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《西安电子科技大学》 2010年
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SMT焊点图像处理及焊点三维质量信息提取技术研究

赵辉煌  
【摘要】:由表面组装技术(surface mount technology SMT)形成的电路模块产品(以下简称SMT产品),其表面组装焊点(以下简称SMT焊点)具有保障电气性能畅通和机械连接可靠的特征。SMT焊点的可靠性是SMT产品的生命,焊点组装故障检测与组装质量的控制技术是保障SMT产品质量和可靠性的关键技术。SMT焊点质量检测向着三维、高精度、低成本的方向发展。与二维形态检测相比,三维形态检测能获更多的质量信息。理论上分析,从三维形态中可以获取焊点质量检测的所有信息,从而可以获得更高检测率。对SMT焊点三维质量信息提取及相关技术进行研究,并生成可以与合理形态比较的数据与质量信息参数,为焊点质量分析评价提供实际焊点质量参数,对提高SMT焊点质量检测水平、指导改善SMT焊点质量及其焊接工艺有重要的意义。 本文的主要工作及创造性成果如下: (1)对SMT焊点图像中的混合噪声去除技术进行研究。以“噪声分解,分层处理,线性滤波与非线性滤波方法相结合”的思想为指导,结合线性滤波和非线性滤波各自的去噪性能和特点,通过小波包(Wavelet Packet)变换,利用Wiener滤波和Median滤波,采用改进的自适应小波包阀值(Adaptive Wavelet Packet)计算方法,提出了一种基于AWPWM的图像混合噪声去除算法。去噪实例结果表明,采用AWPWM方法不仅能有效去除SMT焊点图像中的混合噪声,而且能很好的保留图像边缘信息,解决了SMT焊点图像混合噪声难以去除的难题。同时试验结果表明,AWPWM方法去除单一噪声同样有效。 (2)对SMT焊点表面光照模型进行研究,针对焊点表面三维重构精度不高的问题,提出了一种适用于SMT焊点表面三维重构的改进光照模型。以SMT焊点表面光反射项分析为基础,对焊点表面的漫反射分量进行了改进,同时考虑了焊点表面镜面反射分量对表面重构所产生的影响,把漫反射分量和镜面反射分量线性叠加,得到SMT焊点表面光照模型;然后采用有限差分法离散光照模型中的变量,再利用线性法对光照模型求解。应用实例表明,改进的光照模型具有重构精度高、模型表达式简单、实用性强的特点。经测试,漫反射系数取值为[0.83,0.89]范围时,重构精度比较理想,且当漫反射系数为0.86,镜面反射系数为0.14时,重构精度达到最好效果。 (3)对SMT焊点表面三维重构方法进行了研究,提出一种基于SFS技术的SMT焊点表面三维重构方法,实现了对外露可视型焊点表面三维重构。针对重构过程中受到图像噪声干扰的问题,采用AWPWM算法对图像进行去噪处理。针对重构精度不理想的问题,利用改进光照模型进行焊点表面三维重构。对不同类型和不同形态的焊点进行表面三维重构实验,得到理想的结果。同时,与采用传统光照模型相比,采用改进光照模型能较好地减少镜面反射对重构结果的影响,重构表面曲线更为光滑。针对部分焊点表面重构结果不理想的问题,提出一种修正方法,对三维重构结果进行修正,并得到合理的焊点三维形态。研究结果证明,本文所提出的基于SFS技术的SMT焊点表面三维重构方法,对于外露可视型焊点如片式元件,QFP, LCCC、SOP等焊点,具有普遍适用性。 (4)对SMT焊点三维质量信息提取技术进行了研究,提出一种基于单幅图像的SMT焊点三维质量信息非接触式提取方法,实现了对SMT焊点三维质量信息进行快速、自动提取。为解决由SFS方法得到的物体三维形态不确定的问题,利用样本焊点,得到图像象素值与实际高度的比例关系,以此来确定SMT焊点实际三维形状。结合前期的研究结果,利用单幅图像重构出焊点表面高度,采用Matlab软件编程把焊点表面高度点阵自动转化为焊点实体模型,并从焊点实体中提取出相应的体积,中间剖面,润湿角等三维质量信息。分别对不同规格片式元件的焊点进行了三维质量提取,提取结果表明,体积信息提取平均精度为86.82%。 (5)开发了SMT焊点三维质量信息提取系统,实现了对SMT焊点三维质量信息快速、自动提取。SMT焊点三维质量信息提取系统主要由焊点图像去噪,焊点重构参数获取,焊点三维重构和焊点三维质量信息提取等四大模块组成,并生成可执行文件。通过本系统,把提取的三维质量信息保存到数据表中,完成SMT焊点组装质量实时检测和控制系统中的SMT焊点三维质量信息提取功能。 通过本论文研究,解决了SMT焊点图像去噪不理想和焊点三维质量信息难以获取的难题。研究内容具有很强的工程背景和现实需求,研究方法对于外露型可视焊点具有普遍适用性,研究结果为SMT焊点组装质量实时检测和控制系统后续的焊点质量比较、分析、智能鉴定等操作提供三维质量信息。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.41

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【参考文献】
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