一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法，包括如下步骤：S1、采集场景图像，并建立图像坐标系；S2、为每个特征线和特征孔设定搜索扫描范围，采用边缘检测算法，分别获取芯片上4条特征线的点集位置坐标和衬底上多个特征孔的圆心特征点集位置坐标；S3、根据特征线和圆心特征点的点集位置坐标，在图像坐标系下，计算芯片和衬底的中心距；S4、将步骤S3得到的中心距与标准中心距进行比较，得到电子装配件的装配偏差值。本发明专利技术针对每个特征增设搜索扫描范围，并采用边缘检测算法，降低了算法的复杂度。

A Vision-based Assembling Accuracy Detection Method for Electronic Assembly Parts

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法
本专利技术涉及精密电子制造领域，具体涉及一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法。
技术介绍
在精密电子制造领域，通常会涉及一种典型电子装配件，该电子装配件是由单粒芯片通过UVEpoxy胶粘接在衬底上，检测两者粘接后的位置精度一般需要采用机器视觉的方法，机器视觉对电子装配件进行非接触式测量。待处理的芯片的4条特征线位于芯片的表面，特征线图像处理后计算的结果决定芯片的几何中心位置，待处理的特征孔都分布在衬底表面，特征孔图像处理后计算的结果决定衬底的几何中心位置，将两个几何形状中心点转化到同坐标系内并计算出两点在X轴、Y轴方向偏差值，其装配精确度可以用在X轴和Y轴上的方向偏差值来衡量。电子装配件水平放置进行检测时，面向上方相机的表面不是平面形状，而是向上翘曲的，翘曲的衬底结构使得本就隶属与两个不同组件表面的待处理的特征线与特征孔不在同一平面，而是在工业相机景深方向有很大高度差，若选用单一工业相机处理两个不同组件表面的特征线和特征孔，会造成特征线与特征孔仅有一个在焦距内，另一个所得的特征图像不清晰，影响检测精度；特征线和特征孔不在同一平面内还会造成装配件光照不一致，亮度不均匀，也会影响检测精度。同时现有技术中寻找特征孔和特征线的图像算法是采用基于灰度值的模板匹配定位算法，算法时间度复杂，大量计算导致检测过程的实时性降低。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种能够提高图像精度，同时简化计算方法的基于视觉的电子装配件装配精度检测方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法，所述电子装配件包括均水平设置的芯片和衬底，所述芯片粘接在所述衬底上，所述芯片上表面边缘为4条特征线，所述衬底上在位于所述芯片的周围的位置上间隔设有至少3个特征孔，所述特征孔为上下贯穿所述衬底的通孔，检测方法包括如下步骤：S1、采集包含所述特征线和所述特征孔的电子装配件在水平面上的场景图像，并在水平面内建立所述场景图像的图像坐标系；S2、为每个所述特征线和所述特征孔设定搜索扫描范围，采用边缘检测算法，分别获取所述芯片上4条边缘特征线的点集位置位置坐标和所述衬底上多个特征孔的圆心特征点集位置坐标；S3、根据所述特征线和特征孔的圆心特征点的点集位置坐标，在图像坐标系下，计算所述芯片与所述衬底的中心距；S4、将步骤S3得到的中心距与标准中心距进行比较，得到所述电子装配件的装配偏差值。进一步，所述步骤S2的具体步骤为：S21、为每个特征线和特征孔设置搜索扫描范围，并采集所述特征线与所述特征孔的图像P1；S22、在各特征对应搜索扫描范围内对图像P1进行一次3*3的中值滤波操作，给定阈值将图像二值化并得到图像P2；S23、使用Sobel边缘检测算子对图像P2进行边缘检测，对边缘点集进行整合，并将整合后的边缘点集实施最小二乘法进行直线拟合和圆拟合，分别得到所述特征线点集位置坐标和所述特征孔的圆心特征点集位置坐标，其中，所述特征线点集位置坐标为Lw(xu,yv)|w＝1,2,3,4；u＝1,2,3,…m；v＝1,2,3,…n，其中m和n分别表示在X轴和Y轴上的取数点。所述特征孔的圆心特征点集位置坐标为：Cw(x0,y0)|w＝1,2,3…p，其中，p为特征点的个数。进一步，所述步骤S3的具体步骤为：S31、计算所述芯片的几何中心(Ax,Ay)和所述衬底的几何中心(Bx,By)S32、计算所述芯片和所述衬底在X轴和Y轴方向上的中心距，Δx'＝Ax-Bx，Δy'＝Ay-ByΔx＝Δx'dx，Δy＝Δy'dyΔx'和Δy'分别为所述芯片和所述衬底在X轴和Y轴方向上以像素为单位的中心距，Δx和Δy分别为其物理尺寸，dx和dy分别为水平方向和竖直方向上每像素物理尺寸。本专利技术的有益效果是：针对每个特征增设搜索扫描范围，并在扫描范围内对各特征进行中值滤波、图像二值化、Sobel边缘检测等操作，从而避免了模板匹配定位方法中的全图像规模运算，有效的降低了算法的复杂度。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，检测方法是通过基于视觉系统的检测设备进行所述场景图像的采集，所述检测设备包括底座、电子装配件夹持移动装置和视觉检测装置，所述视觉检测装置包括两个工业相机、相机支架和光源，所述相机支架的底部安装于所述底座上，两个所述工业相机上下对称安装在所述相机支架上，所述光源设置在上方所述工业相机旁并安装在所述相机支架上；所述电子装配件夹持移动装置设置在所述相机支架的一侧，对所述电子装配件的衬底一侧边缘处进行夹持，并带动所述电子装配件水平移动以靠近或远离两个所述工业相机的视场。进一步，所述场景图像为两幅，包括所述芯片的场景图像和所述衬底的场景图像，所述芯片的场景图像由上方所述工业相机摄取，所述衬底的场景图像由下方所述工业相机摄取，并根据两幅所述场景图像的图像坐标系之间的对应关系确定所述芯片和所述衬底的中心距。采用上述方案的有益效果是：采用两个工业相机分别采集芯片和衬底两个平面的特征图像，可以在不产生机械移动的前提下同步采集到更清晰的图像。进一步，所述检测设备还包括压平件和电缸，所述压平件水平设置在所述相机支架远离所述电子装配夹持移动装置的一侧，所述电缸的伸缩杆上下设置且与所述压平件远离所述电子装配件的一端连接，带动所述压平件上下移动以将所述衬底远离被夹持的一端进行压平。采用上述进一步方案的有益效果是压平件将衬底的翘曲部分进行压平，能够尽量降低在相机景深方向的高度差，提高图像的精度。进一步，所述压平件为水平设置的玻璃板。进一步，所述电子装配件夹持移动装置包括驱动机构、移动平台和夹具，所述电子装配件水平设置，且其衬底的一侧通过所述夹具固定在所述移动平台上，所述特征孔位于所述移动平台外，所述驱动机构与所述移动平台传动连接并可驱动所述移动平台水平移动。采用上述进一步方案的有益效果是电子装配件夹持移动装置结构简单，能够将电子装配件方夹持并送至和移动出工业相机的视场内。进一步，所述驱动机构包括水平设置的丝杠和与所述丝杠对应的滑块和电机，所述丝杠的两端分别通过与其转动配合的轴承安装在所述底座上，所述移动平台的底端与所述滑块固定连接。采用上述进一步方案的有益效果是驱动机构结构简单，运行精确度高，提高对电子装配件的移动精度。附图说明图1为本专利技术电子装配件的结构示意图；图2为本专利技术电子装配件的俯视图；图3为本专利技术基于视觉系统的检测设备的剖视图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、芯片，101、特征线，2、衬底，201、特征孔，3、丝杠，4、轴承，5、移动平台，6、光源，7、工业相机，8、压平件，9、电缸，10、底座，11、相机支架，12、电缸支架，13、滑块。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术提供了一种基于视觉的电子装配件精度检测方法，本专利技术中检测的电子装配件结构如图1和2所示，包括均水平设置的芯片1和衬底2，芯片1粘接在衬底2上，芯片上表面边缘为4条特征线，衬底2上在位于芯片1周围的位置上间隔设有至少3个特征孔201，并且特征孔201为上下贯穿衬底2的通孔，根据装配标准设定所述芯片1与所述衬底2的标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法，所述电子装配件包括均水平设置的芯片(1)和衬底(2)，所述芯片(1)粘接在所述衬底(2)上，所述芯片(1)上表面边缘为4条特征线(101)，所述衬底(2)上在位于所述芯片(1)的周围的位置上间隔设有至少三个特征孔(201)，所述特征孔(201)为上下贯穿所述衬底(2)的通孔，其特征在于，包括如下步骤：S1、采集包含所述特征线(101)和所述特征孔(201)的电子装配件在水平面上的场景图像，并在水平面内建立所述场景图像的图像坐标系；S2、为每个所述特征线(101)和所述特征孔(201)设定搜索扫描范围，采用边缘检测算法，分别获取所述芯片(1)上4条特征线(101)的点集位置坐标和所述衬底(2)上多个特征孔(201)的圆心特征点集位置坐标；S3、根据所述特征线(101)和特征孔(201)的圆心特征点的点集位置坐标，在图像坐标系下，计算所述芯片(1)和所述衬底(2)的中心距；S4、将步骤S3得到的中心距与标准中心距进行比较，得到所述电子装配件的装配偏差值。

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法，所述电子装配件包括均水平设置的芯片(1)和衬底(2)，所述芯片(1)粘接在所述衬底(2)上，所述芯片(1)上表面边缘为4条特征线(101)，所述衬底(2)上在位于所述芯片(1)的周围的位置上间隔设有至少三个特征孔(201)，所述特征孔(201)为上下贯穿所述衬底(2)的通孔，其特征在于，包括如下步骤：S1、采集包含所述特征线(101)和所述特征孔(201)的电子装配件在水平面上的场景图像，并在水平面内建立所述场景图像的图像坐标系；S2、为每个所述特征线(101)和所述特征孔(201)设定搜索扫描范围，采用边缘检测算法，分别获取所述芯片(1)上4条特征线(101)的点集位置坐标和所述衬底(2)上多个特征孔(201)的圆心特征点集位置坐标；S3、根据所述特征线(101)和特征孔(201)的圆心特征点的点集位置坐标，在图像坐标系下，计算所述芯片(1)和所述衬底(2)的中心距；S4、将步骤S3得到的中心距与标准中心距进行比较，得到所述电子装配件的装配偏差值。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：S21、为每个特征线(101)和特征孔(201)设置搜索扫描范围，并采集所述特征线(101)与所述特征孔(201)的图像P1；S22、在各特征对应搜索扫描范围内对图像P1进行一次3*3的中值滤波操作，给定阈值将图像二值化并得到图像P2；S23、使用Sobel边缘检测算子对图像P2进行边缘检测，对边缘点集进行整合，并将整合后的边缘点集实施最小二乘法进行直线拟合与圆拟合，分别得到所述特征线(101)点集位置坐标和所述特征孔的圆心特征点集位置坐标，其中所述特征线(101)点集位置坐标为Lw(xu,yv)|w＝1,2,3,4；u＝1,2,3,…m；v＝1,2,3,…n，其中，m和n分别表示在X轴和Y轴上的取数点。所述特征孔的圆心特征点集位置坐标为：Cw(x0,y0)|w＝1,2,3…p，其中，p为特征点的个数。3.根据权利要求2所述的一种基于视觉的电子装配件装配精度检测方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：S31、计算所述芯片(1)的几何中心(Ax,Ay)和所述衬底(2)的几何中心(Bx,By)S32、计算所述芯片(1)和所述衬底(2)在所述图像坐标系的X轴和Y轴方向上的中心距，Δx'＝Ax-Bx，Δy'＝Ay-ByΔx＝Δx'dx，Δy＝Δy'dyΔx'和Δy'分别为所述芯片(1)和所述衬底(2)在X轴和Y轴方向上以像素为单位的中心距，Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨义，戴晓光，陈宗涛，李涛，徐攀，徐钢，梅华平，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42