CN101839690A - 一种基于边缘拟合的片式电子元件位置误差视觉检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贴片机视觉***中基于边缘拟合的片式电子元件位置误差视觉检测方法，采用边界跟踪得到整个图像的边界轮廓点集，生成图像的边缘点链结构；用轮廓重心法初步计算片式电子元件图像中心，用距离中心最近点法粗略计算转角，构造图像中心的互相垂直的两条直线，这两条直线将图像轮廓划分为包含角点的四个区域，在每个区域里分别根据点到中心的距离获得四个角点并形成四条直线边，利用四条直线边对边缘分割提取对应的边缘点集；对各边缘点集采用边缘点集矩形最小二乘法进行边缘拟合得到边缘的拟合矩形，计算出该拟合矩形的中心坐标和相对水平方向的转角；本发明可对片式贴装元件的中心位置和转角进行精确检测且计算速度快。

Description

一种基于边缘拟合的片式电子元件位置误差视觉检测方法

技术领域

本发明属于电子元器件表面贴装工艺中的贴片机视觉***使用的图像处理领域，尤其是片式电子元件的位置误差视觉检测。

背景技术

现代电子技术的飞速发展，要求贴片机也朝着微型化、轻型化、高集成度和高可靠性的方向发展，即要求产品达到轻、薄、短、小、好、省的目的。传统的电子元器件表面贴装工艺所用的贴片机视觉检测时，采用通用摄像机摄取图像和视觉处理软件对片式电子元件的位置进行检测时，由于受通用视觉处理软件本身的限制，很难根据片式电子元件的特点对其中的算法进行有针对性的改进从而使元件检测的效率降低，***复杂，灵活性较差、价格昂贵。对片式电子元件的位置采用机械对中方法来校正，该机械对中方法对中速度慢，严重影响了贴片机生产线的加工效率，另外机械对中方法的精度差，易对电子元器件造成损坏。

发明内容

本发明的目的是为克服传统贴片机片式电子元件位置检测速度慢、精度差、效率降低的缺陷，提供一种基于边缘拟合的片式电子元件位置误差视觉检测方法，能高速、精确、可靠地实现片式电子元件的位置误差实时检测。

本发明采用的技术方案包括如下步骤：采用通用照相机获取片式电子元件灰度图像后进行阈值分割、二值化预处理，对二值化处理后的图像同时进行边缘检测、轮廓提取，采用边界跟踪得到整个图像的边界轮廓点集，生成图像的边缘点链结构；根据边缘点链结构，用轮廓重心法初步计算片式电子元件图像中心，用距离中心最近点法粗略计算转角，构造图像中心的互相垂直的两条直线，这两条直线将图像轮廓划分为包含角点的四个区域，在每个区域里分别根据点到中心的距离获得四个角点，根据四个角点形成四条直线边，利用四条直线边对边缘分割提取对应于每条直线边的边缘点集；对各边缘点集采用边缘点集矩形最小二乘法进行边缘拟合，得到边缘的拟合矩形，计算出该拟合矩形的中心坐标和相对水平方向的转角。

本发明的有益效果是：

1、可对片式贴装元件的中心位置和转角进行精确检测。

2、可使片式贴装元件的中心位置和转角检测的计算速度更快。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为片式电子元件检测的流程图。

图2为片式电子元件图像二值化处理后的图像。

图3为边缘轮廓提取后片式电子元件图像外轮廓图。

图4为片式电子元件图像边缘轮廓区域划分图。

图5为片式电子元件图像边缘轮廓的矩形拟合图。

具体实施方式

本发明先采用通用照相机获取片式电子元件灰度图像，对图像进行预处理，通过阈值分割进行二值化处理，二值化处理后得到如图2的图像，分离出目标区域。然后对图2所示的二值化处理后的图像同时进行边缘检测和轮廓提取，处理结果见图3所示的片式电子元件的图像边缘轮廓，再采用边界跟踪得到整个图像的边界轮廓点集Ω，生成图像的边缘点链结构。

如图4所示，根据所获得的边缘点链结构，用轮廓重心法对片式电子元件图像轮廓的中心O(x_c，y_c)进行初步计算，轮廓的中心坐标(x_c，y_c)采用以下轮廓重心公式计算：

$x_c=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i}{n},$ $y_c=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i}{n}$

上式中：(x_i，y_i)为边缘点坐标，n为边界轮廓点的个数。

利用距离中心最近点法粗略计算转角θ，实现对片式电子元件位置的粗定位，距离中心最近点法的方法是：计算并获得轮廓点集Ω中距离图像中心O(x_c，y_c)最近的点以及该点与图像中心O(x_c，y_c)的连线的斜率k，并根据斜率k值粗略计算元件的转角θ，如图4所示。

根据图像中心O(x_c，y_c)和转角θ，构造过图像中心O(x_c，y_c)的互相垂直的两条直线y-y_c＝k(x-x_c)和

如图4所示。这两条直线将图像轮廓划分为包含角点的四个区域，在每个区域里分别根据点到中心的距离来获得四个角点。根据获得的四个角点形成四条直线边y＝k_ix+b_i(i＝1，2，3，4)，其中，b_i(i＝1，2，3，4)分别为矩形各边的直线的截距；利用以上四条直线边对边缘进行分割，提取对应于每条直线边的边缘点集Ω_i(i＝1，2，3，4)，完成片式电子元件图像边缘的点集分割。

对获取的各边缘点集Ω_i(i＝1，2，3，4)，采用如下的边缘点集矩形最小二乘法进行边缘拟合：

(1)根据矩形相邻两边相互垂直、对边平行的关系，设图形边缘的拟合函数为：y＝kx+b₁，y＝kx+b₂，

其中k分别为矩形一条直线边的斜率，b_i(i＝1，2，3，4)分别为矩形各边的直线的截距；则各边缘点集Ω_i(i＝1，2，3，4)与图形边缘拟合函数的偏差平方和为：

$D=[\underset{i=1}{\overset{k_1}{\mathrm{\Σ}}}{(y_{1i}-{\mathrm{kx}}_{1i}-b_1)}^2+\underset{i=1}{\overset{k_2}{\mathrm{\Σ}}}{(x_{2i}+{\mathrm{ky}}_{2i}-b_2)}^2+\underset{i=1}{\overset{k_3}{\mathrm{\Σ}}}{(y_{3i}-{\mathrm{kx}}_{3i}-b_3)}^2+\underset{i=1}{\overset{k_4}{\mathrm{\Σ}}}{(x_{4i}+{\mathrm{ky}}_{4i}-b_4)}^2]$

(2)分别对k，b_i，b₂，b₃，b₄求偏导数，并令其等于零，有

其中i＝1，2，3，4。

(3)求得斜率k和每条边对应的截距b₁，b₂，b₃，b₄，最终得到片式电子元件边缘的拟合矩形。根据拟合获得的片式电子元件边缘拟合矩形的四条直线边方程得到四个角点坐标(x_i，y_i)(i＝1，2，3，4)；计算该矩形的中心坐标(x′_c，y′_c)和相对水平方向的转角θ′为

$x_c^{\′}=\frac{\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i}{4},$ $y_c^{\′}=\frac{\underset{i=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i}{4},$ θ′＝atan(k)，θ′∈[0，π)，则(x′_c，y′_c)和θ′即为该片式电子元件精确的中心坐标和转角，结果如图5所示。

Claims (3)

1.一种基于边缘拟合的片式电子元件位置误差视觉检测方法，其特征是包括如下步骤：

1)采用通用照相机获取片式电子元件灰度图像后进行阈值分割、二值化预处理，对二值化处理后的图像同时进行边缘检测、轮廓提取，采用边界跟踪得到整个图像的边界轮廓点集，生成图像的边缘点链结构；

2)根据边缘点链结构，用轮廓重心法初步计算片式电子元件图像中心，用距离中心最近点法粗略计算转角；

3)构造图像中心的互相垂直的两条直线，这两条直线将图像轮廓划分为包含角点的四个区域，在每个区域里分别根据点到中心的距离获得四个角点，根据四个角点形成四条直线边，利用四条直线边对边缘分割提取对应于每条直线边的边缘点集；

4)对各边缘点集采用边缘点集矩形最小二乘法进行边缘拟合，得到边缘的拟合矩形，计算出该拟合矩形的中心坐标和相对水平方向的转角即可。

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘拟合的片式电子元件位置误差视觉检测方法，其特征是：步骤2)所述轮廓重心法为：

(x_c，y_c)为轮廓的中心坐标，(x_i，y_i)为边缘点坐标，n为边界轮廓点的个数；

所述距离中心最近点法为：计算并获得轮廓点集Ω中距离图像中心O(x_c，y_c)最近的点以及该点与图像中心O(x_c，y_c)的连线的斜率k，并根据斜率k值粗略计算元件的转角θ。

3.根据权利要求1所述的一种基于边缘拟合的片式电子元件位置误差视觉检测方法，其特征是：步骤4)具体为：

(1)设图形边缘的拟合函数为：y＝kx+b₁，y＝kx+b₂，

其中k分别为矩形一条所述直线边的斜率，b_i(i＝1，2，3，4)分别为矩形各边的直线的截距；

(2)分别对k，b₁，b₂，b₃，b₄求偏导数，并令其等于零；

(3)求得斜率k和每条边对应的截距b₁，b₂，b₃，b₄，得到片式电子元件边缘的拟合矩形，根据拟合获得的片式电子元件边缘拟合矩形的四条直线边方程，得到四个角点坐标(x_i，y_i)(i＝1，2，3，4)；按以下公式计算出该矩形的中心坐标(x′_c，y′_c)和相对水平方向的转角θ′即为片式电子元件精确的中心坐标和转角：

θ′＝atan(k)，θ′∈[0，π)

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