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【6h】

面向数字微喷工艺封装的PCB焊点视觉检测与芯片识别研究

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摘要

第1章绪论

1.1 PCB封装的研究背景及意义

1.2课题相关技术介绍

1.2.1基于机器视觉的图像检测技术

1.2.2数字微喷光固化三维打印技术

1.3基于机器视觉的PCB检测及识别研究现状

1.3.1 PCB焊点分割及定位研究现状

1.3.2工业字符分割及识别研究现状

1.4本文主要工作与章节安排

第2章PCB封装系统设计与图像预处理研究

2.1基于数字微喷的PCB封装系统构成

2.2 PCB视觉检测图像预处理

2.2.1 PCB图像滤波

2.2.2 PCB图像增强

2.2.3 PCB图像色彩空间模型及转换

2.3本章小结

第3章面向数字微喷工艺封装的PCB焊点定位方法研究

3.1图像分割

3.2典型焊点检测及定位算法研究

3.2.2基于灰度特征的焊点检测定位算法

3.2.3基于颜色阈值的焊点检测定位算法

3.3基于色彩特征与邻域信息的PCB焊点检测定位算法

3.3.1 PCB焊点色彩特征与邻域信息的提取与分析

3.3.2 PCB焊点检测定位算法设计

3.4实验结果与分析

3.4.1基于RGB与HSI的焊点定位实验对比

3.4.2 PCB焊点定位性能分析方法设计

3.4.3 PCB焊点检测定位方法实验对比

3.5本章小结

第4章面向数字微喷工艺封装的PCB芯片字符识别方法研究

4.1基于颜色特征与连通域分析的PCB芯片定位

4.1.1图像形态学的基本概念

4.1.2连通域的概念及其标记方法

4.1.3 PCB芯片定位算法原理及设计

4.2基于边缘投影与投影微分的PCB芯片字符定位分割

4.2.1边缘检测

4.2.2图像二值化

4.2.3 PCB芯片字符定位分割算法原理及设计

4.2.4分割字符的归一化

4.3基于BP神经网络的PCB芯片字符识别

4.3.1字符特征提取

4.3.2 BP神经网络的基本理论

4.3.3网络的设计与训练

4.4基于卷积神经网络的PCB芯片字符识别

4.4.1卷积神经网络的基本理论

4.4.2网络的训练

4.5实验结果与分析

4.5.1 PCB芯片定位实验

4.5.2 PCB芯片字符分割实验

4.5.3 PCB芯片字符识别实验

4.6本章小结

第5章基于数字微喷的PCB封装实验

5.1 PCB封装块模型建模

5.1.1建模软件简介

5.1.2封装块三维建模

5.2 PCB封装实验

5.3本章小结

第6章总结和展望

6.1论文总结

6.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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摘要

随着科技的不断发展,电子设备愈发趋向于体积微小、功能复杂的状态,印刷电路板(PCB,Printed Circuit Board)也逐渐向体积小、电路复杂、集成度高的方向发展,为了保证电子器件更好的性能、更长的寿命并能适应各类环境,需要尽可能使电子器件免遭受潮、碰撞、腐蚀等外界影响,所以对PCB进行封装加工必不可少。PCB封装加工是指在电路板上的各元件及引脚部分,按要求均匀地布满材料以实现与外界环境隔离,保护元器件免受外界环境的影响。
  为提高PCB封装的精度与自动化程度,节约PCB封装的前期铸模投入,减少封装材料浪费,在充分调研国内外各类面向PCB的图像处理研究成果的基础上,面向利用数字微喷工艺进行PCB封装过程中对焊点视觉检测与芯片识别的技术需求,开展了PCB焊点定位和PCB电子芯片字符识别算法研究。具体研究内容主要包括以下几个方面:
  首先,开展了基于数字微喷工艺的PCB封装视觉系统设计及相关PCB图像的预处理方法研究。针对PCB封装的工作环境与条件进行视觉检测系统设计与选型,同时对PCB图像预处理中的图像滤波、增强与色彩模型转化技术进行了研究。为更好更准确地完成后续图像处理,提高处理效率与质量奠定了基础。
  其次,对不同种类PCB的多形态焊点检测定位算法进行了研究。在研究多种PCB焊点定位算法,包括基于模板匹配的定位算法、基于灰度特征的定位算法和基于颜色阈值的定位算法的基础上,提出一种基于色彩特征与邻域信息的焊点定位算法,针对焊点多样、背景色不同的多类PCB目标,能够有效准确地实现多形态焊点的整体分割与定位功能。
  然后,分别对电子芯片定位、芯片字符分割与识别进行研究。首先分析电子芯片在PCB中的三色分布特点,提出基于颜色特征与连通域分析的定位算法。然后研究电子芯片字符的分布特征,提出基于边缘投影与投影微分的字符定位分割算法,可以有效实现多行字符的逐行逐个分割。最后分别对BP神经网络与卷积神经网络进行研究,设计网络系统针对芯片英文字母与阿拉伯数字样本进行训练,训练后的网络可以较好地实现芯片字符识别。
  最后,对电子芯片封装块进行建模,利用数字微喷光固化三维打印系统分别进行焊点封装实验与电子芯片封装实验,实现了面向数字微喷工艺封装的PCB焊点视觉检测与芯片识别功能。

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