Application of machine vision for the inspection of through-hole component mounting in the field of electronic assembly

周 曉，謝明明，田方斌，唐 皓ZHOU Xiao， XIE Ming-ming， TIAN Fang-bin， TANG Hao（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，株洲 412001）

視覺檢測(cè)在電裝行業(yè)手工插裝工序的應(yīng)用

Application of machine vision for the inspection of through-hole component mounting in the field of electronic assembly

周 曉，謝明明，田方斌，唐 皓
ZHOU Xiao， XIE Ming-ming， TIAN Fang-bin， TANG Hao
（株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司，株洲 412001）

在電裝行業(yè)中，通孔元器件一般采取人工方式進(jìn)行插裝，由于工作量大，工作重復(fù)性高，容易產(chǎn)生疲勞，造成各類人為質(zhì)量問題（如極性器件裝反、器件漏裝等）。如果單純依靠人工目檢方式進(jìn)行檢查，效率低下，管控效果差，不能很好的保證產(chǎn)品過程質(zhì)量。筆者結(jié)合工作實(shí)際，分析了電裝行業(yè)手工插裝工序中常見的問題類型，針對(duì)不同的問題類型，采用對(duì)應(yīng)的視覺工具進(jìn)行分析、檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果集成至統(tǒng)一的用戶程序中進(jìn)行分析、顯示。同時(shí)，檢測(cè)結(jié)果可以保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中，滿足其他生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析。

機(jī)器視覺；電子裝配；插裝；檢測(cè)

0　引言

手工插裝之后，通常采取人工目檢方式進(jìn)行質(zhì)量檢查。由于電子元器件的尺寸較小，形狀相似，長(zhǎng)時(shí)間檢查非常容易形成視覺疲勞，造成漏檢，影響檢查效果，而機(jī)器視覺有著檢查效率高、檢查一致性好、不產(chǎn)生視覺疲勞等優(yōu)勢(shì)，在檢測(cè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。本文主要就機(jī)器視覺在手工插裝工序元器件“漏”、“反”質(zhì)量問題的自動(dòng)檢測(cè)應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探討。

1　手工插裝工序常見質(zhì)量問題

手工插裝工序中，較為常見的問題主要是二極管、電容、極性IC反裝、器漏裝等，根據(jù)質(zhì)量部門的統(tǒng)計(jì)，這二類問題在所有通孔電路板質(zhì)量問題中的占比大約為30%左右，比例較高，對(duì)正常生產(chǎn)造成了較大影響。

2　視覺檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述

視覺檢測(cè)系統(tǒng)采用美國(guó)康耐視公司的VisionPro軟件包作為圖像處理、分析工具，使用VS 2010進(jìn)行用戶程序開發(fā)。用戶程序的主要功能包括檢測(cè)結(jié)果顯示、控制串口通信（與伺服系統(tǒng)通信）、檢測(cè)過程控制、檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查詢（與數(shù)據(jù)庫(kù)交互）等。

3　檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)

3.1二極管數(shù)量及極性檢測(cè)

圖1　二極管

圖2　電解電容

圖3　極性IC

由于批次不同、廠家不同，同種型號(hào)二極管的特征存在一定差異（如負(fù)極黑色條紋的粗細(xì)程度不同），在電路板插裝過程中，二極管可能產(chǎn)生移位、傾斜等現(xiàn)象。因此，在系統(tǒng)開發(fā)過程中，應(yīng)考慮上述因素，一定程度上排除這些差異干擾。

綜合對(duì)比各種工具后，筆者采取VisionPro工具包中的CogCNLSearchTool工具進(jìn)行二極管搜索、極性判定。利用二極管負(fù)極的黑色塊作為特征，判斷色塊的位置和數(shù)量，即可得到二極管的數(shù)量和極性（如圖5所示）。

圖4　特征訓(xùn)練

圖5　檢測(cè)結(jié)果

3.2電容數(shù)量及極性檢測(cè)

由于批次不同、廠家不同，同種型號(hào)電解電容的負(fù)極特征存在一定差異（如負(fù)極白班中可能存有部分黑色條紋），電路板插裝過程中，電容可能產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象，在系統(tǒng)開發(fā)過程中，應(yīng)考慮上述因素，排除這些差異干擾。

圖6　電容中心定位

綜合對(duì)比各種工具后，筆者采取CogCNLSearchTool工具進(jìn)行電容中心定位，然后采用直方圖工具CogHistogramTool分別對(duì)電容中心兩側(cè)的灰度平均值進(jìn)行檢測(cè)，灰度值高（白斑）的即為電容負(fù)極（如圖7所示）。

圖7　負(fù)極直方圖（均值：221）

圖8　正極直方圖（均值：90）

3.3極性IC檢測(cè)

系統(tǒng)的另一功能是檢測(cè)部分集成芯片（芯片頂部有明顯標(biāo)識(shí)、極性特征）的有無、極性，該功能采用模式匹配工具CogPMAlignTool進(jìn)行特征提取、分析。將極性IC的頂部字符或者極性特征作為輸入，從而分析IC的數(shù)量和極性。

4　用戶程序開發(fā)

采用VS 2010作為用戶程序開發(fā)平臺(tái)。用戶程序獲取VisionPro工具的結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行邏輯判斷，并將結(jié)果顯示至用戶界面中。如有必要，將檢測(cè)數(shù)據(jù)（包括檢測(cè)圖片）保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析。

圖9　IC特征識(shí)別

部分代碼如下。

1）讀取VisionPro文件并初始化Job信息

2）運(yùn)行Job并獲取檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)

3）更新UI并顯示結(jié)果

4）界面效果

用戶程序的整體效果如圖10所示。

圖10　用戶界面

5　結(jié)束語

筆者針對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，利用視覺檢測(cè)工具進(jìn)行針對(duì)性的算法設(shè)計(jì)并優(yōu)化用戶程序，提高了檢測(cè)效率和檢查效果。后續(xù)，將完善數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及統(tǒng)計(jì)分析功能，利用統(tǒng)計(jì)分析信息進(jìn)一步優(yōu)化檢測(cè)算法，降低檢測(cè)誤報(bào)率和漏檢率。

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TP271

B

1009-0134（2016）08-0055-04

2016-05-04

周曉（1984 -），男，工程師，本科，主要從事變流器產(chǎn)品集成工藝及工裝開發(fā)工作。