基于机器视觉的贴片元件焊点缺陷检测

摘要

现代电子工业中，印刷电路板(PCB)作为电子元器件的载体，其板载元器件贴装质量直接影响产品的性能，因此对PCB贴片元件焊点质量进行检测是工业生产线中一个重要的工序。随着表面贴装技术（SMT）的使用，贴装产品向层数更多、体积更小、密度更高的方向发展，但是传统的检测技术在检测能力和速度上已难以适应新的表面贴装技术的需要，因此，研究基于机器视觉的PCB贴片元件焊点自动光学检测技术具有重要的意义。
　　表面贴片安装生产过程中由于材料、加工工艺等因素而引起贴片元件焊点出现多种缺陷情况，其缺陷特征各不相同，常见的缺陷类型可分为缺焊，桥接，锡量过少，锡珠等。针对以上存在的贴片元件焊点质量检测存在的问题，本文以无线收发模块PCB板为研究对象，分析了其上贴片电容和贴片芯片类元件焊点的特点，开发基于机器视觉的贴片元件焊点检测系统。全文研究内容包括：
　　1)根据贴片元件焊点特性和检测需求，对焊点检测系统进行整体概述，并介绍了系统平台硬件组成和选型原则。最终选择合适的光源、镜头、采集卡、相机等硬件，搭建了实验平台。
　　2)针对贴片元件焊点检测图像匹配中，传统相关系数匹配方法匹配时间太长及不能进行旋转匹配的缺点，研究了改进的圆投影快速特征匹配法，采用先进行粗匹配后精匹配的思路；即通过比较模板和子图去均值投影向量是否属于同一灰度级进行粗匹配，选取若干个候准匹配点，然后在此基础上再作精匹配，有效加快了匹配速度，减少了算法搜索特征点的时间。
　　3)常见的贴片元件类型有贴片电阻电容类和多引脚的贴片芯片类两种，分别对两种类型焊点特征进行了研究。对贴片电容类元件的焊点通过提取形态特征和形状特征来识别焊点缺陷情况，对贴片芯片类元件提出通过检测其二值图像连通域数目，统计每个连通域面积和设定的标准图像的参数进行比较，并计算待测图像与标准图像相关系数而判别焊点缺陷种类。
　　4)最后,应用在Win7平台中，基于Mircrosoft Visual Studio2010开发贴片元件焊点质量视觉检测系统软件，并进行调试。仿真实验表明本文开发出的视觉检测系统可以快速、准确地检测焊点存在的常见的几种缺陷，达到比较好的检测结果，对后续的焊点自动化质量检测有一定参考价值。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景、目的和意义

1.2视觉检测技术

1.3本课题的国内外研究现状

1.4论文的主要内容及章节安排

第二章 PCB贴片元件焊点缺陷检测技术

2.1概述

2.2常见的焊点缺陷

2.3焊点质量的检测方法

2.4机器视觉检测

2.5本章小结

第三章 贴片元件焊点检测系统方案设计及硬件选型

3.1焊点检测系统的基本组成

3.2焊点检测系统的硬件选型

3.3焊点缺陷检测系统方案设计

3.4本章小结

第四章 缺陷检测中快速图像匹配方法研究

4.1传统灰度归一化互相关系数匹配方法

4.2几种基于特征匹配方法

4.3基于特征的图像快速匹配算法

4.4图像匹配在PCB元件贴装缺陷检测中的应用

4.5本章小结

第五章 PCB贴片元件焊点缺陷检测

5.1 贴片电容类元件贴装焊点缺陷检测

5.3焊点模式识别

5.4 SMT焊点缺陷识别的实现

5.5本章小结

第六章 基于机器视觉的SMT焊点检测系统的软件开发

6.1检测系统结构

6.2检测系统软件设计

6.3实验结果及分析

6.4本章小结

总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢