基于机器视觉的电子元器件表面缺陷检测技术研究

吴茂宁

【摘 要】电子元器件在我国需求量很大、市场广阔，而且电子元器件也逐渐向智能化、集成化、微型化的趋势发展，这给产品的检测增加了不少难度。由于人工检测劳动强度大，检测效率较低、实时性差，而且易受人的主观因素的影响，极大地限制了企业生产效率和产品质量的提升。正是因为人工检测存在不足，因此需要更为先进的检测方法来进行产品外观缺陷的检测。随着现代成像技术、计算机技术以及图像分析处理技术的发展，出现了一种可以通过机器代替人眼进行测量、检测的技术，即机器视觉。机器视觉是一种无接触、无损伤的自动化检测技术，己经在多个应用领域发挥越来越重要的作用。

【关键词】机器视觉；电子元器件；表面缺陷检测

1引言

眼睛是人类重要的感觉器官，人们从外界接收的各种信息中，80%以上是通过视觉获得的。在光照条件下，物体在人眼的视网膜上形成图像，并且由感光细胞将图像转换成神经脉冲信号，经过神经纤维传入大脑皮层，进行最终的处理与理解。机器视觉主要研究用计算机来模拟人的视觉功能，首先为待检物体提供合适的光源，通过工业相机获取客观事物的图像，并通过一定的介质传输给计算机，在计算机中通过一定的算法并结合视觉软件的应用从图像中提取信息，对图像进行处理、加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。基于机器视觉的外观缺陷检测是一种比较新的检测外观缺陷的方法，其设备在最近几年发展也比较迅速，是颇具市场潜力的一种检测设备。基于机器视觉的外观缺陷检测系统能够满足实际生产中的快速且有效地检查表面贴装元器件的外观尺寸与表面瑕疵是否合乎良品的要求，而且检测速度快，能够满足大批量生产的要求，特别是在电感元器件的外观缺陷检测中颇受欢迎。

2机器视觉在外观缺陷检测方面的应用

机器视觉检测是在计算机视觉和图像处理技术的基础上建立起来的一门检测技术。它通过获取待检测物体的图像，并把获取的图像作为检测的目标，通过一系列的图像处理软件来模拟人的视觉功能，并从中提取有用的信息或特征。提取了这些信息之后通过一定的介质传输给执行机构或是做出一定的信息反馈，并最终运用到实际的检测、测量或控制。机器视觉检测具有非接触、精度高、适用范围广和自动化程度高等特点。机器视觉检测与纯粹的图像处理是不相同的，纯粹的图像处理是从图像到图像的一个过程，而视觉检测是从图像到获取图像的信息这样的一个过程，其侧重点是获取待测物体的几何尺寸、形状和表面属性特征等，并将最后的检侧结果反馈给控制机构、执行机构或是剔除装置等。

随着全球制造业中心向中国市场转移，制造业在中国发展迅速，工厂每天加工生产大量的产品。在生产加工的过程中，某些产品表面难免会产生一定的缺陷，而现在人们越来越注重产品的外观质量。外观质量好的产品更受消费者喜欢，从而使企业之间競争日益加剧，为获得更多的利润，企业越来越注重产品的外观质量。因此注重外观质量的产品在出厂前都得经过严格的外观质量检测。

表面缺陷是产品外观的外在缺陷，它同正常产品表面外观存在差异，这种差异在合适的光照条件下可以通过人眼分辨出来，因此传统检测产品表面缺陷的方法是人工目测法。但由于传统的检测方法存在诸多的不足，比如说对人工的依赖性过大，检测的速度较为低下、无法24小时全天候的工作、而且不同的工人由于主观性不同检测的产品很难达到统一。这些因素都导致了传统的人工检测无法满足现代大生产的需要，所以我们要研究新的方法来顶替传统的人工检侧的方法。随着视觉理论的逐步成熟，机器视觉的软硬件的逐步更新与普及，成本也逐年地下降，所以我们可以用机器视觉的方法来检测产品的表面缺陷。机器视觉可以通过工业相机获取待检产品的图像，对其图像进行分析、检测，从而不会划伤产品的表面。这也是视觉检测的优势所在。

3系统软件运行过程

3.1系统软件运行界面

贴片元器件外观缺陷检测系统的实现主要是由系统软件来实现，系统软件控制图像数据的采集、传输，并通过视觉软件对图像进行处理，判断并分析处理的结果，根据具体的检测要求去判断最后的检测结果，然后将检测结果显示，并以信号的形式，将相应信号输出给对应的执行机构。系统功能实现的关键是系统软件的设计，所以系统软件应满足系统运行的稳定性、可靠性、高效性、操作的简易性等要求。

3.2系统软件操作

在全部硬件准备就绪的情况下，打开软件系统。软件系统先自动初始化运动控制卡跟IO卡。紧接着我们设置各个工位上的相机参数，比如说相机曝光率、增益、帧频等参数。用串口线连接工控机跟光源控制器，通过软件系统设置光源的亮度，使相机可以获取到清晰的贴片元器件的图像。dd马达转速的设置、转动方向的设置。当这些参数设置完毕之后，我们可以点击功能主选区的配置文件按钮，可以将配置的参数等各方面的信息先保存好，以便于下次可以直接调用配置好的参数，不用每次都设置参数。

当系统无法正常自动初始化的情况下，我们可以点击主功能选区的初始化按钮，这样便可以手动地初始化系统。点击装置状态按钮，可以查看系统各个方面的状态，检测系统各个方面是否有异常。如果检测没什么异常的话，便点击开始检测按钮，开始整个软件系统的检测工作。如果检测过程中出现异常的话，可以点击功能主选区的急停按钮，让整个系统停止工作，可以避免不必要的损失或是意外情况的发生。如果需要停止整个装置系统的话，可以点击功能主选区的停止按钮，这样便可以使整个装置停止检测，以便更换不同款式的贴片元器件或是设备的维护。当重新开始准备检测时，可以点击功能主选区的复位按钮，这样dd马达上的转盘将先转动一圈，然后Reset上的气嘴将上转盘上的贴片元器件吹入Reset的料盒中，等待下一次的检测。本系统设置了系统登录权限，分为开发者、管理者、操作者三个权限，同时也设置了不同的登录密码，各个权限的等级不同，可更改的系统参数还有设置系统参数的权限不同。为了方便操作员对该系统的操作，功能主选区还是设置了工作灯的按钮，当光线不足的情况下，可以点击此按钮，幵启机床上的日光灯方便操作。当需要退出系统时，可以点击主功能区的退出按钮，便会弹出一个提示是否退出系统的提示框，可以点击以便退出系统。

3.3系统操作结果显示

最后系统将输出最终的检测结果，在软件的界面上显示检测结果，并且将判断结果转化为信号传送给执行机构，即在各个料盒上的气嘴。气嘴则将贴片元器件按照判断的结果吹入相应的料盒中。

结束语

计算机视觉技术的发展是随着计算机视觉理论的发展而发展的。研究表明，在我们获取的外部信息中，大部分是通过视觉的方式获取的。可见视觉的感受与认知在我们的日常生活中所起的重要作用。电子元器件在我国需求量很大、市场广阔，而且电子元器件也逐渐向智能化、集成化、微型化的趋势发展，这给产品的检测增加了不少的难度。由于人工检测劳动强度大，检测效率较低、实时性差，而且易受人的主观因素的影响，极大地限制了企业生产效率和产品质量的提升。正是因为人工检测存在不足，因此需要更为先进的检测方法来进行产品外观缺陷的检测。

参考文献：

[1]廖梓龙，钟守炎.基于机器视觉大数据分析的表面贴装缺陷检测[J].机电工程技术，2016，45（08）：15-16+45.

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[3]郑秀莲，袁巧玲，沈亚琦.基于图像处理的电子元器件表面缺陷检测技术[J].机电工程，2009，26（07）：14-16.