SMD封裝器件的檢測(cè)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(jí)換代帶來了契機(jī)。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(chǎng)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(shì)。SMD封裝器件由于其體積微小，檢測(cè)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(shù)的自動(dòng)化檢測(cè)篩選方法成為一種有效的解決途徑?；诳梢姽鈭D像的大倍率放大功能，可以方便的定位器件、進(jìn)行外觀檢查、發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。因此，本文從圖像處理的角度設(shè)計(jì)一種針對(duì)SMD封裝器件的檢測(cè)篩選方法。

SMD封裝元件的圖像是一個(gè)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(gè)過程的主要信息，從根本上左右了算法是否準(zhǔn)確無誤。尋找一種快速、準(zhǔn)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(gè)原理來解剖二值圖像拓?fù)淅碚?。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(duì)應(yīng)來使用操作。

因?yàn)镾MD元件會(huì)有一定的偏移轉(zhuǎn)動(dòng)，如果光是依照每個(gè)引腳廓形的中點(diǎn)坐標(biāo)來確定在哪個(gè)引腳組，大部分情況下聚類會(huì)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(zhǎng)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(gè)類型的針銷中心坐標(biāo)分為兩種，為了確認(rèn)分類是準(zhǔn)確無誤的，在聚類中試圖添加一些檢測(cè)，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(gè)閾值內(nèi)的廓搭造形成的。

2、為了不讓聚類出現(xiàn)錯(cuò)誤（引腳橢圓的一端長(zhǎng)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(diǎn)分成兩類：接近O度和接近90度;

3、設(shè)置類別數(shù)為2，使用聚類算法對(duì)引腳進(jìn)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(biāo)，等值線的中心坐標(biāo)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(duì)輪廓的一階矩進(jìn)行歸一化處理，以中心坐標(biāo)作為聚類數(shù)據(jù)點(diǎn)。

6、對(duì)于滿足兩類輪廓的中心坐標(biāo)，類別數(shù)為2，重復(fù)使用聚類算法。

7、監(jiān)測(cè)每一次聚合的數(shù)據(jù)兩種數(shù)值（即對(duì)應(yīng)的引腳數(shù)量）相等與否，假設(shè)相等，則開始步驟（8）的操作，反之則聚類出現(xiàn)錯(cuò)誤。

8、將每?jī)蓚€(gè)類（相對(duì)銷釘）的中心重新聚簇接連，觀測(cè)兩線段的夾角是否在[85°，90°]之間。假設(shè)在，群集完畢;相反，集群錯(cuò)誤。

該算法主要做了兩個(gè)改進(jìn)：（1）每條邊對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的標(biāo)簽;（2）在搜索被跟蹤邊時(shí)，確定其父邊的標(biāo)簽。以便知道一些包含關(guān)系，而這些關(guān)系存在于邊緣包含之間。這一類算法的主要關(guān)鍵點(diǎn)在于輪廓的判斷和標(biāo)記。邊（i，j）的起始點(diǎn)可以位于孔的外緣或孔的邊。第一個(gè)邊緣起點(diǎn)通常是掃描的第一個(gè)非零像素點(diǎn)。各個(gè)邊緣點(diǎn)所在位置的序號(hào)標(biāo)記為NBD，而序號(hào)相對(duì)應(yīng)的邊緣的序列標(biāo)記成LNBD。

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

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

2、假設(shè)（p，q）序號(hào)已經(jīng)標(biāo)記，則序號(hào)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(duì)SMD封裝器件圖像的對(duì)準(zhǔn)與檢測(cè)篩選。

分別對(duì)標(biāo)簽兩種輪廓跟蹤方法進(jìn)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(gè)軌跡標(biāo)記的輪廓，結(jié)果如下表1：

表1 圖像處理測(cè)試結(jié)果記錄表

有干擾時(shí)，輪廓的兩種跟蹤算法在引腳區(qū)域用來計(jì)算數(shù)量和形狀時(shí)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(cè)速度更為快捷。

SMD封裝器件在國內(nèi)是一個(gè)不可忽視的新興領(lǐng)域，具有廣闊的市場(chǎng)前景。深入分析了貼片封裝器件視覺檢測(cè)的核心算法，對(duì)其檢測(cè)和篩選方法進(jìn)行了分析和研究。通過對(duì)大量SMD封裝器件的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性進(jìn)行分析比較，設(shè)計(jì)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(cè)試流程，并驗(yàn)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(cè)試和篩選方法。