贴片生产线锡膏印刷质量三维检测关键技术研究

摘要

电子制造业的表面贴片安装技术大大减小了元器件尺寸、提高了安装密度和可靠性，同时便于自动化生产，已广泛运用于印刷电路板元器件安装中。锡膏印刷是表面贴片安装生产线的重要环节，贴片安装电子产品的缺陷80％以上都是由于锡膏印刷质量缺陷引起的，且生产线越前端的返修成本越低，所以有必要对锡膏印刷质量进行检测。传统的人工目检、激光三角法检测及其结合的半自动方法已无法满足表面贴片安装生产线对检测能力的快速性、实时性、准确性要求。对锡膏印刷质量的快速、实时、准确的自动检测成为提高电子制造业水平和电子产品质量的重要技术。基于机器视觉的锡膏印刷质量全自动三维检测是目前锡膏印刷质量检测的国际先进技术，它能够实现锡膏印刷质量的快速、实时、准确检测。
　　 本文首先分析了国内外有关锡膏印刷质量检测技术的研究历史和现状，然后对锡膏印刷质量三维检测关键技术进行了研究。具体研究内容包括：(1)锡膏三维测量系统的硬件系统设计和检测软件算法设计：研究了光栅投影系统、图像采集与处理系统，选择合适的硬件设备，搭建了锡膏三维测量实验系统，同时创新性地采用基于灰度图像的压电陶瓷定位精度校正方法，对光栅投影系统中的压电陶瓷的定位精度进行了改进，有利于提高后续的锡膏三维测量精度。(2)设计了摄像机标定方法：能有效校正镜头畸变、实现测量过程中图像坐标到世界坐标的转换，采用径向排列约束方法实现摄像机标定。(3)研究采用光栅投影相位测量轮廓术实现锡膏三维测量，采用四步相移法，在相位展开这一环节创新性地采用结合二维图像信息的多方法相位展开方案来获取代表锡膏厚度的相位展开值，然后再利用相位.高度映射关系得到锡膏的厚度数据。另外，由于采集到的图像会存在噪声的影响，噪声会影响相位展开效果，进而影响后续的锡膏三维测量精度，针对这一问题研究采用合适的图像滤波方法，通过图像预处理后将噪声对测量精度的影响降到最低。(4)采用光栅投影相位测量轮廓术获取了锡膏的厚度数据后，需要将这些三维数据在计算机屏幕上进行显示，设计了在Delphi平台上采用OpenGL编程技术开发锡膏三维数据显示模块的方法。实验结果表明：在Delphi平台上采用OpenGL编程技术开发锡膏三维显示模块不仅能够提高编程效率，而且能够提高图形的显示速度。开发的锡膏三维显示模块还具备对锡膏三维图进行旋转、缩放等交互功能，能够从多个视角显示锡膏印刷三维效果。
　　 本文对表面贴片安装生产线锡膏印刷质量三维检测的具体应用进行研究，解决了锡膏印刷质量三维检测中的一些关键工程技术问题，对进一步研制SMT锡膏印刷质量在线三维检测仪提供有价值的参考。