印刷電路板元件之視覺檢測技術

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1、印刷電路板元件之視覺檢測技術吳明芳*李振興*王炳聰*康富銘***崑山科技大學電機工程系副教授**崑山科技大學電機工程研究所研究生摘要印刷電路板在電子資訊工業(yè)佔著舉足輕重的地位，世界各主要工業(yè)國家均列為最重要的基礎工業(yè)。雖然電路板組裝的過程已經是十分自動化了，但仍然有許多檢測工作需要檢測員目測，這樣做法不僅浪費時間、而且檢測員會因個人主觀不同或者視覺產生疲勞，使得檢測結果不一致，讓品質控管變的困難。本論文主要研究以電腦視覺檢測技術為主的系統(tǒng)來替代人工目視的方式，針對電阻、電容及二極體等電路板元件做缺件、錯件及極性相

2、反等檢測。此系統(tǒng)首先利用二值化(thresholding)、邊緣偵測(edgedetection)及細線化(thinning)等基本影像處理對電路板進行自動定位並找出待側元件的位置區(qū)塊，然後以差異值(variance)和不變矩(invariantmoment)配合歐幾里德距離對待測元件進行辨識。最後以實際電路板元件進行實驗，其結果顯示出98%以上的整體辨識率，驗證了本論文所提電路板元件之視覺檢測方法的可行性及正確性。關鍵詞：電路板、元件檢測、視覺技術一、前言由於電腦視覺技術逐漸成熟，電腦視覺的應用領域越來越廣，在

3、現實生活中，醫(yī)藥學界、工業(yè)界、學術界等使用電腦視覺檢測皆有耳聞；一般製造業(yè)為了提升產品的良率，均會在製程末段加入人工目視檢測採取抽樣或全檢，以過濾不良品，而在要求高品質的印刷電路板(PrintedCircuitBoard，PCB)製造業(yè)中，由於電路板的功能需求提昇與製造裝配、組裝技術的不斷成長，半導體元件面積變小，電路板上元件的數量及密度大幅提高，傳統(tǒng)以人工檢測的品管手法已逐漸反應目視檢測的不敷使用，同時隨著人工成本的高漲及產業(yè)自動化所趨，製造業(yè)為了降低成本、提高檢測速度及檢測良率，自動化檢測逐漸為製造廠商所採用

4、。-1-印刷電路板是結合機械工程、化學材料、電機、控制等多項專業(yè)技術於一身的基礎工業(yè)。然而目前電路板品質檢測除了功能測試是以電器特性檢驗外，另一部分的電路板外觀檢驗，如表面瑕疵、元件位移、錯件、缺件及銲點瑕疵等檢測大部分都是以人工目視為主，如此會因個人主觀意識不同或者疲勞的關係而造成檢測結果不一致，這樣不但浪費時間也會使得產品良率降低。所以利用電腦視覺來發(fā)展一套印刷電路板自動化瑕疵檢測系統(tǒng)是有其必要性的，如此不但省時、精確度高且能提升產品的可靠度，在產品的品質競爭上也能有不錯的表現?，F行使用於電路元件之自動化檢測

5、技術有兩種方式:一是使用灰階影像模式，二是使用彩色影像模式。使用灰階模式優(yōu)點為檢測速度快，缺點為所提供的影像資訊較不足，難以區(qū)別資訊相似的影像；而使用彩色模式優(yōu)點為能提供較完整的影像資訊以提高檢測能力，缺點為其運算量是灰階摸式的三倍，需耗費較多的檢測時間。然而隨著科技的進步，電腦計算速度越來越快，使得彩色影像模式的檢測時間大為降低。有鑑於此，本研究採用彩色視覺技術於PCB元件檢測，以使檢測系統(tǒng)具有較高的檢測能力。在過去的文獻中，雖然有關印刷電路版之視覺檢測方面[1]~[3]已有大量之研究，可是對於已經組裝完畢電路

6、板之元件檢測的研究仍然不多，此乃因為影像複雜度高導致檢測困難所致，顯見電路板元件檢測系統(tǒng)的研究仍有很大的發(fā)展空間。Jarvis[4]、Madhav[5][6]、Yasuhikp[7]所探討的是PCB未插件前底板線路的檢測問題，不過都未提及PCB表面自動化插件的檢測問題。Moganti[8]提到檢測的方法大致上可分為三大類，分別為:參考模型法、無參考模型法及混合檢測法，其中參考模型法是先教導一正確無誤的物件圖形以做為檢測時好壞的標準；無參考模型法是依據PCB佈線時之幾何圖形作為判斷之標準以測試圖樣正確與否；而混合檢

7、測法是前兩檢測法之綜合體，可結合兩者的優(yōu)點，補足兩者的缺點。Chang[9]及Kapur[10]所提出之自動二值化的方法，是根據整體灰階值在影像中所佔比列關係來找出最佳的二值化。上述文獻都是使用灰階影像模式的PCB元件檢測系統(tǒng)，由於影像資訊較不足，只能辨識資訊差異大的影像如元件缺件，無法辨識資訊相似的影像如元件錯件，因此本研究提出以彩色電腦視覺技術為主的一套電路板元件檢測系統(tǒng)，針對電阻、電容及二極體等電路板元件做缺件、錯件及極性相反等檢測，並利用簡單的邏輯運算來減少檢測時間。二、研究方法與步驟本檢測系統(tǒng)首先將電路

8、板彩色影像經過灰階處理、二值化、邊緣偵測、細線化、最大區(qū)塊等外形處理後，得到一電路板外觀的輪廓，再利用此電路板外觀的輪廓計算出電路板歪斜的角度，並配合雙線性內插法使電路板自動定位。當電路板定位後，將電路板彩色影像施以一次外形處理，並利用影像投影找出一參考點A，再利用此參考點與各元件固定距離的特性，定出一個最小包圍矩形，以讓各元件能完全顯示在矩形內。當正確的找出電路板上各元