SMD晶體器件檢測中機器視覺的應(yīng)用分析

引言

在生產(chǎn)流程中，SMD晶體器件檢測是一道重要工序,由該工序?qū)w器件電性能進(jìn)行檢測后才可包裝出廠因為SMD晶體器件檢測工序的特殊性，所以，其檢測率對出廠產(chǎn)品的質(zhì)量有著直接性影響。通常批量生產(chǎn)中必須保證產(chǎn)品誤測率在2ppm以下，也就是說，所出廠的一百萬個產(chǎn)品中，避免出現(xiàn)兩個以上的不合格品。為使產(chǎn)品出廠品質(zhì)得以提高，不僅要使用高精度分析儀，而且SMD晶體器件檢測還要確保方向一致，尤其是檢測SMD晶體振蕩器，還要檢測其預(yù)定方向。

此前，企業(yè)在生產(chǎn)SMD晶體器件時僅僅可以采用人工檢測與識別，因為SMD晶體器件產(chǎn)量持續(xù)攀升，外形尺寸的逐漸縮小，嚴(yán)格要求所出廠產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，工作人員長期在緊張的工作狀態(tài)下，導(dǎo)致其產(chǎn)生嚴(yán)重的視覺疲勞，出現(xiàn)錯測與漏測的現(xiàn)象也就在所難免。所以，在研制自動測試SMD器件電性能參數(shù)的同時，還要對識別SMD晶體器件方向的現(xiàn)代化機器視覺系統(tǒng)進(jìn)行專門研制。

1SMD晶體器件的檢測系統(tǒng)構(gòu)成

因為是在SMD器件檢測中應(yīng)用該機器視覺系統(tǒng)的，所以本文簡要介紹了檢測系統(tǒng)整體構(gòu)成。SMD晶體器件檢測的總體框圖如圖1所示。

通常會有振動送料機構(gòu)以隊列形式對待測SMD晶體器件進(jìn)行輸送，并采用機器視覺系統(tǒng)對前端器件進(jìn)行判別，如果器件實際和預(yù)定方向一致，則動作機構(gòu)就要直接轉(zhuǎn)移此器件至電性能檢測工位。如果預(yù)定方向和實際方向相反，那么糾正機構(gòu)則要旋轉(zhuǎn)器件180°再送至電性能檢測工位。

2機器視覺系統(tǒng)在SMD晶體器件檢測中的硬件構(gòu)成

這種機器視覺系統(tǒng)的硬件構(gòu)成圖如圖2所示。從圖2中可以看出，系統(tǒng)由光源、工業(yè)相機、圖像采集卡、鏡頭四大部分共同構(gòu)成了機器視覺的硬件系統(tǒng)。

2.1機器視覺系統(tǒng)鏡頭參數(shù)計算

第一，應(yīng)該計算該系統(tǒng)中的相機和鏡頭參數(shù)，所檢測晶體器件最大值應(yīng)該達(dá)到5.0X7.0mm，最小達(dá)到2.5X2.0mm的外形尺寸，具體見圖3所示。因為機械搬運機構(gòu)在鏡頭與被測晶體間，所以要求被測晶體與鏡頭間距保持在100mm以上。目前較為常用的傳感器為1/2的尺寸，因此，這種項目也可選用該類型的工業(yè)相機進(jìn)行檢測。

第二，必須對鏡頭焦距/進(jìn)行計算，依照公式f=MO,將鏡頭焦距f計算出來，公式中的O表示檢測距離,M表示檢測倍數(shù)（M=-B/A，其中A表示被測物體外形尺寸最大值,B表示傳感器靶面尺寸。由于被測器件定位會形成些許偏差，所以，這里可假設(shè)A=8.0,則M=-4.8/8.0=-0.6。將M帶入公式中，就能夠?qū)㈢R頭焦距計算出來，也就是：=0.6X100=60。在這種情況下，可對接近計算值的焦距選50mm光學(xué)鏡頭。再依照所選鏡頭參數(shù)，并針對公式M(公式中的AK表示鏡頭焦距差)與公式O=fXM+L-d(表示鏡頭前端與焦點面的距離,L則表示被測物體與傳感器間距)，將近攝環(huán)尺寸K與被測物體與鏡頭間距0計算出來，并將其帶入公式求出K=50X0.6=30?最后計算出L=2X50+(-50/—0.6)—2.6—50X(-0.6)=215.9,再帶入L,計算出O=50X(—0.6)+215.9—65.5=120.4。

根據(jù)該計算結(jié)果，這種檢測距離要大于檢測距離最小值

100mm,因此與使用要求相符。

2.2計算相機參數(shù)

根據(jù)SMD晶體焊盤尺寸最小值大約為0.6X0.7mm,所以確定檢測精度一定要在0.1以下，對成本因素進(jìn)行綜合分析,該系統(tǒng)所選相機為30萬像素的工業(yè)相機，其檢測精度為0.01,符合使用要求。

2.3光源選擇

因為黑白CCD具有比較高的紅光敏感度，所以，應(yīng)該選擇紅色LED光源。同時根據(jù)被測器件外形尺寸，應(yīng)該選取外徑最大值為50mm,20。的傾斜角環(huán)形光源，這樣就能夠滿足具體測試需求。

3檢測策略

因為這種機器視覺功能需求是：正反面識別SMD器件，方向識別SMD晶體器件焊盤面，所以，應(yīng)該對所出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行正確判斷，僅僅是檢測缺角焊盤是不夠的，還必須檢測其它焊盤，以提高檢測準(zhǔn)確性。

機器視覺檢測系統(tǒng)中，可設(shè)置多圖形模板，用于檢測SMD晶體器件中的焊盤，本研究中，我們對三個圖形模板進(jìn)行設(shè)置，也就是說，一個判別工位底面的模板和兩個焊盤模板，判別所有圖形模板的門限閥值和判別區(qū)域。

如果所檢測的模板1、模板2與圖形的相似度對門限閥值大，那么可將目標(biāo)焊盤檢測出來，而且SMD晶體有正確的方向，見圖3。如果所檢測的圖形和模板1、模板2的門限閥值相對比較小，那么方向相反，這種情況下就應(yīng)該對其作180。的旋轉(zhuǎn)，如圖4所示。

若未檢測到目標(biāo)物體，SMD晶體器件的外殼則向上，應(yīng)該將外殼取走，并將其置于振動料斗，進(jìn)行二次送料，圖5所示是判別外殼面結(jié)果示意圖。如果模板3和所檢測圖形相似度比門限閥值大，那么圖像判別工位則缺少器件，圖6所示為判別無器件結(jié)果圖。

4軟件設(shè)計

這種視覺判別軟件被稱為SMD晶體器件測試系統(tǒng)的重要組成部分，和其它組成部分共同檢測SMD晶體器件。主要由兩種程序模塊共同組成這種視覺判別軟件，具體包括自動判別模塊與視覺參數(shù)設(shè)置模塊。對不同SMD晶體器件相關(guān)參數(shù)與判別模塊進(jìn)行設(shè)置是視覺參數(shù)設(shè)置模塊關(guān)鍵作用，主要包括：判別區(qū)域設(shè)定、模板圖形設(shè)定及門限值設(shè)置。對所有參數(shù)進(jìn)行設(shè)置完成后，用戶對“測試”按鍵進(jìn)行點擊，一次檢測啟動，檢驗所有參數(shù)設(shè)置正確與否進(jìn)行檢驗。自動判別模塊包括:預(yù)處理、圖像采集、參數(shù)讀入及像素灰度運算、提取等,具體流程圖如圖7所示。

5結(jié)語

在SMD晶體器件檢測系統(tǒng)中應(yīng)用機器視覺技術(shù)，實現(xiàn)了光纖傳感器所無法實現(xiàn)的重要作用，提高了產(chǎn)品的檢測精度，也使所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量得到提升。此外，通過對機器視覺硬件和檢測軟件平臺進(jìn)行自主創(chuàng)建，與集成式相機檢測期間相比，可以降低檢測成本，提高在市場中SMD晶體器件檢測競爭力，在未來的器件檢測自動化設(shè)備領(lǐng)域，機器視覺技術(shù)勢必會有更為廣闊的開發(fā)及應(yīng)用前景。

20211221_61c1ac3c41243__SMD晶體器件檢測中機器視覺的應(yīng)用分析