取;对检测后的PCB进行抓取并转移至所属类别的目标位置。
优选地,图像信息采集模块通过工业相机进行。
优选地,抓取机器人包括抓取模块和归类模块,抓取模块用于对PCB进行抓取;归类模块用于对检测后的PCB进行归类。
优选地,抓取机器人末端安装有快换架;
抓取机器人与检测模块之间安装有气泵。
优选地,系统还包括用于输送PCB的传送装置.
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明公开了一种PCB焊点缺陷识别方法,采集PCB正面图像,提取PCB特征,得到PCB约束条件,用于识别待检测的图像中是否含有目标PCB,然后获取待检测的PCB图像,对待检测的PCB图像信息进行轮廓检测,得到待检测的PCB的位置信息和角度信息;最后对待检测的PCB进行抓取,对抓取的待检测的PCB进行检测,根据检测结果将PCB移动至目标位置。本发明算法具有检测精度高、可移植性强等特点,系统检测效率高,对PCB无损伤,满足工业检测的实际需求。本文所采用的焊点缺陷检测算法具有检测精度高、可移植性强等特点,系统检测效率高,对PCB无损伤,满足工业检测的实际需求。所述九类缺陷焊点包括漏焊、桥接、冷焊、拉尖、无引脚、空焊盘、不湿润、焊料不足、焊料过量。
本发明还提供了一种PCB焊点缺陷识别系统,不仅可以实现PCB焊点缺陷的智能检测,自主识别出九类缺陷的焊点,具有一键启动和一键停止检测的功能,而且在不同光照条件下的分捡识别鲁棒性好,系统占用空间较小,可作为智能自动化系统的模型系统进行深入研究,充分体现了机器人的自主智能的概念以及机器智能代替人工作业的概念,是一种人工智能技术与机器人技术结合的典型应用,为进一步研究机器人智能自动化系统提供了基础。本发明系统可以一键启动停止,自主智能作业,具有速度快、准确率高、鲁棒性强等特点,能够解决工作人员无法长时间对焊点进行缺陷检测的问题,为后续工作提供便利。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图;
图2为本发明机器人智动化系统的架构图;
图3为本发明方法的流程图;
其中:1-监控计算机;2-智能检测区;3-抓取机器人;4-传送装置;5-PCB;6-桌面相机;7-快换架;8-PCB存放区;9-末端相机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
实施例1
一种PCB焊点缺陷识别方法,包括如下步骤:
步骤1)采集PCB正面图像,提取PCB特征,得到PCB约束条件,用于识别待检测的图像中是否含有目标PCB;
步骤2)获取待检测的PCB图像信息,对待检测的PCB图像信息进行轮廓检测,得到待检测的PCB的位置信息和角度信息;
步骤3)基于待检测的PCB的位置信息和角度信息,对待检测的PCB进行抓取,对抓取的待检测的PCB进行检测,根据检测结果将PCB移动至目标位置。
实施例2
一种PCB焊点缺陷识别方法,如图3所示,包括如下步骤:
步骤1)采集传送装置上的图像,根据PCB约束条件包括颜色特征、形状特征和大小特征判断传送装置上有无PCB;
步骤2)获取待检测的PCB图像信息,待检测的PCB图像信息进行轮廓检测,得到待检测的PCB特征位置信息;
PCB识别技术如下:
采集PCB正面图像,对其进行RGB分离、中值滤波、阈值分割等操作得到PCB正面区域与传送带区域的色彩差异,并提取颜色特征、形状特征和大小特征,形成识别PCB的约束条件用以识别PCB。
对于上述识别到的PCB目标,提取轮廓,获取PCB的四个角点坐标,得到图像中PCB的中心坐标位置和PCB对于水平直线的倾斜角度。
步骤3)基于待检测的PCB的位置信息和角度信息,对待检测的PCB进行抓取,对抓取的待检测的PCB进行检测,根据预测框和预测结果将PCB移动至目标位置。
焊点缺陷技术如下:
通过对9种焊点缺陷类型进行图像采集,并制作标签文件得到每种类型的真实框和类别信息。将其输入特征提取网络训练网络参数,根据得到的特征层解析出网络的预测结果,包括预测框和类别信息。
实施例3
一种PCB焊点缺陷识别系统,包括:
图像信息采集模块,用于采集PCB的图像信息;
识别模块,与图像信息采集模块相交互,用于将采集到的传送装置图像根据约束条件进行图像处理,判断是否含有目标PCB;
定位模块,与识别模块相交互,用于将识别到的图像信息进行图像处理,得到待测PCB特征和PCB的位置信息;
检测模块,与定位模块相交互,用于对待测PCB进行缺陷检测,获得待测PCB的缺陷检测结果;
抓取机器人,分别与识别模块和检测模块相交互,基于待测PCB特征和位置信息对待测PCB进行抓取;对检测后的PCB进行抓取并转移至所属类别的目标位置。
实施例4
一种PCB焊点缺陷识别系统,如图1和图2所示,包括监控计算机1、抓取机器人智能检测区2,其中所述,抓取机器人智能检测区包括PCB5、PCB存放区8、绕PCB存放区8设置有环形的传送装置4、沿传送装置4布置有执行智能检测的一个抓取机器人3、机器人末端使用的快换7、配套的一个气泵2。其中抓取机器人3布置有两个相机,分别为桌面相机6和机器人末端相机9,其中桌面相机6固定于桌面,用于采集PCB5背面的焊点的视觉图像,机器人末端相机9固定于机器人末端,用于采集传送装置4上的视觉图像;PCB存放区8分为a、b两个部分,a区存放合格的PCB,b区存放不合格的PCB;抓取机器人3本身的电磁阀与气泵2相连,通过控制抓取机器人3的I/O口控制电磁阀来调节快换7上的吸盘的吸气与放气。抓取机器人3执行PCB识别定位算法,将图像中PCB的坐标按照一定比例关系转换获取机器人坐标系下的运动坐标,结合工作台、机器人安装高度、识别出的PCB信息以及传送装置4的速度,利用配套的快换装置的吸盘7进行相应的吸取操作,吸取PCB后运动到固定于机器人所在桌面上的桌面相机6正上方,供其采集缺陷焊点图像,并由抓取机器人3执行智能检测技术进行识别。
抓取机器人3与监控计算机1之间布置有气泵2,并与机器人3末端安装的快换5相配套,配合完成抓取机器人3的吸取操作。
通过图像像素坐标和机器人坐标关系得出转换关系。调整相机拍摄位置、焦距和被拍摄位置,拍摄图像,并将末端执行器依次移动到所在位置,记录图像像素坐标和机器人坐标得出转换关系。
焊点缺陷智能检测部分,提前拍摄PCB背面焊点图像制作数据集,利用轻量级卷积神经网络方法设计PCB焊点缺陷智能检测网络。训练完毕后,将待识别的去除背景噪声的焊点图像输入已训练的检测网络,从而得到缺陷焊点的预测框和类别信息。
综上所述,本发明能够实现吸取操作至图像分析区,使用缺陷智能检测算法对焊点进行检测,并根据缺陷信息将处理后的PCB放置到所属位置。同时缺陷焊点信息发送给监控计算机,实时显示包含场景信息的虚拟分拣界面,分别为PCB定位识别图像、焊点原始图像和焊点分拣图像。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种PCB焊点缺陷识别方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1)采集PCB正面图像,提取PCB特征,得到PCB约束条件,用于识别待检测的图像中是否含有目标PCB;
步骤2)获取待检测的PCB图像信息,对待检测的PCB图像信息进行轮廓检测,得到待检测的PCB的位置信息和角度信息;
步骤3)基于待检测的PCB的位置信息和角度信息,对待检测的PCB进行抓取,对抓取的待检测的PCB进行检测,根据检测结果将PCB移动至目标位置。
2.根据权利要求1所述的PCB焊点缺陷识别方法,其特征在于,步骤1)中,PCB约束条件的获取过程具体为:
采集PCB正面图像,对PCB正面图像进行RGB分离、中值滤波和阈值分割,得到PCB正面区域与传送带区域的色彩差异,并提取颜色特征、形状特征和大小特征,形成识别PCB的约束条件。
3.根据权利要求1所述的PCB焊点缺陷识别方法,其特征在于,步骤2)中,PCB的角度信息指的是PCB相对于水平直线的倾斜角度;
PCB的角度信息的获取过程具体为:采用轮廓检测算法提取PCB的轮廓信息,基于轮廓信息获取PCB的四个角点坐标,进一步计算得到PCB的中心坐标位置和PCB相对于水平直线的倾斜角度。
4.根据权利要求3所述的PCB焊点缺陷识别方法,其特征在于,PCB约束条件包括9种焊点缺陷类型对应的PCB特征;
基于9种焊点缺陷类型对应的PCB特征,基于轮廓检测算法制作标签文件,获取每种焊点缺陷类型的真实框和类别信息;
将每种焊点缺陷类型的真实框和类别信息输入特征提取网络中,训练网络参数,获取待检测的PCB图像信息,对待检测的PCB图像信息进行轮廓检测,根据训练得到的特征层解析出特征提取网络的预测结果;
预测包括待检测的PCB对应的预测框和缺陷类别信息。
5.一种PCB焊点缺陷识别系统,其特征在于,包括:
图像信息采集模块,用于采集PCB的图像信息;
识别模块,与图像信息采集模块相交互,用于将采集到的待检测的PCB图像信息根据约束条件进行图像处理,判断是否含有目标PCB;
定位模块,与识别模块相交互,用于将识别到的图像信息进行图像处理,得到待检测的PCB特征和PCB的位置信息;
检测模块,与定位模块相交互,用于对待测PCB进行缺陷检测,获得待测PCB的缺陷检测结果;
抓取机器人,分别与定位模块和检测模块相交互,基于待测PCB特征和位置信息对待测PCB进行抓取;对检测后的PCB进行抓取并转移至所属类别的目标位置。
6.根据权利要求5所述的PCB焊点缺陷识别系统,其特征在于,图像信息采集模块通过工业相机进行。
7.根据权利要求5所述的PCB焊点缺陷识别系统,其特征在于,抓取机器人包括抓取模块和归类模块,抓取模块用于对PCB进行抓取;归类模块用于对检测后的PCB进行归类。
8.根据权利要求5所述的PCB焊点缺陷识别系统,其特征在于,抓取机器人末端安装有快换架;
抓取机器人与检测模块之间安装有气泵。
9.根据权利要求5所述的PCB焊点缺陷识别系统,其特征在于,系统还包括用于输送PCB的传送装置。
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