SMD封裝器件的檢測篩選方法研究

袁詠歆　韓璞輝

電子產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展為電子元器件的升級換代帶來了契機。出于電子產(chǎn)品小型化、便攜性的考慮，SMD封裝的器件成為市場的主流。SMD（即Surface Mounted Devices的縮寫，表面貼裝器件）封裝可以大幅減少管腳、管殼所占用的體積，器件小型化，甚至微型化，在體積、重量、功耗等方面都有優(yōu)勢。SMD封裝器件由于其體積微小，檢測篩選中的器件取用、表面檢查、排布整理都存在不便。在此背景下，基于可見光圖像處理技術的自動化檢測篩選方法成為一種有效的解決途徑。基于可見光圖像的大倍率放大功能，可以方便的定位器件、進行外觀檢查、發(fā)現(xiàn)故障點。因此，本文從圖像處理的角度設計一種針對SMD封裝器件的檢測篩選方法。

SMD封裝元件的圖像是一個引腳區(qū)域，其主要構(gòu)造是相互連接在一起的像素部分。在后續(xù)過程中，采集引腳區(qū)域的輪廓信息和位姿確定是整個過程的主要信息，從根本上左右了算法是否準確無誤。尋找一種快速、準確的二值圖像輪廓跟蹤算法。輪廓跟蹤算法具體體現(xiàn)在邊界跟蹤的原理。使用這個原理來解剖二值圖像拓撲理論。該算法依照外邊緣與1區(qū)域、孔邊緣與O區(qū)域的相互對應來使用操作。

因為SMD元件會有一定的偏移轉(zhuǎn)動，如果光是依照每個引腳廓形的中點坐標來確定在哪個引腳組，大部分情況下聚類會出現(xiàn)問題。中心初始化改善的k-means聚類方法，初始聚類數(shù)值擬合橢圓的長軸方向在旋轉(zhuǎn)了一定的角度之后，搭建出一份包含重要內(nèi)容的文件。全部腳針可以具體看成兩大類，然后依照各個類型的針銷中心坐標分為兩種，為了確認分類是準確無誤的，在聚類中試圖添加一些檢測，引腳聚類的步驟可以分解如下：

1、得到的擬合橢圓是經(jīng)過篩選后的每個閾值內(nèi)的廓搭造形成的。

2、為了不讓聚類出現(xiàn)錯誤（引腳橢圓的一端長軸相同方向上的圓角為θ或180-θ），選擇數(shù)值的初始角度θ，修改初始聚類的數(shù)值為|θ-θ。|與180-|θ-θ得數(shù)較低的，這樣就可以讓數(shù)據(jù)點分成兩類：接近O度和接近90度;

3、設置類別數(shù)為2，使用聚類算法對引腳進行初始分類;

4、檢查集群的結(jié)果，確保平均值之間的差異。

5、得到各類等值線的中心坐標，等值線的中心坐標是由各等值線矩構(gòu)成的等值線零階矩。為了避免聚類誤差，對輪廓的一階矩進行歸一化處理，以中心坐標作為聚類數(shù)據(jù)點。

6、對于滿足兩類輪廓的中心坐標，類別數(shù)為2，重復使用聚類算法。

7、監(jiān)測每一次聚合的數(shù)據(jù)兩種數(shù)值（即對應的引腳數(shù)量）相等與否，假設相等，則開始步驟（8）的操作，反之則聚類出現(xiàn)錯誤。

8、將每兩個類（相對銷釘）的中心重新聚簇接連，觀測兩線段的夾角是否在[85°，90°]之間。假設在，群集完畢;相反，集群錯誤。

該算法主要做了兩個改進：（1）每條邊對應一個唯一的標簽;（2）在搜索被跟蹤邊時，確定其父邊的標簽。以便知道一些包含關系，而這些關系存在于邊緣包含之間。這一類算法的主要關鍵點在于輪廓的判斷和標記。邊（i，j）的起始點可以位于孔的外緣或孔的邊。第一個邊緣起點通常是掃描的第一個非零像素點。各個邊緣點所在位置的序號標記為NBD，而序號相對應的邊緣的序列標記成LNBD。

已經(jīng)經(jīng)過標記的邊緣點（p，q），若再次被掃描時，再一次被看做起始點的邊緣，會沒有辦法停下循環(huán)過程，甚至存在跟蹤出錯的情況，要想不讓這種情況出現(xiàn)，掃描時一定要跟隨下列原則：

1、若，，和閾值之間存在著被標記的邊緣節(jié)點，（p，q）的序號將被改成NBD;

2、假設（p，q）序號已經(jīng)標記，則序號為NBD。

以上所敘述的原則，邊緣類型分為兩種——外邊緣和孔洞邊緣。通過以上步驟，完成對SMD封裝器件圖像的對準與檢測篩選。

分別對標簽兩種輪廓跟蹤方法進行研究，獲取二值圖像跟蹤。為了方便比較，在原始圖像中繪制出每個軌跡標記的輪廓，結(jié)果如下表1：

表1 圖像處理測試結(jié)果記錄表

有干擾時，輪廓的兩種跟蹤算法在引腳區(qū)域用來計算數(shù)量和形狀時的效果基本相似。但是，從表1可以看出，只跟蹤區(qū)域外的輪廓，檢測速度更為快捷。

SMD封裝器件在國內(nèi)是一個不可忽視的新興領域，具有廣闊的市場前景。深入分析了貼片封裝器件視覺檢測的核心算法，對其檢測和篩選方法進行了分析和研究。通過對大量SMD封裝器件的穩(wěn)定性和準確性進行分析比較，設計了封裝元件安裝過程中可用于目視檢查的新篩選方法和測試流程，并驗證了該方法的可行性。因此，貼片封裝器件的發(fā)展前景是可觀的，但還需要研究更多的測試和篩選方法。