基于图像处理和三维重建的片式元件焊点质量信息提取技术研究

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焊点质量是影响SMT产品可靠性的关键因素,大部分焊点质量问题可以通过焊点形态检测与分析反映出来。但是一直以来,实际焊点形态参数的获取是焊点质量检测的瓶颈所在。  本文针对目前焊点形态参数获取问题研究的需要,提出了一套能够用来提取实际焊点质量信息的检测方案。该方案包括硬件和软件两个部分。硬件主要用来获取包含焊点三维信息的彩色阴影图像,由彩色CCD、平行光源和机械运动等部分组成。软件部分用来提取焊点的形态参数,由图像降噪、焊点彩色图像分割、焊点二维质量信息提取、焊点三维形态重建、焊点实体形成、焊点三维信息提取等模块组成。该套方案能够提取二维和三维的焊点质量信息,其中二维质量信息包括焊点的边界形状、周长、面积等,三维质量信息包括焊点的体积、剖面信息、角度信息等。该方案具有硬件搭建简单,提取质量信息全面的优点。  由于焊点的种类繁多,针对不同焊点的信息提取过程可能会有很大的区别。以实际片式电阻焊点的质量信息提取为例子,本文系统讨论了片式元件的分割、重建、质量提取等一系列的过程。首先通过图像采集设备采集到片式电阻焊点的彩色阴影图像,然后基于HSV颜色空间和二维直方图阈值化分割技术对电路板进行了分割,并且采用数学形态学的方法提高了焊点分割的精度。实验表明该方法能够较好的分割出焊点图像。对分割后的焊点彩色图像进行二值化处理,然后基于数学形态学的方法提取出了焊点的边界、周长和面积等二维信息。  为了得到焊点的三维形态,对Tsai提出的一种快速阴影恢复算法进行了两点改进,一是利用中值滤波的方法改进其重建表面光滑度,另外是利用Phong光照模型扩展了该算法的应用范围,使其能够应用大多数材料的阴影恢复。把分割后的彩色图像变换到灰度域,利用改进算法得到片式电阻焊点的三维形态。实验表明该方法能够较为有效的恢复出焊点的三维形态。  重建后得到的是焊点的高度点阵,需要进行实体化处理。通过研究重建点阵数据点之间的关系,提出了一种把重建点阵用三角形面片进行表示的方法。利用APDL语言来描述重建结果,把重建焊点表面表示成三角形面片的组合,通过后台进程调用ANSYS进程实现了焊点的实体化过程。  通过C#和Matlab的混合编程,以及ANSYS和SolidWorks的功能调用,降低了软件开发的难度,提高了开发效率。
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