基于光度立体和频域的陶瓷基板缺陷检测

作     者：刘允浩 

作者单位：长江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：付青青;邢云增

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：光度立体 梯度 曲率 频域 

摘      要：片式多层陶瓷电容器是常见的贴片电容,作为一种半导体电子元件,广泛应用于汽车和手机等电子设备。在其生产工艺叠层和层压后形成的陶瓷基板表面会有压痕、划痕或者毛屑,在进行切割之前需要对其表面进行光学检测,将压痕和毛屑检出进行标记,在切割时剔除缺陷区域以提高产品的可靠性和良率。目前主要依靠人工用手电筒从不同角度照射来找寻细小的压痕和毛屑,存在检出效率低、可靠性差、人工成本高的问题,迫切需要设计一套CCD光学检测系统来完成这个任务。由于检测精度要求高、一般的光源打光效果难以满足要求等原因,行业内还没有好的解决方案。本文针对陶瓷基板表面缺陷开展了光度立体法和频域的检测方法研究,主要工作如下:对于陶瓷基板表面的缺陷检测中存在视野大、缺陷小、需要特定方向的光照才能检测出缺陷等问题,本文提出基于光度立体法的陶瓷基板缺陷检测方法,首先利用光度立体法采集到四个方向光照的图片,获取陶瓷基板表面的梯度图,求取平均曲率、高斯曲率、散度和旋度,并融合成一张单通道图像,让陶瓷基板表面的压痕、划痕、毛屑等缺陷呈现出较好的效果。在融合图上,先用灰度值二值化初筛出缺陷区域,再利用先膨胀后腐蚀的闭运算将相邻的缺陷区域连接在一起,从而避免同一个缺陷被误认为是两个或者多个缺陷。最后遍历所有的缺陷区域,过滤掉面积过小的区域,并通过平均灰度值判断是压痕还是毛屑,平均灰度值大于背景灰度值的为压痕,反之为毛屑。针对深度较浅的缺陷信息,将融合后的图像变换到频率,去除低频部分,可以获取较细微的缺陷信息。将融合后的图像通过快速傅里叶变换,在频域中通过自设计的高通滤波器,将背景等低频成分过滤掉。对融合图和经过滤波后图像同时进行灰度值提取和闭运算等操作,初筛出缺陷区域并进行合并操作,再利用面积和平均灰度值筛选出压痕和毛屑缺陷。检测结果表明,本文利用光度立体法设计的陶瓷基板表面缺陷自动检测系统,并结合梯度、曲率、频域等分析方法,可以精准的检测出压痕、毛屑等缺陷,大幅提高检测效率,对于0.05mm2以上的缺陷检出率可以达到100%,检测时间在一秒以内。