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专利号: 2021100551451
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种PCB板表面缺陷检测装置,其特征在于,包括:图片采集模块,用于采集待检测PCB板图片;

表面缺陷检测模块,用于将所述图片采集模块获取的PCB板图片送入预训练的表面缺陷检测模型,对所述PCB板中可能存在的表面缺陷进行检测;所述表面缺陷检测模型为改进的YOLOv3网络结构,所述YOLOv3网络结构中主干网络为改进后的EfficientNet网络,所述EfficientNet网络中包括多个用于提取特征的MBConvBlock结构,在每个所述MBConvBlock结构中:采用1×1的卷积对输入的数据增加维度之后,进一步对其进行N×N的卷积操作,并利用注意力机制为每个通道添加相应的权值实现特征提取,最后利用1×1的卷积进行维度降低操作并添加相应的残差边。

2.如权利要求1所述的PCB板表面缺陷检测装置,其特征在于,所述MBConvBlock结构包括依次连接的:1×1的第一卷积层、第一批归一化层、第一Swish激活函数层、3×3的第一深度可分离卷积层和5×5的第二深度可分离卷积层、第二批归一化层、第二Swish激活函数层、全局平均池化层、1×1的第二卷积层、第三Swish激活函数层、1×1的第三卷积层、sigmod激活函数层、1×1的第四卷积层及第三批归一化层,其中,1×1的第一卷积层的输入作为MBConvBlock结构的输入,第三批归一化层的输出作为MBConvBlock结构的输出,3×3的第一深度可分离卷积层和5×5的第二深度可分离卷积层分别与第一Swish激活函数层的输出连接,1×1的第四卷积层的输入分别与第二Swish激活函数层和sigmod激活函数层的输出连接,且1×1的第一卷积层的输入与第三批归一化层的输出连接。

3.如权利要求1或2所述的PCB板表面缺陷检测装置,其特征在于,所述表面缺陷检测模型中包括依次连接的Steam结构、第一MBConvBlock结构、第二MBConvBlock结构、第三MBConvBlock结构、第四MBConvBlock结构、第五MBConvBlock结构、第六MBConvBlock结构及第七MBConvBlock结构;

还包括:

依次连接的第一特征融合层、第一卷积结构、3×3的第一卷积层及1×1的第五卷积层,其中,第一特征融合层的输入与第二MBConvBlock结构的输出连接;

依次连接的第二特征融合层、第二卷积结构、3×3的第二卷积层及1×1的第六卷积层,其中,第二特征融合层的输入与第三MBConvBlock结构的输出连接;

依次连接的第三特征融合层、第三卷积结构、3×3的第三卷积层及1×1的第七卷积层,其中,第三特征融合层的输入与第五MBConvBlock结构的输出连接;

依次连接的第四卷积结构、3×3的第四卷积层及1×1的第八卷积层,其中,第四卷积结构的输入与第七MBConvBlock结构的输出连接;

第一卷积及上采样层,输入与第四卷积结构的输出连接,输出与第三特征融合层的输入连接;

第二卷积及上采样层,输入与第三卷积结构的输出连接,输出与第二特征融合层的输入连接;及

第三卷积及上采样层,输入与第二卷积结构的输出连接,输出与第一特征融合层的输入连接。

4.如权利要求1或2所述的PCB板表面缺陷检测装置,其特征在于,所述表面缺陷检测模型中包括依次连接的Steam结构、第一MBConvBlock结构、第二MBConvBlock结构、第三MBConvBlock结构、第四MBConvBlock结构、第五MBConvBlock结构、第六MBConvBlock结构及第七MBConvBlock结构;

还包括:

依次连接的第一特征融合层、第一卷积结构、3×3的第一Inception结构及1×1的第五卷积层,其中,第一特征融合层的输入与第二MBConvBlock结构的输出连接;

依次连接的第二特征融合层、第二卷积结构、3×3的第二Inception结构及1×1的第六卷积层,其中,第二特征融合层的输入与第三MBConvBlock结构的输出连接;

依次连接的第三特征融合层、第三卷积结构、3×3的第三Inception结构及1×1的第七卷积层,其中,第三特征融合层的输入与第五MBConvBlock结构的输出连接;

依次连接的SPP结构、第四卷积结构、3×3的第四Inception结构及1×1的第八卷积层,其中,SPP结构的输入与第七MBConvBlock结构的输出连接;

第一卷积及上采样层,输入与第四卷积结构的输出连接,输出与第三特征融合层的输入连接;

第二卷积及上采样层,输入与第三卷积结构的输出连接,输出与第二特征融合层的输入连接;

第三卷积及上采样层,输入与第二卷积结构的输出连接,输出与第一特征融合层的输入连接。

5.如权利要求4所述的PCB板表面缺陷检测装置,其特征在于,所述第一Inception结构、第二Inception结构、第三Inception结构及第四Inception结构中包括:1×1的第九卷积层、1×1的第十卷积层、1×1的第十一卷积层,1×3的卷积层、

3×1的卷积层及第四特征融合层,其中,所述第四特征融合层的输出作为各Inception结构的输出,1×3的卷积层和3×1的卷积层的输入分别与1×1的第十一卷积层的输出连接,1×

1的第九卷积层、1×1的第十卷积层、1×3的卷积层及3×1的卷积层的输出分别与第四特征融合层的输入连接,且各卷积层采用Relu6激活函数激活;和/或,所述SPP结构中包括:卷积核分别为5×5、9×9和13×13的三个最大池化层及第五特征融合层,其中,三个最大池化层的输出分别与第五特征融合层的输入连接。

6.如权利要求1或2或5所述的PCB板表面缺陷检测装置,其特征在于,所述表面缺陷检测装置还包括:

数据集构建模块,与所述图片采集模块连接,用于对所述图片采集模块采集的PCB板图片进行扩充及标注,得到k个缺陷类别的数据集;

先验框计算模块,与所述数据集构建模块连接,用于利用K‑means++算法对数据集构建模块构建的数据集进行聚类得到k个初始聚类中心,并利用得到的k个初始聚类中心来运行标准的k‑means算法得到网络的先验框,其中,k‑means算法采用欧式距离的方式进行度量,且每个特征层中包括先验框;

模型训练模块,与所述先验框计算模块连接,用于根据所述先验框对创建的表面缺陷检测模型进行训练。

7.如权利要求1或2或5所述的PCB板表面缺陷检测装置,其特征在于,所述图片采集模块中包括:

PCB板放置单元,用于放置待采集图片的PCB板;

视觉单元,用于为所述PCB板打光及拍摄图片;

控制单元,分别与所述PCB板放置单元和视觉单元连接,用于控制所述PCB板放置单元转动,以带动PCB板转动;及用于显示及控制图片采集。

8.一种PCB板表面缺陷检测方法,其特征在于,应用于如权利要求1‑7任意一项所述的PCB板表面缺陷检测装置,所述PCB板表面缺陷检测方法包括:采集待检测PCB板图片;

将所述图片采集模块获取的PCB板图片送入预训练的表面缺陷检测模型,对所述PCB板中可能存在的表面缺陷进行检测;所述表面缺陷检测模型为改进的YOLOv3网络结构,所述YOLOv3网络结构中主干网络为改进后的EfficientNet网络,所述EfficientNet网络中包括多个用于提取特征的MBConvBlock结构,在每个所述MBConvBlock结构中:采用1×1的卷积对输入的数据增加维度之后,进一步对其进行N×N的卷积操作,并利用注意力机制为每个通道添加相应的权值实现特征提取,最后利用1×1的卷积进行维度降低操作并添加相应的残差边。

9.如权利要求8所述的PCB板表面缺陷检测方法,其特征在于,所述采集待检测PCB板图片之后还包括:

对采集的PCB板图片进行扩充及标注,得到k个缺陷类别的数据集;

利用K‑means++算法对构建的数据集进行聚类得到k个初始聚类中心,并利用得到的k个初始聚类中心来运行标准的k‑means算法得到网络的先验框,其中,k‑means算法采用欧式距离的方式进行度量,且每个特征层中包括先验框;

根据所述先验框对创建的表面缺陷检测模型进行训练。

10.如权利要求8或9所述的PCB板表面缺陷检测方法,其特征在于,所述表面缺陷检测模型的损失函数LossAll为:

LossAll=LossIoU+LossConfidence+LossClass其中,LossIoU为IoU损失,LossConfidence为置信度损失,LossClass为预测缺陷类别的损失。