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基于图像处理和三维重建的片式元件焊点质量信息提取技术研究

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第一章 绪论

§1.1 课题研究目的和意义

§1.2 论文研究背景

§1.3 国内外研究现状及发展趋势

§1.4 主要研究内容和学术价值

§1.5 论文主要安排

第二章 硬件体系的基本架构及其设计

§2.1硬件体系的架构

§2.2 光学系统设计

§2.3 噪声消除策略

§2.4本章小结

第三章 基于C# 平台的焊点质量信息提取软件体系的架构

§3.1 软件系统设计的总体目标

§3.2 开发环境选择和软件的实现方式

§3.3 C#中COM组件调用和进程调用

§3.4 本章小结

第四章 基于彩色图像分割技术的焊点二维质量信息提取

§4.1 二维图像焊点质量信息

§4.2 焊点图像分割方法研究

§4.3 片式电阻的分割

§4.4 Matlab在片式电阻焊点质量信息提取中的应用

§4.5 基于C#和Matlab混合编程的软件功能实现

§4.6 本章小结

第五章 焊点三维形态的重建算法及其改进

§5.1 焊点三维重建方法的选择

§5.2 阴影恢复算法

§5.3 Tsai算法在SMT焊点三维重建中的引用

§5.4 改进Tsai算法重建表面的光滑性

§5.5拓展Tsai算法的应用范围

§5.6 光照参数的确定方法

§5.7焊点三维形态重建

§5.8 本章小结

第六章 焊点三维重建结果的实体化和可视化方法研究

§6.1 焊点三维重建的结果输出

§6.2 重建表面生成实体方法

§6.3 基于APDL语言的ANSYS二次开发的焊点实体形成技术

§6.4 基于C# 平台和ANSYS二次开发自动实现重建焊点实体化

§6.5实体焊点的三维可视化方法

§6.6 片式电阻焊点的实体化和可视化

§6.7 本章小结

第七章 C#平台下基于SolidWorks二次开发的焊点三维质量信息提取技术

§7.1焊点质量提取平台的选择

§7.2 基于C# 平台和COM组件的SolidWorks二次开发方法研究

§7.3 基于SolidWorks2006的片式电阻焊点三维质量信息提取

§7.4 本章小结

第八章 总结与展望

§8.1 主要研究结论

§8.2 今后研究设想

§8.3 展望

致谢

附录 1:焊点图像分割的Matlab代码

附录 2:三维重建的C#代码

附录 3:重建高度点阵转换到APDL命令的Matlab代码

附录 4: SolidWorks二次开发的部分C#代码

附录 5:硕士期间发表论文

参考文献

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摘要

焊点质量是影响SMT产品可靠性的关键因素,大部分焊点质量问题可以通过焊点形态检测与分析反映出来。但是一直以来,实际焊点形态参数的获取是焊点质量检测的瓶颈所在。
  本文针对目前焊点形态参数获取问题研究的需要,提出了一套能够用来提取实际焊点质量信息的检测方案。该方案包括硬件和软件两个部分。硬件主要用来获取包含焊点三维信息的彩色阴影图像,由彩色CCD、平行光源和机械运动等部分组成。软件部分用来提取焊点的形态参数,由图像降噪、焊点彩色图像分割、焊点二维质量信息提取、焊点三维形态重建、焊点实体形成、焊点三维信息提取等模块组成。该套方案能够提取二维和三维的焊点质量信息,其中二维质量信息包括焊点的边界形状、周长、面积等,三维质量信息包括焊点的体积、剖面信息、角度信息等。该方案具有硬件搭建简单,提取质量信息全面的优点。
  由于焊点的种类繁多,针对不同焊点的信息提取过程可能会有很大的区别。以实际片式电阻焊点的质量信息提取为例子,本文系统讨论了片式元件的分割、重建、质量提取等一系列的过程。首先通过图像采集设备采集到片式电阻焊点的彩色阴影图像,然后基于HSV颜色空间和二维直方图阈值化分割技术对电路板进行了分割,并且采用数学形态学的方法提高了焊点分割的精度。实验表明该方法能够较好的分割出焊点图像。对分割后的焊点彩色图像进行二值化处理,然后基于数学形态学的方法提取出了焊点的边界、周长和面积等二维信息。
  为了得到焊点的三维形态,对Tsai提出的一种快速阴影恢复算法进行了两点改进,一是利用中值滤波的方法改进其重建表面光滑度,另外是利用Phong光照模型扩展了该算法的应用范围,使其能够应用大多数材料的阴影恢复。把分割后的彩色图像变换到灰度域,利用改进算法得到片式电阻焊点的三维形态。实验表明该方法能够较为有效的恢复出焊点的三维形态。
  重建后得到的是焊点的高度点阵,需要进行实体化处理。通过研究重建点阵数据点之间的关系,提出了一种把重建点阵用三角形面片进行表示的方法。利用APDL语言来描述重建结果,把重建焊点表面表示成三角形面片的组合,通过后台进程调用ANSYS进程实现了焊点的实体化过程。
  通过C#和Matlab的混合编程,以及ANSYS和SolidWorks的功能调用,降低了软件开发的难度,提高了开发效率。

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