深圳市视觉龙科技有限公司 曹健 旷辉 姚强 丁少华
广东工业大学 刘建群
Cao Jian Kuang Hui Yao Qiang Ding Shaohua Liu Jianqun

摘 要：介绍了HexSight在SMT贴片元器件引脚检测方面的应用，并分析了该检测方案的检测原理和可行性。在文章最后展示了对一款连接器引脚的检测结果。
关键词：照明光源 定位 采样 连接器引脚
Abstract: The application of HexSight is introduced in SMT pins inspection. The principle and also feasibility of the inspection are analyzed. The result of inspecting a kind of chip is shown at the end of the article.
Key Words: Illumination, locate, sampling, SMT pins

1. 问题的提出
在电子行业中，SMT贴片元器件是经常会运用到的零件。而这些元器件与电路连接的部位——引脚，是贴片元器件质量检测的关键环节之一。因为这种产品引脚的数量多而且尺寸小，使得检测难度较大，且引脚检测中的接触，往往会导致引脚的损坏。而机器视觉检测的高精确度和非接触式完全适合运用到该领域中。
在SMT贴片元器件的检测中，主要的问题有三条：一、元器件引脚的平整度。二、元器件引脚的共面度。三元器件引脚的位置度。
引脚平整度不好，会导致在贴片的时候，元器件的引脚与PCB板不能贴和。引脚整体一致性的向上或向下的翘起。而元器件引脚的共面度或位置度不好会导致个别引脚不能很好的与PCB贴合。
通过分析贴片元器件引脚缺陷的规律，深圳市视觉龙科技有限公司运用HexSight视觉软件包，针对元器件引脚共面度检测，制定了一套行之有效的解决方案。该方案能很理想的解决上述问题。下面就详细的介绍一下这个解决方案。
2.方案介绍
检测引脚共面度问题，很重要的也是最首要的问题就是引脚的端面能否很清晰的成像。这里我们采用的照明方式为：白色环行LED灯从引脚侧面照射。具体形式如下图一：

图一：光源照射示意图

    因为相机镜头从引脚端面的正上方拍摄，而拍摄到的图像中不可避免的包括了引脚的拐角部分。若采用正上方同轴照明，引脚的拐角部分也会反射光，这样会导致引脚端面和其他部分对比度不强而影响检测结果。而如上图的照明方式可以有效的抑制非端面部分反光，而使采集的图像达到理想的效果。

图二：实物拍摄图

    分析引脚缺陷的特征，不难发现无论是脚偏,还是缺脚，导致的结果只有一个：就是存在缺陷的引脚端面与其他正常引脚端面不在同一水平面或根本就不存在该引脚。如下图所示：

    共面度的好坏由引脚高度差来判定，高度差指的就是在同一颗贴片元器件上的一系列引脚中的坐标最高边与最低边的坐标值之差。通过测量每颗贴片元器件，每条引脚的两条边的位置，我们可以判断产品的每条引脚是否超过基准线，有多少条引脚超出基础线，具体是哪几条，该元器件是否符合要求。在基准线的选择方面，我们可以选择元器件上的一个固定的特征，再由这个固定特征来订出基准线。在该解决方案的检测样品中，我们选择了一条在引脚上方的黑色塑胶凹槽，由这条凹槽和产品的一些参数（如正规产品的引脚高度差）我们可以很容易的定出所需要的两条基准线。
在HexSight所提供的工具中，我们采用了如下几个来完成上述的功能：HSAcquisitionDevice、HSLocator、HSSamplingTool、HSEdgeLocator.其中HSAcquisitionDevice用来采集图像（HSAcquisitionDevice0）。第一个HSLocator工具(HSLocator1)用来判断和定位由HSAcquisitionDevice采集的图像中是否含有我们希望找到的特征，有则定位出其位置，否则就不用进行后面的工作了。HSSamplingTool用来取样(HSspSamplingTool)，即仅仅将我们感兴趣的那部分特征从由HSAcquisitionDevice采集的图像中提取出来。第二个HSLocator工具(HSspLocator)用来定位HSSamplingTool采样的图像中的特征，并为后续工作奠定基础(因HSEdgeLocator工具的位置是基于模板的，即HSEdgeLocator工具对于不同的产品之所以能够准确的检测到正确的位置，实际上是根据定位到的特征的相对坐标来确定的)。接下来的3个HSEdgeLocator工具（HSEdgeLocatorBase0、HSEdgeLocatorBase1、HSEdgeLocatorBase2）用来定位我们选取的黑色塑料凹槽，HSEdgeLocator的作用是能够很精确的定位到边缘的位置。用3个HSEdgeLocator的目的是分别测量黑色凹槽的3个不同位置，然后取平均值以精确定位到该凹槽的位置。后面的几个HSEdgeLocator（HSEdgeLocator0-9）工具分别用来定位几个引脚端面的边缘位置。

图三：HexSight工具管理箱 

软件DEMO如下图所示： 

图四：软件界面 
   

图五：参数设置

    参数设置对话框中的“标准高度差”，用来设置正常产品的引脚高度差，“公差”，用来设置实际检测中超过基准线多少范围之内算合格产品，“参照距离”，用来设置基准线距离特征标志的距离。运用该方案的测量结果如下图所示：

图六：检测结果（绿色表示OK的引脚，红色表示有问题的引脚。右边显示控件左下脚的提示显示该产品是否OK）

图七：检测结果放大（绿色线段表示OK的引脚，红色线段表示有问题的引脚） 在图六中可以看到在软件界面上有两个显示控件，其中左边的显示控件用来显示实际拍摄到的图像，右方的显示控件显示检测结果，在左边显示控件下方的几个编辑控件分别用来显示检测到的坐标最大的边，和坐标最小的边的坐标，以及它们的差值，即高度差）。右边显示控件下方的列表控件用来显示具体的检测结果，如,每个引脚的两条边的坐标值，其高度差值等等。

结束语
　　
    由测量结果我们可以看到，该方案基本能够满足贴片元器件引脚共面度检测的要求。在实际项目中，相关硬件部分的加强可以大大增强图像的质量，提供适合的稳定的工作环境。相信该方案是成功的，是适合应用到实际生产中的。
参考文献
[1]ADEPT TECHNOLOGY, INC. HexSight User Guider.
作者简介
曹 健（1981-） 男 毕业于湖北大学信息与计算科学专业，目前从事机器视觉软件应用开发工作。