一種基于視覺的sop元件定位和缺陷檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及表面組裝技術（SMT)視覺系統中SOP元件的視覺檢測方法，主要實現 SOP元件視覺定位以及視覺缺陷檢測功能。
【背景技術】
[0002] 隨著電子工業的發展，表面貼裝技術（SMT，SurfaceMountTechnology)也迅速發 展。其中，貼片機是SMT生產線上的關鍵設備，主要實現貼片元件的組裝。高性能的貼片機 普遍采用了機器視覺系統，這是貼片機最為關鍵的系統之一，其性能直接影響到的貼片機 的貼裝精度和速度。
[0003] 對于一套成熟的貼片機視覺系統，元件的視覺識別方法的研宄與論證顯得至關重 要，這是貼片機視覺系統的基礎性問題，好的元件視覺識別方法會大大提高貼片機貼裝時 的精度和速度，并且隨著現如今各類封裝技術的完善，元件的種類也越來越多，這也對元件 視覺識別方法的有效適用范圍提出了更高的要求。
[0004] 針對現如今SOP元件在貼片機貼裝時出現的精度不夠，對外界環境變化敏感的問 題，設計一種具有良好實時性，對多型號SOP元件都適用的SOP元件視覺定位與缺陷檢測的 識別方法。
【發明內容】
[0005] 本發明是要解決SOP元件在貼片機貼裝時出現的精度不夠，對外界環境變化敏感 的問題，而提供了一種具有良好實時性，對多型號SOP元件都適用的SOP元件視覺定位與視 覺缺陷檢測的方法。
[0006] 一種基于視覺的SOP元件定位和缺陷檢測方法，它按以下步驟實現：
[0007] -、檢查所選區域圖像是否符合亮度要求；
[0008] (1)掃描所有所選區域圖像像素點，將圖像像素點總個數記為Sl，灰度值大于150 的像素點個數記為S2;
[0009] ⑵取比值6= 0? 〇3,r2= 0? 9〇，若si/sZrilll像區域太暗，若si/sprjlj圖像區 域太亮，停止并返回相應錯誤碼；否則繼續進行下一步；
[0010] 二、將所選區域圖像進行二值化，得到二值化圖像；
[0011] 三、采用canny邊緣檢測提取法提取第二步得到的二值化圖像的外邊界輪廓，得 到二值化圖像的各個外邊界點集；且存放于一個二維點容器中，對不同的外邊界點集進行 隨機標號；
[0012] 四、對第三步得到的各個外邊界點集進行"灰度值檢查"操作，得到符合要求的邊 界點集；
[0013] 五、將第四步得到的邊界點集進行"面積篩選"操作，得到符合面積要求的邊界點 集；
[0014] 六、尋找第五步符合面積要求的邊界點集整體的最小外接矩形，將此最小外接矩 形近似為整個SOP元件的最小外接矩形，并且根據此最小外接矩形的旋轉角度和中心坐標 確定SOP元件的粗略旋轉角度a和元件粗略中心坐標（X(l，ytl);
[0015] 七、對第六步中得到的SOP元件的粗略旋轉角度a進行判斷；當|a|>30°時停 止并返回"旋轉角度過大"的錯誤碼；否則繼續進行下一步；
[0016] 八、求取第五步中符合面積要求的各個邊界點集的中心坐標；
[0017] 其中，所述求取每一個邊界點集中心坐標（x，y)采用質心的原理，理論依據如下：
[0019] 邊界點集及其內部包圍的點個數為n;用（Xi，yi)來表示該邊界包含的第ia= 1，2,L，N)個點；
[0020] 11^= 1表示（xi,y)在邊界上，11^= 0表示（xi,yj在邊界內部，（x,y)為所求質心 中心坐標；
[0021] 九、在第五步得到的符合面積要求的邊界點集中尋找SOP元件引腳足部的邊界點 集，并且以對應的引腳足部的邊界點集中心坐標作為每個引腳足部的中心坐標；其中，所述 弓丨腳足部的邊界點集包括上部引腳足部邊界點集與下部引腳足部邊界點集；
[0022] 十、在第五步得到的符合面積要求的邊界點集中尋找SOP元件引腳根部的邊界點 集，并且以對應的引腳根部的邊界點集中心坐標作為每個引腳根部的中心坐標；其中，所述 弓丨腳根部的邊界點集包括上部引腳根部邊界點集與下部引腳根部邊界點集；
[0023] 十一、將第九步和第十步中得到的上部引腳足部邊界點集和上部引腳根部邊界點 集存儲到上部引腳邊界點集中，下部引腳足部邊界點集和下部引腳根部邊界點集存儲到下 部引腳邊界點集中；同時將對應的上部引腳足部邊界點集中心和上部引腳根部邊界點集中 心存儲到上部引腳邊界點集中心集中，下部引腳足部邊界點集中心和下部引腳根部邊界點 集中心存儲到下部引腳邊界點集中心集中；
[0024] 十二、將第十一步得到的上下部引腳邊界點集按照第六步所得SOP元件的粗略旋 轉角度a進行仿射變換，旋轉中心為步驟六得到的SOP元件粗略中心（X(l，yci)，將其"轉正" 得到"轉正元件"，即"轉正"上下部引腳邊界點集，并且記錄"轉正"前后各個引腳邊界點集 的對應關系，同時對每一個對應的邊界點集中心進行"轉正"操作，得到"轉正"引腳中心點 集；
[0025] 其中，所述"轉正"的理論依據如下：
[0026] 設置仿射變換矩陣為
，將界點集中原始點坐標為
的點 變換到
，旋轉中心是SOP元件的粗略中心坐標（Xd,yj;
[0027] 十三、將第十二步得到的"轉正"上下部引腳邊界點集分別進行引腳類別分類并且 標號；
[0028] 十四、根據第十三步得到的引腳類別分類結果以及標號，將第九步和第十步得到 的引腳足部邊界點集和引腳根部邊界點集進行整理，明確每一個"引腳一足部一根部"的對 應關系；并且整理得到上部引腳足部邊界點集的集合，上部引腳邊界點集的集合，下部引腳 足部邊界點集的集合，下部引腳邊界點集的集合這四個邊界點集集合，以及上部引腳足部 中心點集，上部引腳中心點集，下部引腳足部中心點集，下部引腳邊中心點集這四個中心點 集合
[0029] 十五、根據第十四步整理得到的四個邊界點集集合利用其最小外接矩形求取引腳 長度hpin、引腳足部長度hfOTt以及引腳數星spin;
[0030] 十六、根據第十四步整理得到的四個中心點集利用整體最小二乘法擬合直線得到 引腳擬合直線：包括上部引腳根部擬合直線L-PIN-UP、下部引根部腳擬合直線L-PIN-DOWN 上部引腳足部擬合直線L-FOOT-UP與下部引腳足部擬合直線L-FOOT-DOWN;
[0031] 十七、利用十六步中得到的引腳擬合直線求取引腳足部寬度wfOTt、引腳間距ppin和 SOP元件精確中心坐標（xa，ya)、SOP元件精確旋轉角度aa、SOP元件精確寬度wb()dy以及SOP 元件精確長度hbmiy，得到該SOP元件擬合矩形；至此完成SOP元件的視覺定位操作；
[0032] 十八、由以上得到的數據進行SOP元件引腳缺陷檢測，至此完成了一種基于視覺 的SOP元件定位和缺陷檢測方法。
[0033] 發明效果：
[0034] 經過實踐，本專利方法幾乎可以實現現在市面上所有種類的SOP元件的視覺定位 與缺陷檢測，如圖16為兩個具體SOP元件利用本方法實現視覺定位的效果圖。對于這兩種 SOP元件，在本方法下的處理時間都不超過20ms，相同外界條件下100次重復測試的重復精 度也達到±0. 001mm內，可見本方法在精度、速度和穩定性方面都很強。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發明圖像處理坐標系選定圖；以圖像左上角為原點，向右為x軸正方向， 向下為y軸正方向作為坐標系；
[0036] 圖2是本發明選取的8位單通道區域圖像；
[0037] 圖3是手動輸入固定閾值二值化方法得到二值圖像；
[0038] 圖4是類間方差最大的方法（otsu)得到二值圖像；
[0039] 圖5是"面積篩選"操作后得到符合面積要求的邊界點集圖；
[0040] 圖6是元件近似最小外接矩形；
[0041] 圖7是符合面積要求的邊界點集及邊界點集中心點集；
[0042] 圖8是本發明中篩選得到的上部和下部引腳足部邊界點集及上部和下部引腳足 部邊界點集中心點集；
[0043] 圖9是本發明是本發明中篩選得到的上部和下部引腳根部邊界點集及上部和下 部引腳根部邊界點集中心點集；
[0044] 圖10是本發明步驟九與步驟十得到的上部下部邊界點集及上部下部邊界點集中 心點集；
[0045] 圖11是本發明仿射變換"轉正"后的"轉正元件"圖；
[0046] 圖12是本發明一般最小二乘法誤差考慮示意圖；
[0047] 圖13是本發明整體最小二乘法誤差考慮示意圖；
[0048] 圖14是本發明上部和下部引腳足部擬合直線L-FOOT;
[0049] 圖15是本發明上部下部引腳擬合直線L-PIN;
[0050] 圖16是本發明根據步驟十七擬合得到的元件邊界直線與元件中心圖；
[0051] 圖17是本發明引腳標號以及引腳一足部一根部對應關系示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0052] 一：本實施方式的一種基于視覺的SOP元件定位和缺陷檢測方法， 它按以下步驟實現：
[0053] 一、檢查所選區域圖像是否符合亮度要求；
[0054] (1)掃描所有所選區域圖像像素點，將圖像像素點總個數記為Sl，灰度值大于150 的像素點個數記為s2;
[0055] ⑵取比值6= 0? 〇3,r2= 0? 9〇，若si/sZrilll像區域太暗，若si/sprjlj圖像區 域太亮，停止并返回相應錯誤碼；否則繼續進行下一步；
[0056] 二、將所選區域圖像進行二值化，得到二值化圖像；
[0057] 所述步驟二具體為：
[0058] ( -）第一種是手動輸入