基于機器視覺的電子元器件表面缺陷檢測技術研究

吳茂寧

【摘 要】電子元器件在我國需求量很大、市場廣闊，而且電子元器件也逐漸向智能化、集成化、微型化的趨勢發展，這給產品的檢測增加了不少難度。由于人工檢測勞動強度大，檢測效率較低、實時性差，而且易受人的主觀因素的影響，極大地限制了企業生產效率和產品質量的提升。正是因為人工檢測存在不足，因此需要更為先進的檢測方法來進行產品外觀缺陷的檢測。隨著現代成像技術、計算機技術以及圖像分析處理技術的發展，出現了一種可以通過機器代替人眼進行測量、檢測的技術，即機器視覺。機器視覺是一種無接觸、無損傷的自動化檢測技術，己經在多個應用領域發揮越來越重要的作用。

【關鍵詞】機器視覺；電子元器件；表面缺陷檢測

1引言

眼睛是人類重要的感覺器官，人們從外界接收的各種信息中，80%以上是通過視覺獲得的。在光照條件下，物體在人眼的視網膜上形成圖像，并且由感光細胞將圖像轉換成神經脈沖信號，經過神經纖維傳入大腦皮層，進行最終的處理與理解。機器視覺主要研究用計算機來模擬人的視覺功能，首先為待檢物體提供合適的光源，通過工業相機獲取客觀事物的圖像，并通過一定的介質傳輸給計算機，在計算機中通過一定的算法并結合視覺軟件的應用從圖像中提取信息，對圖像進行處理、加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。基于機器視覺的外觀缺陷檢測是一種比較新的檢測外觀缺陷的方法，其設備在最近幾年發展也比較迅速，是頗具市場潛力的一種檢測設備。基于機器視覺的外觀缺陷檢測系統能夠滿足實際生產中的快速且有效地檢查表面貼裝元器件的外觀尺寸與表面瑕疵是否合乎良品的要求，而且檢測速度快，能夠滿足大批量生產的要求，特別是在電感元器件的外觀缺陷檢測中頗受歡迎。

2機器視覺在外觀缺陷檢測方面的應用

機器視覺檢測是在計算機視覺和圖像處理技術的基礎上建立起來的一門檢測技術。它通過獲取待檢測物體的圖像，并把獲取的圖像作為檢測的目標，通過一系列的圖像處理軟件來模擬人的視覺功能，并從中提取有用的信息或特征。提取了這些信息之后通過一定的介質傳輸給執行機構或是做出一定的信息反饋，并最終運用到實際的檢測、測量或控制。機器視覺檢測具有非接觸、精度高、適用范圍廣和自動化程度高等特點。機器視覺檢測與純粹的圖像處理是不相同的，純粹的圖像處理是從圖像到圖像的一個過程，而視覺檢測是從圖像到獲取圖像的信息這樣的一個過程，其側重點是獲取待測物體的幾何尺寸、形狀和表面屬性特征等，并將最后的檢側結果反饋給控制機構、執行機構或是剔除裝置等。

隨著全球制造業中心向中國市場轉移，制造業在中國發展迅速，工廠每天加工生產大量的產品。在生產加工的過程中，某些產品表面難免會產生一定的缺陷，而現在人們越來越注重產品的外觀質量。外觀質量好的產品更受消費者喜歡，從而使企業之間競爭日益加劇，為獲得更多的利潤，企業越來越注重產品的外觀質量。因此注重外觀質量的產品在出廠前都得經過嚴格的外觀質量檢測。

表面缺陷是產品外觀的外在缺陷，它同正常產品表面外觀存在差異，這種差異在合適的光照條件下可以通過人眼分辨出來，因此傳統檢測產品表面缺陷的方法是人工目測法。但由于傳統的檢測方法存在諸多的不足，比如說對人工的依賴性過大，檢測的速度較為低下、無法24小時全天候的工作、而且不同的工人由于主觀性不同檢測的產品很難達到統一。這些因素都導致了傳統的人工檢測無法滿足現代大生產的需要，所以我們要研究新的方法來頂替傳統的人工檢側的方法。隨著視覺理論的逐步成熟，機器視覺的軟硬件的逐步更新與普及，成本也逐年地下降，所以我們可以用機器視覺的方法來檢測產品的表面缺陷。機器視覺可以通過工業相機獲取待檢產品的圖像，對其圖像進行分析、檢測，從而不會劃傷產品的表面。這也是視覺檢測的優勢所在。

3系統軟件運行過程

3.1系統軟件運行界面

貼片元器件外觀缺陷檢測系統的實現主要是由系統軟件來實現，系統軟件控制圖像數據的采集、傳輸，并通過視覺軟件對圖像進行處理，判斷并分析處理的結果，根據具體的檢測要求去判斷最后的檢測結果，然后將檢測結果顯示，并以信號的形式，將相應信號輸出給對應的執行機構。系統功能實現的關鍵是系統軟件的設計，所以系統軟件應滿足系統運行的穩定性、可靠性、高效性、操作的簡易性等要求。

3.2系統軟件操作

在全部硬件準備就緒的情況下，打開軟件系統。軟件系統先自動初始化運動控制卡跟IO卡。緊接著我們設置各個工位上的相機參數，比如說相機曝光率、增益、幀頻等參數。用串口線連接工控機跟光源控制器，通過軟件系統設置光源的亮度，使相機可以獲取到清晰的貼片元器件的圖像。dd馬達轉速的設置、轉動方向的設置。當這些參數設置完畢之后，我們可以點擊功能主選區的配置文件按鈕，可以將配置的參數等各方面的信息先保存好，以便于下次可以直接調用配置好的參數，不用每次都設置參數。

當系統無法正常自動初始化的情況下，我們可以點擊主功能選區的初始化按鈕，這樣便可以手動地初始化系統。點擊裝置狀態按鈕，可以查看系統各個方面的狀態，檢測系統各個方面是否有異常。如果檢測沒什么異常的話，便點擊開始檢測按鈕，開始整個軟件系統的檢測工作。如果檢測過程中出現異常的話，可以點擊功能主選區的急停按鈕，讓整個系統停止工作，可以避免不必要的損失或是意外情況的發生。如果需要停止整個裝置系統的話，可以點擊功能主選區的停止按鈕，這樣便可以使整個裝置停止檢測，以便更換不同款式的貼片元器件或是設備的維護。當重新開始準備檢測時，可以點擊功能主選區的復位按鈕，這樣dd馬達上的轉盤將先轉動一圈，然后Reset上的氣嘴將上轉盤上的貼片元器件吹入Reset的料盒中，等待下一次的檢測。本系統設置了系統登錄權限，分為開發者、管理者、操作者三個權限，同時也設置了不同的登錄密碼，各個權限的等級不同，可更改的系統參數還有設置系統參數的權限不同。為了方便操作員對該系統的操作，功能主選區還是設置了工作燈的按鈕，當光線不足的情況下，可以點擊此按鈕，幵啟機床上的日光燈方便操作。當需要退出系統時，可以點擊主功能區的退出按鈕，便會彈出一個提示是否退出系統的提示框，可以點擊以便退出系統。

3.3系統操作結果顯示

最后系統將輸出最終的檢測結果，在軟件的界面上顯示檢測結果，并且將判斷結果轉化為信號傳送給執行機構，即在各個料盒上的氣嘴。氣嘴則將貼片元器件按照判斷的結果吹入相應的料盒中。

結束語

計算機視覺技術的發展是隨著計算機視覺理論的發展而發展的。研究表明，在我們獲取的外部信息中，大部分是通過視覺的方式獲取的。可見視覺的感受與認知在我們的日常生活中所起的重要作用。電子元器件在我國需求量很大、市場廣闊，而且電子元器件也逐漸向智能化、集成化、微型化的趨勢發展，這給產品的檢測增加了不少的難度。由于人工檢測勞動強度大，檢測效率較低、實時性差，而且易受人的主觀因素的影響，極大地限制了企業生產效率和產品質量的提升。正是因為人工檢測存在不足，因此需要更為先進的檢測方法來進行產品外觀缺陷的檢測。

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