CN114581431A - 一种柔性电路板补强片位置检测方法及图像采集系统 - Google Patents

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CN114581431A CN202210255183.6A CN202210255183A CN114581431A CN 114581431 A CN114581431 A CN 114581431A CN 202210255183 A CN202210255183 A CN 202210255183A CN 114581431 A CN114581431 A CN 114581431A
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谭建平
李臻
曾磊
赵阳
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    • Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing

Abstract

本发明公开了一种柔性电路板补强片位置检测方法，包括采集柔性电路板补强片模板图像；进行预处理，检测柔性电路板补强片模板圆心，并求取柔性电路板补强片模板圆心与水平的夹角；进行二值处理，并筛选目标区域；求取位置信息和外接矩形周长，并保存到模板矩阵内；采集待测柔性电路板补强片图像；预处理后求取圆心位置，将待测柔性电路板补强片旋转至与模板平行的角度；求取各个待测柔性电路板补强片的位置信息以及外接矩形周长，并保存至待测矩阵内；将待测矩阵的数据与模板矩阵比较，并输出位置是否异常。本发明还公开了一种基于所述柔性电路板补强片位置检测方法的图像采集系统。本发明操作简单，效率较高，同时识别精度高。

Description

一种柔性电路板补强片位置检测方法及图像采集系统
技术领域
本发明属于图像位置处理领域，具体涉及一种柔性电路板补强片位置检测方法及图像采集系统。
背景技术
柔性印刷电路板(简称FPC)，以聚酰亚胺或聚酯薄膜为材料制成，因其具有体积小、质量轻、可挠性强、高密度布线、低成本等特点，广泛地应用于航天、军事、手机、数码相机等领域。FPC因其材质柔软，需要在插接部位贴装补强片以加强其硬度，方便产品的整体组装，而贴装误差是造成产品缺陷的重要原因之一。目前常用的补强片贴装方法分为人工贴装和使用贴片机贴装两种，由于补强片位置精度要求较高，在贴装前后都需要对补强片位置进行检测，目前这一检测过程多为人工目检，效率低下，同时检测质量受偶然因素影响严重。另一种检测方法是利用AOI光学检测设备进行检测，这种方法测量精度非常高，但却导致了检测通过率极低的问题，当产品已经满足了企业精度要求，但未达到AOI检测精度，就会出现误检。
运用机器视觉技术对产品工件质量进行检测，首先具有非接触不损伤工件和检测速度快的有点，同时检测精度和可靠性也得到了相应的提升，在制造业和现代工业检测中具有广阔的应用前景。专利CN201510771942.4公布了一种FPC补强片贴片质量视觉检测方法及检测方法，工作原理为：在激光三角测量法的基础上，运用高斯拉普拉斯算子，采用形态学闭运算分离出激光光斑的光心区域，并运用矩的不变性进行椭圆拟合得到补强片厚度，该方法的弊端为：只能识别芯片的厚度，无法识别芯片的位置以及角度。专利CN201510771942.4公布了一种用于PFC补强片定位辅助装置，该装置主要是利用补强板固定槽、支撑腿等装置对补强片进行固定，并不能检测补强片的是否贴在了指定的位置；专利CN 201210405133公布了一种芯片位置和倾角检测装置及方法，工作原理为通过采用自准直仪和两套不同视野范围的相机，得到芯片的位置信息。该检测装置检测精度较低，拆卸困难，并且无法实现一次检测，同时获得柔性印刷电路板上数十张补强片的位置信息。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种柔性电路板补强片位置检测方法，该方法检测精度高，识别准确。本发明的目的之二在于提供一种基于柔性电路板补强片位置检测方法的图像采集系统，该系统拆卸简单，能够对柔性电路板补强片模板图像和待测柔性电路板补强片图像准确采集。
本发明提供的这种柔性电路板补强片位置检测方法，包括如下步骤：
S1.采集柔性电路板补强片模板图像；
S2.对柔性电路板补强片模板图像进行预处理，检测柔性电路板补强片模板圆心，并求取柔性电路板补强片模板圆心与水平的夹角；
S3.进行二值处理，并筛选目标区域；
S4.求取目标区域内各个柔性电路板补强片模板的位置信息和外接矩形周长，并保存到模板矩阵内；
S5.采集待测柔性电路板补强片图像；
S6.预处理后求取圆心位置，将待测柔性电路板补强片旋转至与模板平行的角度；
S7.求取各个待测柔性电路板补强片的位置信息以及外接矩形周长，并保存至待测矩阵内；
S8.将待测矩阵的数据与模板矩阵比较，并输出柔性电路板补强片位置是否异常。
所述的步骤S2，包括利用棋盘法对相机进行标定，随后对柔性电路板补强片模板图像进行灰度化处理以及高斯滤波，利用hough算法检测柔性电路板补强片模板圆心坐标，然后比较各个柔性电路板补强片模板圆心的纵坐标，以升序的方式，依次将各个柔性电路板补强片模板圆心坐标保存至模板圆心数组A(a1,a2,a3,a4)中，a1表示第一模板圆心；a2表示第二模板圆心；a3表示第三模板圆心；a4表示第四模板圆心；将第一模板圆心a1的坐标设为(x1,y1)，将第二模板圆心a2的坐标设为(x2,y2)，利用反正切函数
Figure BDA0003548222180000021
计算模板圆心与水平夹角β。
所述的步骤S3，包括对柔性电路板补强片模板图像进行自适应二值处理，利用图像矩求柔性电路板补强片模板图像各个区域的面积，将面积为预设区域的设置为黑色。
预设区域包括小于2400平方毫米的区域和大于2600平方毫米的区域。
所述的步骤S4，包括如下步骤：
A1.利用图像矩计算第i个柔性电路板补强片模板的质心坐标Mi(mix,miy)与第i个柔性电路板补强片模板的外接矩形周长Hi；
A2.将第i个柔性电路板补强片模板的质心坐标Mi(mix,miy)减去第一模板圆心a1(x1,y1)的坐标，然后将减去的坐标与外接矩形周长一起，保存至第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi＝(bix,biy,Hi)中，bix表示柔性电路板补强片模板的质心的横坐标；biy表示柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标；
A3.比较各个柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy值，将柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy值在预定数值以内的补强片作为一行；将第j行第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi保存至第j行的向量数组Kj中，j＝1,2,…,k，k表示柔性电路板补强片模板的总行数；
A4.比较第j行的向量数组Kj中柔性电路板补强片模板的质心的横坐标bix值，以柔性电路板补强片模板的质心的横坐标bix升序的方式对第j行的向量数组Kj中的第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi进行排序；
A5.计算第j行的向量数组Kj的柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy的平均值
Figure BDA0003548222180000031
比较各个数组所对应的平均值
Figure BDA0003548222180000032
采用对平均值
Figure BDA0003548222180000033
升序的方式将各个数组依次保存到模板矩阵C中。
Figure BDA0003548222180000034
其中，n表示柔性电路板补强片模板的个数；biy表示柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标。
所述的步骤S6，包括如下步骤：
B1.利用hough算法检测待测柔性电路板补强片圆心坐标，然后比较各个圆心的纵坐标，以升序的方式，依次将各个待测柔性电路板补强片圆心坐标保存至待测圆心数组B(b1,b2,b3,b4)中，b1表示第一待测圆心；b2表示第二待测圆心；b3表示第三待测圆心；b4表示第四待测圆心；
B2.将第一待测圆心b1的坐标设为(x3,y3)，将第二待测圆心b2的坐标设为(x4,y4)，利用反正切函数计算圆心与水平夹角α，
Figure BDA0003548222180000041
B3.以b1点为圆心，将待测柔性电路板补强片旋转α-β度。
所述的步骤S8，包括将待测矩阵中的各个元素值减去模板矩阵对应的元素值，当元素的差值大于预设长度时，提示该待测柔性电路板补强片的位置有误。
所述的基于柔性电路板补强片位置检测方法的图像采集系统，包括T型架、相机支架、相机、灯架、若干LED条形灯、移动板；相机安装在相机支架上，相机支架安装在T型架上，若干LED条形灯分别安装在灯架的四侧，灯架位于相机的正下方，灯架安装在T型架上，柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像放置在移动板上；相机用于拍摄；若干LED条形灯用于提供光源；移动板的颜色为浅色，用于增加柔性电路板补强片模板的对比度；柔性电路板补强片位置检测方法的采集方法包括将柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像放置移动板上，然后启动电源，移动板将柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像运送至相机的正下方，随后相机采集图像，最后移动板退回至原点。
本发明提供的这种柔性电路板补强片位置检测方法及图像采集系统，操作简单，效率高，一分钟可检测柔性电路板补强片50张以上。同时本检测方法识别精度高。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
图2为本发明方法的柔性电路板补强片模板示意图。
图3为本发明方法的柔性电路板补强片模板圆心水平夹角示意图。
图4为本发明方法的柔性电路板补强片模板自适应二值处理图像。
图5为本发明方法的柔性电路板补强片模板筛选后目标区域图像。
图6为本发明方法的柔性电路板补强片模板质心坐标与外接周长示意图。
图7为本发明方法的待测柔性电路板补强片水平夹角示意图。
图8为本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1为本发明方法的流程示意图：本发明提供的这种柔性电路板补强片位置检测方法，包括如下步骤：
S1.采集柔性电路板补强片模板图像；
S2.对柔性电路板补强片模板图像进行预处理，检测柔性电路板补强片模板圆心，并求取柔性电路板补强片模板圆心与水平的夹角；
S3.进行二值处理，并筛选目标区域；
S4.求取目标区域内各个柔性电路板补强片模板的位置信息和外接矩形周长，并保存到模板矩阵内；
S5.采集待测柔性电路板补强片图像；
S6.预处理后求取圆心位置，将待测柔性电路板补强片旋转至与模板平行的角度；
S7.求取各个待测柔性电路板补强片的位置信息以及外接矩形周长，并保存至待测矩阵内；
S8.将待测矩阵的数据与模板矩阵比较，并输出柔性电路板补强片位置是否异常。
如图2为本发明方法的柔性电路板补强片模板示意图。如图3为本发明方法的柔性电路板补强片模板圆心水平夹角示意图。所述的步骤S2，包括利用棋盘法对相机进行标定，随后对柔性电路板补强片模板图像进行灰度化处理以及高斯滤波，利用hough算法检测柔性电路板补强片模板圆心坐标，然后比较各个柔性电路板补强片模板圆心的纵坐标，以升序的方式，依次将各个柔性电路板补强片模板圆心坐标保存至模板圆心数组A(a1,a2,a3,a4)中，a1表示第一模板圆心；a2表示第二模板圆心；a3表示第三模板圆心；a4表示第四模板圆心；将第一模板圆心a1的坐标设为(x1,y1)，将第二模板圆心a2的坐标设为(x2,y2)，利用反正切函数
Figure BDA0003548222180000051
计算模板圆心与水平夹角β，水平夹角如图3所示。
如图4为本发明方法的柔性电路板补强片模板自适应二值处理图像。如图5为本发明方法的柔性电路板补强片模板筛选后目标区域图像。所述的步骤S3，包括对柔性电路板补强片模板图像进行自适应二值处理，如图4所示，利用图像矩求柔性电路板补强片模板图像各个区域的面积，将面积小于2400的区域和大于2600的区域变成黑色，单位为平方毫米。筛选后的目标区域如图5所示。
所述的步骤S4，包括如下步骤：
如图6为本发明方法的柔性电路板补强片模板质心坐标与外接周长示意图。A1.利用图像矩计算第i个柔性电路板补强片模板的质心坐标Mi(mix,miy)与第i个柔性电路板补强片模板的外接矩形周长Hi。如图6所示。计算柔性电路板补强片模板的外接矩形的目的是为了间接得到补强片的角度信息，因为补强片的角度不同，其外接矩形的周长也有所不同。
A2.将第i个柔性电路板补强片模板的质心坐标Mi(mix,miy)减去第一模板圆心a1(x1,y1)的坐标，然后将减去的坐标与外接矩形周长一起，保存至第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi(bix,biy,Hi)中，bix表示柔性电路板补强片模板的质心的横坐标；biy表示柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标；
A3.比较各个柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy值，将柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy值在50以内的补强片作为一行，并将第j行第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi保存至第j行的向量数组Kj中，j＝1,2,…,k，k表示柔性电路板补强片模板的总行数；数组Kj用来存放每行第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi；图3可以看出，整个电路板有3行补强片，其第1行有补强片5个，将第1行5个补强片对应的Bi保存到数组K1中，第2行有补强片6个，将把第2行6个补强片对应的Bi保存到数组K2中，第3行有补强片5个，将第3行5个补强片对应的Bi保存到数组K3中。
A4.比较第j行的向量数组Kj中柔性电路板补强片模板的质心的横坐标bix值，以柔性电路板补强片模板的质心的横坐标bix升序的方式对第j行的向量数组Kj中的第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi进行排序；
A5.计算第j行的向量数组Kj的柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy的平均值
Figure BDA0003548222180000061
比较各个数组所对应的平均值
Figure BDA0003548222180000062
采用对平均值
Figure BDA0003548222180000063
升序的方式将各个数组依次保存到模板矩阵C中。
Figure BDA0003548222180000064
其中，n表示柔性电路板补强片模板的个数；biy表示柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标。
如图7为本发明方法的待测柔性电路板补强片水平夹角示意图。所述的步骤S6，包括如下步骤：
B1.利用hough算法检测待测柔性电路板补强片圆心坐标，然后比较各个圆心的纵坐标，以升序的方式，依次将各个待测柔性电路板补强片圆心坐标保存至待测圆心数组B(b1,b2,b3,b4)中，b1表示第一待测圆心；b2表示第二待测圆心；b3表示第三待测圆心；b4表示第四待测圆心；
B2.将第一待测圆心b1的坐标设为(x3,y3)，将第二待测圆心b2的坐标设为(x4,y4)，利用反正切函数计算圆心与水平夹角α，
Figure BDA0003548222180000071
B3.以b1点为圆心，将待测柔性电路板补强片旋转α-β度。待测柔性电路板补强片水平夹角示意图如图7所示。
所述的步骤S8，包括将待测矩阵中的各个元素值减去模板矩阵对应的元素值，当元素的差值大于0.05mm时，提示该待测柔性电路板补强片的位置有误，需要重新粘贴。
如图8为本发明系统的结构示意图。本发明还提供了一种柔性电路板补强片位置检测方法的图像采集系统，包括T型架1、相机支架2、相机3、灯架4、若干LED条形灯5、移动板7，6为柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像；相机3安装在相机支架2上，相机支架2安装在T型架1上，若干LED条形灯5分别安装在灯架4的四侧，灯架4位于相机3的正下方，灯架4安装在T型架1上，柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像6放置在移动板7上；相机3用于拍摄；若干LED条形灯5用于提供光源，在本实施例中采用4个；移动板7的颜色为浅色，用于增加柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像6的对比度。本系统的采集方法包括将柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像6放置移动板7上，然后启动电源，移动板7将柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像6运送至相机3的正下方，随后相机3采集图像，最后移动板7退回至原点。
在本实施例中，对贴片位置信息检测步骤如下：
步骤一、在若干LED条形灯的辅助下，通过图像采集系统采集柔性电路板补强片模板图像；
步骤二、利用棋盘法对相机进行标定，随后对图像进行灰度化处理以及高斯滤波，利用hough算法检测圆心坐标，然后比较各个圆心的纵坐标，以升序的方式，依次将各个圆心坐标保存至数组A(a1,a2,a3,a4)中。将a1的坐标设为(x1,y1)，将a2的坐标设为(x2,y2)，利用反正切函数计算圆心与水平夹角β。
步骤三、对模板图像进行自适应阈值处理，并筛选目标区域；
步骤四、求取目标区域内，各个柔性电路板补强片模板的位置信息以及外接矩形周长，并保存至模板矩阵内；
步骤五、利用图像采集装置采集待测柔性电路板补强片图像，利用反正切函数计算圆心与水平夹角α，以b1点为圆心，将待测补强片旋转α-β度。
步骤六、求取各个待测补强片的位置信息以及外接矩形周长，并保存至待测矩阵内。
步骤七、将待测矩阵的数据与模板矩阵比较，并输出结果。

Claims (8)

1.一种柔性电路板补强片位置检测方法，其特征在于包括如下步骤：
S1.采集柔性电路板补强片模板图像；
S2.对柔性电路板补强片模板图像进行预处理，检测柔性电路板补强片模板圆心，并求取柔性电路板补强片模板圆心与水平的夹角；
S3.进行二值处理，并筛选目标区域；
S4.求取目标区域内各个柔性电路板补强片模板的位置信息和外接矩形周长，并保存到模板矩阵内；
S5.采集待测柔性电路板补强片图像；
S6.预处理后求取圆心位置，将待测柔性电路板补强片旋转至与模板平行的角度；
S7.求取各个待测柔性电路板补强片的位置信息以及外接矩形周长，并保存至待测矩阵内；
S8.将待测矩阵的数据与模板矩阵比较，并输出柔性电路板补强片位置是否异常。
2.根据权利要求1所述的柔性电路板补强片位置检测方法，其特征在于所述的步骤S2，包括利用棋盘法对相机进行标定，随后对柔性电路板补强片模板图像进行灰度化处理以及高斯滤波，利用hough算法检测柔性电路板补强片模板圆心坐标，然后比较各个柔性电路板补强片模板圆心的纵坐标，以升序的方式，依次将各个柔性电路板补强片模板圆心坐标保存至模板圆心数组A(a1,a2,a3,a4)中，a1表示第一模板圆心；a2表示第二模板圆心；a3表示第三模板圆心；a4表示第四模板圆心；将第一模板圆心a1的坐标设为(x1,y1)，将第二模板圆心a2的坐标设为(x2,y2)，利用反正切函数
Figure FDA0003548222170000011
计算模板圆心与水平夹角β。
3.根据权利要求2所述的柔性电路板补强片位置检测方法，其特征在于所述的步骤S3，包括对柔性电路板补强片模板图像进行自适应二值处理，利用图像矩求柔性电路板补强片模板图像各个区域的面积，将面积为预设区域的设置为黑色。
4.根据权利要求3所述的柔性电路板补强片位置检测方法，其特征在于所述的预设区域包括小于2400平方毫米的区域和大于2600平方毫米的区域。
5.根据权利要求3所述的柔性电路板补强片位置检测方法，其特征在于所述的步骤S4，包括如下步骤：
A1.利用图像矩计算第i个柔性电路板补强片模板的质心坐标Mi(mix,miy)与第i个柔性电路板补强片模板的外接矩形周长Hi；
A2.将第i个柔性电路板补强片模板的质心坐标Mi(mix,miy)减去第一模板圆心a1(x1,y1)的坐标，然后将减去的坐标与外接矩形周长一起，保存至第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi＝(bix,biy,Hi)中，bix表示柔性电路板补强片模板的质心的横坐标；biy表示柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标；
A3.比较各个柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy值，将柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy值在预定数值以内的补强片作为一行；将第j行第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi保存至第j行的向量数组Kj中，j＝1,2,…,k，k表示柔性电路板补强片模板的总行数；
A4.比较第j行的向量数组Kj中柔性电路板补强片模板的质心的横坐标bix值，以柔性电路板补强片模板的质心的横坐标bix升序的方式对第j行的向量数组Kj中的第i个柔性电路板补强片模板对应的向量Bi进行排序；
A5.计算第j行的向量数组Kj的柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标biy的平均值
Figure FDA0003548222170000021
比较各个数组所对应的平均值
Figure FDA0003548222170000022
采用对平均值
Figure FDA0003548222170000023
升序的方式将各个数组依次保存到模板矩阵C中。
Figure FDA0003548222170000024
其中，n表示柔性电路板补强片模板的个数；biy表示柔性电路板补强片模板的质心的纵坐标。
6.根据权利要求5所述的柔性电路板补强片位置检测方法，其特征在于所述的步骤S6，包括如下步骤：
B1.利用hough算法检测待测柔性电路板补强片圆心坐标，然后比较各个圆心的纵坐标，以升序的方式，依次将各个待测柔性电路板补强片圆心坐标保存至待测圆心数组B(b1,b2,b3,b4)中，b1表示第一待测圆心；b2表示第二待测圆心；b3表示第三待测圆心；b4表示第四待测圆心；
B2.将第一待测圆心b1的坐标设为(x3,y3)，将第二待测圆心b2的坐标设为(x4,y4)，利用反正切函数计算圆心与水平夹角α，
Figure FDA0003548222170000031
B3.以b1点为圆心，将待测柔性电路板补强片旋转α-β度。
7.根据权利要求6所述的柔性电路板补强片位置检测方法，其特征在于所述的步骤S8，包括将待测矩阵中的各个元素值减去模板矩阵对应的元素值，当元素的差值大于预设长度时，提示该待测柔性电路板补强片的位置异常。
8.一种基于权利要求1～7之一所述的柔性电路板补强片位置检测方法的图像采集系统，其特征在于包括T型架、相机支架、相机、灯架、若干LED条形灯、移动板；相机安装在相机支架上，相机支架安装在T型架上，若干LED条形灯分别安装在灯架的四侧，灯架位于相机的正下方，灯架安装在T型架上，柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像放置在移动板上；相机用于拍摄；若干LED条形灯用于提供光源；移动板的颜色为浅色，用于增加柔性电路板补强片模板的对比度；采集柔性电路板补强片模板图像或采集待测柔性电路板补强片图像包括将柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像放置移动板上，然后启动电源，移动板将柔性电路板补强片模板图像或待测柔性电路板补强片图像运送至相机的正下方，相机采集图像，最后移动板退回至原点。
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