基于机器视觉与力位混合控制的微型电阻自动检测方法、系统及设备与流程

本发明涉及自动化控制，更具体地说，它涉及基于机器视觉与力位混合控制的微型电阻自动检测方法、系统及设备。

背景技术：

1、在电子信息装备生产制造中，对电路中的电阻元件进行精确检测是确保产品质量的关键环节。特别是在航空航天领域应用的嵌入式共形蒙皮等复杂结构中，电路高度集成，电阻元件呈现微型化、高密度布局的特点。目前，这一检测过程主要依靠人工手持万用表进行电阻测量，操作人员根据测量结果判断是否需要进行后续的激光调阻等工艺。然而，这种传统的人工操作方式存在明显缺陷：人工逐点测量耗时耗力，无法满足大规模生产的节拍要求；测量精度受人为因素如探针接触位置、角度和压力的影响较大，重复性差；操作人员需要长时间保持专注进行重复性操作，劳动强度高；对于柔性基板或高密度精密器件，人工操作难以精确控制接触力，容易导致探针划伤焊盘或对敏感元件造成不可逆的物理损伤。因此，亟需设计一种能够替代人工，实现高效、高精度、高可靠性及非破坏性接触的自动化电阻检测方法。

2、现有技术中，公开号为cn118177964a的中国发明专利公开了一种基于视觉伺服修正的力位混合控制方法及装置，该方法主要面向骨科钻孔场景，在力控模式下利用外部红外光学定位设备实时获取手术工具中心点与目标骨道之间的位置和姿态误差，并在误差小于阈值时进行视觉伺服修正。然而，该方案难以直接应用于微型电阻在线检测。一方面，其控制目标是在不改变骨骼组织结构的前提下完成钻孔，而微型电阻检测的控制目标是在不改变焊盘、导电膜层和柔性基底状态的前提下实现探针与接触点之间稳定、可重复的电接触，两者对接触力的量级和控制精度要求完全不同，若仅将钻孔场景中的力控逻辑直接迁移到电阻检测场景，难以同时满足接触可靠性和非破坏性要求，容易出现接触压力不足导致阻值读数不稳定，或压力、位移、停留时间控制不当导致焊盘表面压痕、探针滑移及导电层损伤等问题。另一方面，该类方案未针对数十个乃至上百个微型电阻检测点建立从视觉识别、点位排序、运动避让、接触触发、阻值采集到检测结果回传的连续作业流程，难以满足电子制造场景下多点、高通量、自动化、一致性检测的需求。

3、因此，研究设计一种能够克服上述缺陷的基于机器视觉与力位混合控制的微型电阻自动检测方法、系统及设备是目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供基于机器视觉与力位混合控制的微型电阻自动检测方法、系统及设备，不依赖外部定位设备和标记点，能够适应反光、密集、小尺度的电子电路检测场景，并通过恒力接触避免人工或单纯位置控制造成的测量不稳定和器件损伤，适用于微型化高密度布局场景下的高通量、高精度、非破坏性自动化检测。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，提供了基于机器视觉与力位混合控制的微型电阻自动检测方法，包括以下步骤：

4、通过工业相机获取待测电路板图像，经图像预处理后，采用目标检测算法识别并定位每一颗微型电阻两端焊盘的中心点，并通过相机标定和手眼标定将所述中心点的像素坐标转换为设备运动坐标系下的三维空间坐标，得到全部待测微型电阻的检测点集合；

5、将所述检测点集合与探针姿态、安全高度、避碰包络和运动时间成本联合建模，将每一颗微型电阻抽象为一个包含中心坐标、接触姿态和安全接近方向的检测基元，建立综合运动代价模型；

6、将探测任务转化为带姿态约束和安全约束的广义旅行商问题，采用改进蚁群算法结合局部交换优化生成遍历所有检测点的最优检测序列，并输出分段式指令序列；

7、根据所述分段式指令序列驱动探针依次移动至每一颗微型电阻对应的目标检测点，探针先在位置控制模式下以第一速度接近目标点，当力传感器读数达到预设的轻触阈值时切换至力控制模式，采用阻抗控制算法保持恒定目标接触压力，当平均接触力达到目标值且压力波动在预设范围内时触发万用表进行电阻测量；

8、测量完成后切换回位置控制模式将探针抬升至安全高度，并按所述最优检测序列移动至下一检测点重复检测，直至完成全部微型电阻的检测。

9、进一步的，所述工业相机配置有环形可调led光源；

10、所述图像预处理包括灰度化、降噪和图像增强操作；

11、所述目标检测算法通过多尺度边缘检测提取焊盘候选区域，通过形态学操作对所述候选区域去除噪声并连接断裂边缘，利用纹理特征筛选从所述候选区域中排除非焊盘干扰区域，得到焊盘位置。

12、进一步的，所述安全接近方向为探针从安全高度接近所述检测基元时沿着的矢量方向，用于使探针以预设姿态靠近微型电阻的焊盘中心；

13、所述综合运动代价模型综合考虑探针在各检测基元间的欧氏距离、姿态变换所需时间以及与周边障碍物的最小安全距离；

14、所述姿态约束为探针在每个检测点的轴线方向与焊盘法线方向一致；

15、所述安全约束为探针在移动过程中与电路板上最高元器件保持不小于预设间隙的距离。

16、进一步的，所述改进蚁群算法通过引入启发式因子动态调整策略，在迭代初期增大启发式因子的权重以促进全局探索，在迭代后期减小所述启发式因子的权重以加强局部精细搜索；

17、采用信息素挥发系数自适应更新策略，当连续多代最优解无改善时降低所述信息素挥发系数以保留优质路径信息；

18、以及，结合局部交换优化算子，在每代蚁群完成路径构建后对当前最优路径中的相邻检测点进行随机交换尝试，若交换后路径代价降低则予以保留。

19、进一步的，所述轻触阈值设定为探针与微型焊盘刚接触时的力传感器读数；

20、所述恒定目标接触压力设定为保证电气接触稳定且不会对微型焊盘造成塑性变形的压力值；

21、所述平均接触力达到目标值且压力波动在预设范围内的判定条件为在连续多个控制周期内接触力的平均值达到目标值且压力波动不超过目标压力的预设百分比。

22、进一步的，所述阻抗控制算法的阻抗参数包括目标刚度、阻尼比和惯性，根据探针和微型焊盘的接触力学特性预设；

23、所述目标刚度设定为使探针在接触过程中的力响应不产生超调量的数值；

24、所述阻尼比设定为使接触力响应在预设时间内达到稳态的数值。

25、进一步的，在探针切换至力控制模式后，若在预设时间内平均接触力未达到目标值或压力波动超出预设范围，则判定本次接触异常；

26、记录所述检测点的坐标并标记为可疑点；

27、控制探针抬升并跳过所述检测点，继续执行下一颗微型电阻的检测流程；

28、待全部检测完成后对所述可疑点进行二次复测。

29、进一步的，所述分段式指令序列包括高速移动指令、减速接近指令和微调定位指令；

30、所述高速移动指令用于在安全高度以上以预设速度移动探针；

31、所述减速接近指令用于在进入目标检测点附近区域时降低速度；

32、所述微调定位指令用于在探针到达目标检测点上方预定高度后，以低于减速接近指令的速度进行水平方向的微量位移调整，使探针轴线对准微型焊盘中心。

33、第二方面，提供了基于机器视觉与力位混合控制的微型电阻自动检测系统，包括：

34、视觉定位模块，用于通过工业相机获取待测电路板图像，经图像预处理后，采用目标检测算法识别并定位每一颗微型电阻两端焊盘的中心点，并通过相机标定和手眼标定将所述中心点的像素坐标转换为设备运动坐标系下的三维空间坐标，得到全部待测微型电阻的检测点集合；

35、路径规划模块，用于将所述检测点集合与探针姿态、安全高度、避碰包络和运动时间成本联合建模，将每一颗微型电阻抽象为一个包含中心坐标、接触姿态和安全接近方向的检测基元，建立综合运动代价模型；

36、指令生成模块，用于将探测任务转化为带姿态约束和安全约束的广义旅行商问题，采用改进蚁群算法结合局部交换优化生成遍历所有检测点的最优检测序列，并输出分段式指令序列；

37、混合控制模块，用于根据所述分段式指令序列驱动探针依次移动至每一颗微型电阻对应的目标检测点，探针先在位置控制模式下以第一速度接近目标点，当力传感器读数达到预设的轻触阈值时切换至力控制模式，采用阻抗控制算法保持恒定目标接触压力，当平均接触力达到目标值且压力波动在预设范围内时触发万用表进行电阻测量；

38、运动控制模块，测量完成后切换回位置控制模式将探针抬升至安全高度，并按所述最优检测序列移动至下一检测点重复检测，直至完成全部微型电阻的检测。

39、第三方面，提供了一种自动化检测设备，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面中任意一项所述的基于机器视觉与力位混合控制的微型电阻自动检测方法。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

41、1、本发明提供的基于机器视觉与力位混合控制的微型电阻自动检测方法，通过机器视觉精确定位每一颗微型电阻两端焊盘的中心点，并将像素坐标转换为设备运动坐标系下的三维空间坐标，为后续检测提供了精确的空间基准。在此基础上，将检测点集合与探针姿态、安全高度、避碰包络和运动时间成本联合建模，建立综合运动代价模型，并将探测任务转化为带姿态约束和安全约束的广义旅行商问题，采用改进蚁群算法结合局部交换优化生成遍历所有检测点的最优检测序列，输出分段式指令序列。在接触检测阶段，探针先在位置控制模式下以第一速度接近目标点，当力传感器读数达到预设的轻触阈值时切换至力控制模式，采用阻抗控制算法保持恒定目标接触压力，当平均接触力达到目标值且压力波动在预设范围内时触发万用表进行电阻测量，测量完成后切换回位置控制模式将探针抬升至安全高度并按最优检测序列移动至下一检测点重复检测。本发明实现了从视觉定位、路径规划到力控接触测量的全自动化闭环流程，适用于微型化高密度布局场景下的高通量、高精度、非破坏性自动化检测。

42、2、本发明中工业相机配置环形可调led光源以消除反光干扰，图像预处理包括灰度化、降噪和图像增强操作，目标检测算法通过多尺度边缘检测、形态学操作和纹理特征筛选精确提取焊盘位置。同时，综合运动代价模型综合考虑欧氏距离、姿态变换所需时间以及与周边障碍物的最小安全距离，姿态约束要求探针在每个检测点的轴线方向与焊盘法线方向一致，安全约束要求探针在移动过程中与电路板上最高元器件保持不小于预设间隙的距离。本发明能够在复杂电路背景下稳定识别微型焊盘，并在高密度排布区域自动规划出满足接触姿态要求且避免碰撞的检测路径，解决了视觉定位易受反光和背景干扰的问题，以及多点检测时探针与周围元器件容易发生碰撞的问题。

43、3、本发明通过引入启发式因子动态调整策略，在迭代初期增大启发式因子的权重以促进全局探索，在迭代后期减小启发式因子的权重以加强局部精细搜索。同时采用信息素挥发系数自适应更新策略，当连续多代最优解无改善时降低信息素挥发系数以保留优质路径信息。并结合局部交换优化算子，在每代蚁群完成路径构建后对当前最优路径中的相邻检测点进行随机交换尝试，若交换后路径代价降低则予以保留。这些策略改善了传统蚁群算法容易陷入局部最优且收敛速度慢的问题，使得算法在处理多个微型电阻检测点的广义旅行商问题时，能够较快收敛到全局最优或近似最优的解，缩短了总检测时间，提升了高通量检测的效率。

44、4、本发明将轻触阈值设定为探针与微型焊盘刚接触时的力传感器读数，将恒定目标接触压力设定为能够保证电气接触稳定且不会对微型焊盘造成塑性变形的压力值，将力稳定判据设定为在连续多个控制周期内接触力的平均值达到目标值且压力波动不超过目标压力的预设百分比。同时，阻抗控制算法的阻抗参数包括目标刚度、阻尼比和惯性，根据探针和微型焊盘的接触力学特性预设，目标刚度设定为使探针在接触过程中的力响应不产生超调量的数值，阻尼比设定为使接触力响应在预设时间内达到稳态的数值。本发明实现了探针与微型焊盘之间的柔顺接触控制，保证了足够的接触压力以获得稳定的电阻读数，同时避免了因压力过大或力响应超调导致焊盘塑性变形或探针滑移损伤，满足了微型焊盘接触可靠性与非破坏性检测的双重要求。

45、5、本发明在探针切换至力控制模式后，若在预设时间内平均接触力未达到目标值或压力波动超出预设范围，则判定本次接触异常，记录检测点坐标并标记为可疑点，随后控制探针抬升并跳过该检测点，继续执行下一颗微型电阻的检测流程，待全部检测完成后对可疑点进行二次复测。这一异常处理机制避免了因单个检测点接触不良导致整个检测流程中断，保证了检测过程的连续性和完整性。通过对可疑点进行二次复测，在保持检测效率的同时提高了检测结果的可靠性，解决了自动化检测方案在面对异常接触时缺乏容错能力的问题。

46、6、本发明将分段式指令序列划分为高速移动指令、减速接近指令和微调定位指令。高速移动指令用于在安全高度以上以预设速度移动探针，充分利用无障碍空间提升运动效率；减速接近指令用于在进入目标检测点附近区域时降低速度，避免因惯性导致探针与相邻微型电阻发生碰撞；微调定位指令用于在探针到达目标检测点上方预定高度后，以低于减速接近指令的速度进行水平方向的微量位移调整，使探针轴线对准微型焊盘中心。本发明在长距离移动阶段实现了较高速度以缩短节拍，在接近阶段实现了安全减速以规避碰撞风险，在最终定位阶段实现了精密对准以保证接触精度，兼顾了运动效率与定位精度。