受基板颜色干扰的SOT-23贴片元件定位方法的改进.pdf
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1、五邑大学学报(自然科学版)JOURNAL OF WUYI UNIVERSITY (Natural Science Edition)第 37 卷 第 3 期 2023 年 8 月 Vol.37 No.3 Aug.2023 文章编号:1006-7302(2023)03-0051-06 受基板颜色干扰的 SOT-23 贴片元件 定位方法的改进 吴卫东1,罗兵1,廖红俊2(1.五邑大学 智能制造学部,广东 江门 529020;2.东莞市神州视觉科技有限公司,广东 东莞 523127)摘要:在黑色 PCB 基板上,SOT-23 元器件的本体与其颜色相近,传统的基于边缘查找、图像分割的引脚质心法存在定位精
2、度低、易受基板丝印线和相邻元件干扰等问题.为解决这些问题,本文结合贴片安装元件引脚和焊点的关系对引脚质心法进行改进.首先提取焊点轮廓,然后根据焊点与元器件引脚、本体的几何关系定位元器件的偏转角,由引脚位置拟合求元器件的质心,定位元器件的XY位置.实验结果表明:本文提出的改进算法与引脚质心法相比,元器件偏转角的平均定位精度提高 0.48,元器件中心位置的平均定位精度提高 2.38 个像素.改进方法可以用于 SOT-23 元器件的定位检测,具有一定的工程应用价值.关键词:PCB 基板;图像分割;引脚质心法;偏转角定位;缺陷检测 中图分类号:TP391.41;TN41 文献标志码:A Improve
3、ment of the Location Method for SOT-23 Patch Element Interfered by Substrate Colors WU Wei-dong1,LUO Bing1,LIAO Hong-jun2(1.Faculty of Intelligent Manufacturing,Wuyi University,Jiangmen 529020,China;2.Shenzhou Vision Technology Co Ltd,Dongguan 523127,China)Abstract:Abstract:On black PCB substrates,t
4、he body of SOT-23 components is similar to their color.The traditional pin centroid method based on edge search and image segmentation has the problems of low positioning accuracy,being prone to interference from substrate screen printing lines and adjacent components.In this study,the pin centroid
5、method was improved based on the relationship between the pin and the solder joint of patch mounting elements.Firstly,the solder joint contour was extracted,and then the deflection angle of the components was located based on the geometric relationship between the solder joint,the component pins and
6、 the body.The centroid of the components was calculated by fitting the pin position to locate the XY position of the components.The experimental results show that compared with the pin centroid method,the improved algorithm proposed in this article has an average positioning accuracy improvement of
7、0.48 for component deflection angle and 2.38 pixels for component center position.The improved method can be used to detect welding defect 收稿日期:2022-11-12 基金项目:江门市科技计划项目(2020030103000008537).作者简介:吴卫东(1989),男,河南周口人,在读硕士生,研究方向为机器视觉技术;罗兵,教授,博士,硕士生导师,通信作者,主要从事机器视觉、人工智能的研究.五邑大学学报(自然科学版)2023 年 52 of SOT-2
8、3 components,and has certain engineering application value.Key words:Key words:PCB substrates;Image segmentation;Pin centroid method;Deflection angle positioning;Defect detection 机器视觉对电路板贴片安装质量检测时,视觉图像中元器件的定位检测是一项很重要的内容.传统的定位方法有:模板匹配法1、区域生长分割法2、边缘查找本体轮廓最小外包矩形法3和引脚质心法4-5等.但 PCB 电路板基板颜色多样,部分电路板的基板颜色与元
9、器件本体颜色近似而影响图像分割或边缘查找,传统的模板匹配法受基板颜色的影响会难以完成定位或定位精度很低.引脚质心法是基于元器件引脚进行检测,受基板颜色、丝印框的干扰小,该方法解决 SOT、SOP 类元器件定位问题效果较好4-5.但是 SOT-23 类元器件每排最多 2 个引脚,直线拟合精度较低.另一方面,贴片安装回流焊后,引脚足部被焊膏覆盖,引脚根部也易被丝印线和邻近器件图像影响,从而影响引脚轮廓提取的精度.为解决上述问题,本文对引脚质心法进行改进,可以更好地对 SOT-23 贴片元件进行定位,以期进一步提高 SOT-23 贴片元件的定位效果.1 SOT-23 元件的定位方法 贴片元件型号多样
10、,如电阻、电容、IC 等,由于三极管贴片元件 SOT-23 的典型性,以其为例进行定位研究.SOT-23 类元器件每排最多 2 个引脚,直线拟合精度较低.图 1 为 SOT-23 元件的俯视图和立体图.本文通过两个方面对引脚质心法进行改进:一是借助焊点区域可靠地找到引脚根部区域;另外是通过对引脚根部区域的灰度统计特征拟合直线确定元器件的偏转和定位.该方法在基板背景干扰、基板丝印线干扰及邻近元器件的干扰之下依然有很强的鲁棒性与适应性.步骤如下:首先通过轮廓检测获取元器件焊点;然后通过炫彩度量值与元器件 3 个焊点的几何关系剔除邻近元器件的干扰焊点,通过这两个步骤确定目标元器件的引脚根部区域;最后
11、通过两个引脚根部区域的灰度统计检测进行定位.2 元器件图像预处理 首先对采集的原图进行中值滤波去噪、二值化处理,然后采用 SuzuKi 提出的轮廓提取算法获取元器件图像的轮廓6.该算法通过扫描图像获边缘点并判断该边缘点的类型,在该边缘点的连通域中寻找下一个边缘点,通过对不同的边缘进行编码来确定边缘的层次关系.该算法对二值图轮廓提取后效果如图 2 所示.足部 根部 a.SOT-23 元件的俯视图 b.SOT-23 元件立体图 图 1 SOT-23 元器件俯视图与立体图 第 37 卷 第 3 期 53 吴卫东等:受基板颜色干扰的 SOT-23 贴片元件定位方法的改进 在轮廓检测过程中,总会存在各种
12、干扰轮廓.如图 2-b 中轮廓检测后图像存在多种干扰轮廓:目标焊点轮廓内的子轮廓、邻近元器件的焊点轮廓、基板上丝印字符的轮廓.由于部分干扰轮廓的周长与目标焊点接近,仅通过周长阈值无法去除干扰轮廓.由于焊点在立体塔式 RGB 光源下呈现特殊的颜色和纹理特征7,故焊点轮廓的炫彩度量值较大8,用周长阈值与炫彩度阈值结合可以去除干扰轮廓,这里设置炫彩度阈值为 92.图 3 为部分干扰轮廓去除后的图像.去除干扰轮廓后,剩余轮廓为焊点轮廓.而邻近的焊点轮廓与目标轮廓的颜色、纹理、形状、尺寸、炫彩度量值等特征一致,通过这些特征无法去除邻近焊点轮廓.从位置关系可以处理去除.分析元器件结构特征可知:1)3 个焊
13、点的质心的连线构成三角形;2)该三角形为锐角三角形;3)其中有两条边的长度相差不大.设三角形三边为,a b c,其大小通过焊点轮廓质心之间的欧式距离计算.d为阈值,这里设置为 5.它们满足以下条件:,abc acb bca,(1)222222222,abcacb bca,(2)abd或acd或bcd.(3)通过以上 3 个约束条件可以确定目标元器件的焊点轮廓,如图 4 所示,焊点质心连线构成近似等腰三角形.邻近的另外轮廓将作为其他焊点轮廓而去除.a.贴片 SOT-23 图像 b.轮廓检测后图像 图 2 元器件轮廓检测示意图 图 3 部分干扰轮廓去除后图像 图 4 干扰轮廓去除后图像 3 偏转角
14、初定位 设 3 个焊点的中心坐标分别为11(,)A x cyc,22(,)B x cyc,33(,)Cx cyc,元器件中心坐标为(,)cx cy,则 1233cxcxcxcx,(4)1233cycycycy.(5)五邑大学学报(自然科学版)2023 年 54 初 定 位 偏 转 角计 算 公 式 如 下:3arcta(nacy 232/()cycxcx,若320cycy,则表明偏移角度为 0;若320cxcx,则表明元器件的偏移角为 90,然后以(,)cx cy 为中心构建旋转变换矩阵如式(6).cossin(1 cos)sinsincos(1 cos)sinaacxacyaaacyacxa
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