【技术实现步骤摘要】
一种基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法
本专利技术涉及基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法。
技术介绍
球形引脚阵列封装(BGA)形式的芯片具有可靠性好、封装面积小和电器性能优良的特点,因而得到广泛应用。大规模BGA芯片贴装生产过程主要是采用贴片机完成的,高精度的贴片机通过吸取、移位、识别、检测与定位、贴装等步骤将芯片快速贴装到印刷电路板上。贴片机对芯片的识别、检测与定位主要是采用计算机视觉检测技术来完成,这一过程包括示教和检测两个阶段:示教阶段是通过识别标准样片来建立芯片标准参数数据库;检测操作以芯片标准数据库为参考,对所贴装芯片进行缺陷检测和精确定位。就BGA芯片而言,芯片的标准数据库包括焊球的分布形式,焊球直径,焊球的行间距及列间距,后续的缺陷检测过程主要针对焊球缺失、焊球直径和圆度是否合格以及焊球是否桥接这几个方面。BGA芯片由于焊球引脚多、间距小、封装形式多样,因此对检测定位算法的可靠性和检测速度提出了更高的要求。现有的BGA芯片视觉检测定位算法主要基于以下两种方式:模板匹配和点匹配算法。模板匹配是利用预留的BGA芯片模板图像,在待检测的BGA芯片图像上进行搜索,通过确定最佳匹配位置完成BGA芯片的定位和检测过程。显然,BGA芯片的多样性导致无法找到一个统一的芯片模板,需对于每种BGA芯片都要建立相应的模板;同时模板匹配无法适用于图像中BGA芯片存在旋转和尺度放缩的情况。对于点匹配法,核心思想是通过匹配待检测芯片焊球与预留标准BGA芯片焊球,进而得到待检测芯片位置几何变换关系。这种方法在寻找匹配焊球对时,常常会涉及对焊球的遍历与反复 ...
【技术保护点】
一种基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法,其特征在于,一种基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法具体是按照以下步骤进行的:步骤一、对摄像头采集到的灰度BGA芯片图像,即为原始图像,进行动态阈值分割得到二值焊球图像,并对二值焊球图像进行形态学开运算和闭运算处理,处理后的二值焊球图像上的每个连通域记为一个二值化BGA焊球,然后对每个二值化BGA焊球进行连通域标记;步骤二、对步骤一得到的经过连通域标记后的每个二值化BGA焊球在原始图像上对应位置的邻域范围内进行灰度连通域提取,获得原始图像的完整灰度BGA焊球,并建立完整灰度BGA焊球信息列表;其中,建立完整灰度BGA焊球信息列表内容包括:每个完整灰度BGA焊球所包含的灰度像素,以及由灰度像素计算得到的每个完整灰度BGA焊球的中心点位置坐标、每个完整灰度BGA焊球对应最小外包圆直径、每个完整灰度BGA焊球的面积和圆度,每个焊球包含的灰度像素包括每个焊球像素坐标和每个焊球灰度值;步骤三、利用BGA芯片标准数据库中的焊球参数,对步骤二得到的完整灰度BGA焊球信息列表进行筛选,更新筛选后的完整灰度BGA焊球信息列表;步骤四、用步骤三得到的更 ...
【技术特征摘要】
1.一种基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法,其特征在于,一种基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法具体是按照以下步骤进行的:步骤一、对摄像头采集到的灰度BGA芯片图像,即为原始图像,进行动态阈值分割得到二值焊球图像,并对二值焊球图像进行形态学开运算和闭运算处理,处理后的二值焊球图像上的每个连通域记为一个二值化BGA焊球,然后对每个二值化BGA焊球进行连通域标记;步骤二、对步骤一得到的经过连通域标记后的每个二值化BGA焊球在原始图像上对应位置的邻域范围内进行灰度连通域提取,获得原始图像的完整灰度BGA焊球,并建立完整灰度BGA焊球信息列表;其中,建立完整灰度BGA焊球信息列表内容包括:每个完整灰度BGA焊球所包含的灰度像素,以及由灰度像素计算得到的每个完整灰度BGA焊球的中心点位置坐标、每个完整灰度BGA焊球对应最小外包圆直径、每个完整灰度BGA焊球的面积和圆度,每个焊球包含的灰度像素包括每个焊球像素坐标和每个焊球灰度值;步骤三、利用BGA芯片标准数据库中的焊球参数,对步骤二得到的完整灰度BGA焊球信息列表进行筛选,更新筛选后的完整灰度BGA焊球信息列表;步骤四、用步骤三得到的更新后的完整灰度BGA焊球信息列表,建立一个像素灰度值均为0、且大小与原始图像相同的背景图像;并在背景图像中,将对应原始图像中每个完整灰度BGA焊球中心点位置处的灰度值,变为对应二值化BGA焊球的标识序号,此时的背景图像即为BGA焊球标识图像,BGA焊球标识图像上的每个非0灰度值的像素称为一个等效BGA焊球,所有等效BGA焊球构成的阵列称为等效BGA阵列;原始图像中有M*N个完整灰度BGA焊球,对应背景图像中就有M*N个等效BGA焊球,等效BGA焊球实质为一个像素,完整灰度BGA焊球与等效BGA焊球一一对应;然后,在BGA焊球标识图像中,计算相邻2个等效BGA焊球的间距△γ,将此间距作为等效BGA焊球间距典型值;步骤五、利用步骤四得到的等效BGA焊球间距典型值△γ,在BGA焊球标识图像上,对等效BGA阵列进行局部分析,确定等效BGA阵列粗略偏转角度△θ;其中,局部分析分为针对规则型BGA芯片的局部分析和针对不规则BGA芯片的局部分析,规则型BGA芯片为相邻行BGA焊球成整齐排列的BGA芯片,不规则BGA芯片为相邻行BGA焊球成交错排列的BGA芯片;步骤六、利用步骤四得到的等效BGA焊球间距典型值△γ以及步骤五得到的等效BGA阵列粗略偏转角度△θ,在BGA焊球标识图像上,对行、列等效BGA焊球进行直线聚类,得到每行等效BGA焊球蔟、每列等效BGA焊球蔟以及等效BGA阵列的边界等效BGA焊球蔟;步骤七、利用步骤六得到的边界等效BGA焊球蔟,根据边界等效BGA焊球蔟中的每个等效BGA焊球在标识图像上的灰度值,在完整灰度BGA焊球信息列表中查找对应的完整灰度BGA焊球中心点位置坐标,根据完整灰度BGA焊球中心点位置坐标,进行边界焊球直线拟合,通过边界拟合直线求解原始图像中BGA芯片的偏转角度和中心位置;步骤八、利用步骤七得到的边界拟合直线以及BGA芯片标准数据库中的焊球行间距及列间距,求解出每行等效BGA焊球和每列等效BGA焊球所在的直线方程,并在BGA焊球标识图像上对等效BGA焊球进行逐行和逐列搜索,进而得到BGA焊球分布矩阵;搜索过程为:以求解出的等效BGA焊球的行直线和列直线的方程的交点为中心,在BGA焊球标识图像上进行位置偏差容忍度范围内的搜索,若成功搜索到某一焊球,则对应BGA标识矩阵的所在行列位置的值置为1,否则为0;步骤九、对步骤八得到的BGA焊球分布矩阵和标准数据库中的BGA焊球分布矩阵进行比较:若一致,则该待检测BGA芯片无缺陷,否则,该待检测芯片存在缺陷。2.根据权利要求1所述一种基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法,其特征在于,步骤一中对摄像头采集到的灰度BGA芯片图像,即为原始图像,进行动态阈值分割得到二值焊球图像,并对二值焊球图像进行形态学开运算和闭运算处理,处理后的二值焊球图像上的每个连通域记为一个二值化BGA焊球,然后对每个二值化BGA焊球进行连通域标记;具体过程为:灰度BGA芯片图像经过动态阈值分割得到二值焊球图像I(x,y),如下式所示:式中,g(x,y)为灰度BGA芯片图像f(x,y)经过均值滤波后的图像,C为预设的一常数,f(x,y)为灰度BGA芯片图像,I(x,y)为二值焊球图像。3.根据权利要求2所述一种基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法,其特征在于,所述步骤二中对步骤一得到的经过连通域标记后的每个二值化BGA焊球在原始图像上对应位置的邻域范围内进行灰度连通域提取,获得原始图像的完整灰度BGA焊球,并建立完整灰度BGA焊球信息列表;其中,建立完整灰度BGA焊球信息列表内容包括:每个完整灰度BGA焊球所包含的灰度像素,以及由灰度像素计算得到的每个完整灰度BGA焊球的中心点位置坐标、每个完整灰度BGA焊球对应最小外包圆直径、每个完整灰度BGA焊球的面积和圆度,每个焊球包含的灰度像素包括每个焊球像素坐标和每个焊球灰度值;具体过程为:原始图像上对应位置的邻域范围内进行灰度连通域提取的公式,表示如下:式中,(xp,yp)为原始图像上待判断的像素的横纵坐标值,yp为原始图像上待判断的像素的纵坐标值,R为完整灰度BGA焊球像素集合,mean[R]表示完整灰度BGA焊球中所有像素的平均灰度值,(xadj,yadj)表示与(xp,yp)八邻接且已经属于R的像素的坐标值,△为预设常量,经过灰度连通域提取,能够最大程度的提取到每个BGA焊球包含的所有像素,最终提取得到的BGA焊球记为完整灰度BGA焊球;其中,第i个完整灰度BGA焊球的中心点位置坐标计算公式如下:式中:为第i个完整灰度BGA焊球的中心点位置x轴坐标,为第i个完整灰度BGA焊球的中心点位置y轴坐标,(xk,yk)为第i个完整灰度BGA焊球包含的第k个像素,Ni为第i个完整灰度BGA焊球包含的像素个数,i为正整数,k为正整数;第i个完整灰度BGA焊球的面积Si为此完整灰度BGA焊球包含的像素个数Ni,第i个完整灰度BGA焊球的圆度Ci计算公式如下:式中,Li为第i个完整灰度BGA焊球周长,也就是此完整灰度BGA焊球的外围像素数。4.根据权利要求3所述一种基于直线聚类分析的BGA元件检测与定位方法,其特征在于,所述步骤三中利用BGA芯片标准数据库中的焊球参数,对步骤二得到的完整灰度BGA焊球信息列表进行筛选,更新筛选后的完整灰度BGA焊球信息列表;具体过程为:对步骤二得到的完整灰度BGA焊球信息列表进行筛选,对下述两种不符合要求的完整灰度BGA焊球进行剔除:1)若|Di-Dref|>△Dtolerance,则表明该完整灰度BGA焊球不符合要求,将其剔除;式中,Di为第i个完整灰度BGA焊球的最小外包圆直径,Dref为BGA芯片标准数据库中的标准焊球直径,△Dtolerance为BGA芯片标准数据库中的焊球直径容忍...
【专利技术属性】
技术研发人员:高会军,靳万鑫,于金泳,杨宪强,孙昊,刘鑫,
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学,
类型:发明
国别省市:黑龙江;23
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