CN101120380A - 检测电子卡上的元件安装缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测电子卡上的元件的安装缺陷的方法，所述方法包括以下步骤：照射该元件并通过以点亮度级矩阵形式提供数字点图像的传感器来使元件的待控部分可视化；对元件部分根据预定方向建立一测量曲线，该测量曲线是通过将基准值赋予该预定方向上的连续点来获得的；通过将等于一系列待控元件部分的测量值的平均值的基准值赋予该预定方向上的连续像素来建立一基准曲线；根据与基准曲线相关的特性在每条测量曲线与该基准曲线之间进行比较；并根据所述比较来进行缺陷评定。

Description

检测电子卡上的元件安装缺陷的方法

本发明涉及一种检测电子卡上的元件安装缺陷的方法。

发明背景

众所周知，电子卡的工作缺陷主要源自诸元件中的一个的失效，或者源自制造电子卡之际安装元件时的缺陷，尤其是焊接元件时的缺陷，尤其是将电子元件的连接接头片焊接至印刷电路的导电迹线时的缺陷。

为了检测安装元件时的缺陷，已知的方法包括以下步骤：照射元件并通过以像素亮度级矩阵形式给出数字位图图像的传感器观察待检查的至少一元件部分。然后用算法处理如此获得的亮度级矩阵以通过与以令人满意的方式安装的相应元件部分的比较来确定哪些待检查部分未以令人满意的方式被安装。目前使用的比较算法一般取整个分析窗上的平均值。那些处理算法导致比较执行得过于宽泛并且无法确保存在的缺陷将被正确地检测到。

尤其从美国6 539 331号专利可获知一检查方法，该方法包括以下步骤：对元件的至少一部分在预定方向上建立一基准曲线，该曲线是通过将基准值赋予沿该预定方向的连续像素而获得的；对待检测的每个部分建立一测量曲线，该测量曲线是通过将与基准曲线的基准值对应的方式确定的测量值赋予沿该预定方向的连续像素而获得的；根据与基准曲线相关联的特性将测量曲线与基准曲线相比较；并根据上述比较来总结缺陷。

在该文献中，基准曲线是基于已知维度，即从无缺陷安装元件建立的模拟曲线。随后基于测试曲线与基准曲线之差建立误差曲线。为了在检查元件部分之际维度相等时包容测量值中的可能偏差，实现了一种迭代方法以致总处理变得复杂。

发明目的

本发明的目的是提供一种能易于实现，同时仍然实现令人满意的缺陷检测的检测缺陷的方法。

发明概要

本发明提供一种检测电子卡上的元件的安装缺陷的方法，该方法包括以下步骤：照射元件并通过以像素亮度级矩阵形式给出数字位图图像的传感器观察该元件的至少一待检查部分；对该元件的至少一部分在预定方向上建立一基准曲线，该曲线是通过将基准值赋予沿该预定方向的连续像素获得的；对每一待检查部分建立一测量曲线，该曲线是通过将以对应于基准曲线的基准值的方式确定的测量值赋予沿该预设方向的连续像素而获得的；根据与基准曲线相关联的特性将测量曲线与基准曲线相比较；并根据上述比较来总结缺陷；这些基准值是通过取一系列要检查的部分的测量值的平均来计算的。

因此，基准曲线直接考虑各待检查元件部分之间的测量偏差从而可使用简单算法来执行该比较。

根据本发明的一较佳方面，测量值是通过取沿与该预定方向垂直的方向测得的亮度级的平均值来计算的。这使亮度级中与安装质量没有直接关系的零星偏差的影响最小化。

根据本发明的另一较佳方面，以梯度形式评估测量值。这消除了在实现此检测方法之际亮度中总偏差的发生。

附图简要说明

细阅下面参照附图给出的说明，本发明的其它特征和优点变得清楚，在附图中：

图1是安装在电子卡上的元件的局部数字图像的再现；

图2是在本发明方法的初始步骤期间元件接头片的图解立体图；

图3是从图2的接头片获得的亮度级的矩阵；

图4示出建立在实现本发明方法时使用的曲线的第一方法；

图5示出建立在实现本发明方法时使用的曲线的第二方法；

图6示出当实现在图1的元件的接头片上实现时本发明的方法的曲线图表示。

发明具体说明

参照图1，可以看到一数字图像，该图像示出元件1的一部分以及安装以将元件1连接于电子卡的接头片3的三个接头片2.1、2.2和2.3。在该图像中，接头片2.1和2.2以令人满意的方式安装，而接头片2.3高起，即没有与相应接头片3形成接触。

图2是接头片2和与之相连的导电焊盘3的图解性立体图。图3是示出在具有由图2的立体图中可见的栅格7表示的像素的分析窗中测得的亮度级的矩阵。图4是表示建立实现本发明方法时使用的曲线的第一方法的曲线图。

以常规方式，矩阵像素的亮度级是通过用灯13照射元件并通过以位图形式给出数字图像的传感器14进行观察而获得的。

正如从图2的立体图中所见那样，接头片2具有连接于元件1的水平部分4、焊接于导电焊盘3的水平部分5、以及倾斜的中间部分6。

在图1中，当照射接头片时，水平部分4和5表现为几乎全白并且它们被与像素亮度级对应的不同阴影的灰色方格为边界。中间部分6表现为黑色，因为它们是倾斜的，由此使光偏斜，但接头片2.3是一例外，它是高起的，从而其中间部分6倾斜度较低并因此在图像中表现为灰白色。

定义该数字图像的每个像素以大为放大的小方格的形式出现在图1中，而像素的真实尺寸例如大约为25微米(μm)。

在图2的立体图中，定义该数字图像的像素以甚至比图1中的图像更大的简化方式来表示，从而形成一栅格7，它定义了3行以及12列，每一行在接头片的纵向上有彼此接壤的12个像素，每一列在与该纵向垂直的横向上有3个接壤的像素。为更好地识别，这些列被标以总标号8，并且用分标号8.1、8.2、……、8.5、……、8.8、……、8.12来识别。

以已知方式，定义分析窗的每个像素的亮度级被测量并用来建立如图3所示的矩阵。

在建立测量曲线的第一方法中，测量曲线沿接头片的纵向以已知方式建立，在接头片2.1的情形中，对纵向的连续像素赋予从亮度级矩阵的相应像素计算得到的各测量值。在以粗栅格形式表示以更好地解释本发明的前提下，曲线的每个像素9.1、9.2、……、9.12在图4的柱状图中表现为一柱形条。在建立由图4的图表中的虚线所示的曲线的第一种特定方法中，赋予曲线9的各像素的测量值等于亮度级矩阵的中间一行像素的亮度值。像素9.1因此具有250的测量值，像素9.2具有210的测量值，……，像素9.8具有130的测量值，……，而像素9.12具有240的测量值。然而，正如从图1所示的数字图像的再现中可以看到的那样，亮度级对给定列中的所有像素而言并不是恒定的，因此从单行像素来确定该曲线会导致根据分析窗相对于元件的待检测部分如何成帧而产生不正确的曲线。为了改善测量曲线的建立，优选通过取在与建立测量曲线的方向垂直的方向上测得的亮度级的平均值来计算测量值。在上述例子中，形成测量曲线的每个像素9.1、9.2、……的测量值由此是通过取每列中的像素的三个亮度级的平均值来计算的。结果所得曲线以连续的实线示出于图4的图表中。可以看出，在中间一行的像素的亮度级相比同一列中另外两个像素的亮度级表现出异常的列8.4和8.8中，通过取该列中的像素的亮度级的平均值获得的测量值更能代表与接头片2.1上相应列的形状对应的反射。还应观察到由于图2中极少量的像素用于阐述本发明，因此测量曲线表现为阶梯形。在实践中，由于像素维度非常小，因此可以看到测量曲线9呈图6所示波浪线的形式。

在本发明中，规定通过将基准曲线的每个像素与基准值关联来计算基准曲线19，其中基准值是通过取一系列待检查部分上的相应像素的测量值的平均值而计算得到的，即基准曲线的第一像素的基准值等于对所有或一系列待检查元件部分的第一像素测得的值的平均值，基准曲线的第二像素的基准值等于对同一系列的待检查部分中的测量曲线的第二像素测得的值的平均值，……。在此背景中，应当观察到这种平均值不仅包括以令人满意方式安装的待检查部分，还包括表现出缺陷的待检查部分。

从基准曲线19开始，根据相对于基准曲线的容限，即根据作为在以令人满意方式安装的情况下接受检查的元件部分相对于基准曲线19可能呈现的曲线差量，如图6所示那样确定一基准间隔10。为建立基准间隔而考虑的这些差量可能沿曲线的诸像素变化。

此后，对每个待检测部分，在本例中是对元件1的每个接头片2，在基准曲线和专门针对接受检查的该元件部分的测量曲线之间建立比较。与图1中的接头片2.1、2.2和2.3对应的三条测量曲线11示出于图6中。与接头片2.1对应的测量曲线11.1是点划线，与接头片2.2对应的测量曲线11.2是点线，与接头片2.3对应的测量曲线11.3是短划线。

在缺陷检查方法的第一实现中，在测量曲线11的每个像素和与基准间隔10对应的像素之间进行逐像素比较，并且根据测量曲线11落在基准间隔10之外的像素数目对每一待检查部分建立缺陷总结。在所示例子中，由点划线构成的测量曲线11.1和由点线构成的测量曲线11.2两者均完全落在基准间隔内并且它们对应于以令人满意的方式安装的那些接头片，而以短划线绘出的测量曲线有两部分A和B落在基准间隔10之外，这对应于安装异常，并且具体而言针对高起并因此没有固定于相应焊盘3的接头片。本发明的方法还使得能够检测其它缺陷，例如局部或完全失焊，具体而言是通过将测量曲线与接头片水平部分5周围的焊接缝12(见图2)的区域中的基准间隔进行比较。为了验证焊料出现在接头片所有侧边的旁边，本发明的方法优选首先使用纵向地覆盖接头片的分析窗在接头片的纵向上，并随后使用横向覆盖接头片的分析窗来实现，由此允许在每个接头片2的侧边上检查焊接缝12的状态。

根据本发明的确定基准曲线的方法可使基准间隔减小，由此随后当单独将每条测量曲线与减小的基准间隔比较时缺陷就被检查出来，而不必使用复杂的比较算法并同时最小化接受其中有一部分存在安装缺陷的元件的风险。

在实践中，本发明的方法优选地通过执行以下步骤来实现：按给定系列对待检查的诸部分(例如单个元件的所有接头片)测量所有的测量值，将测得值存储在存储器中，对接受检查的每个部分计算测得曲线，并将每条测量曲线存储在存储器中，通过取诸测量曲线的平均值计算基准曲线，并随后将每条测量曲线与基准曲线进行单独比较。

可以理解，当大量接受检查的部分有缺陷时，通过取测量值的平均值获得的基准曲线使各测量曲线与基准曲线之间的不合真实，由此导致即使接头片以相当有缺陷方式固定，元件也会被接受。

为了避免这种情形，优选在根据本发明建立的基准曲线的比较之前或之后执行第二比较。该第二比较是在每条测量曲线和建立自无缺陷元件的至少一部分的第二基准曲线之间进行的，这种比较使用加大的基准间隔以便于比较并同时使得那些有大量接受检查的部分存在缺陷的元件能被剔除。

还应当观察到，每个像素的亮度级不仅是待检查元件部分形状的函数，还是总照射强度的函数。为了避免不同连续元件中的检查中的不一致性，尤其是对于例如与焊接缝12对应部分的表现出低亮度级部分，优选通过使用并非从数字图像中的像素的亮度值直接计算得到的测量值来建立测量曲线(并因此建立相应基准曲线)。

在如图5所示的建立曲线的第二方法中，以梯度，即在建立曲线的方向上从一个像素相对于其前一像素的亮度级变化的形式来评估测量值。在图2的上述例子中，并在每列中取亮度级平均值，赋予曲线的第一像素的测量值为对应于像素9.1和9.2的亮度级平均值之间的差量-40。赋予曲线的第二像素的测量值为对应于像素9.2和9.3的亮度级平均值之间的差量-60。赋予曲线的第三像素的测量值为对应于像素9.3和9.4的亮度级平均值之间的差量10，……。然后如前面那样通过取一系列待检查部分的测量曲线的平均值来建立基准曲线。

随后逐像素地、或者更简单地通过将基准曲线的最高像素与基准曲线的最低像素之间的基准值差量与测量曲线的相应值的差量进行比较来执行基准曲线与以相同方式建立的测量曲线之间的比较，由此允许根据使用中的分析窗来局部检测出缺陷。

基准间隔可通过计算存在于多个不具有任何缺陷的元件之间的差量并将使用，从用来建立基准曲线的这组曲线获得的高斯曲线的标准差的倍数作为确定基准间隔的差量来手工或自动确定。

在另一执行比较的方法中，如图6所示，所考虑的特性不是赋予测量曲线的每个像素的值，而是两平稳段之间或曲线的两波峰之间的波谷的宽度L。该宽度可在波谷的顶部计算得到，或如图6所示在中部计算得到。应当观察到，对于测量曲线11.1和11.2，该宽度基本等于基准曲线19的宽度，而对于测量曲线11.3，波谷在曲线的部分A中实际上不存在，取而代之的是部分B中的凸峰。

在执行比较的又一方法中，如图5所示，考虑的特性是由曲线的一部分定义的面积15，不管曲线是如图5所示使用梯度建立的还是如图4所示使用亮度级建立的。

当然，本发明不局限于所述实施例并且可提供不同的实施例而不会超出如权利要求所定义的本发明范围。

具体地说，尽管在图6所示实现中，元件的无缺陷部分的测量曲线完全落在基准间隔内，然而也可用减小的基准区间来实现本发明的方法，基准区间被减小使得无缺陷地安装的元件部分的某些不一致作为落在基准间隔之外的像素出现在测量曲线中。随后通过参照落在基准间隔外的测量曲线像素的数目的阈值来建立缺陷总结。

尽管本发明是以在测量曲线和基准间隔之间进行逐像素比较的形式来描述的，但是观察测量曲线和基准间隔并通过模式识别算法来进行比较也是可行的。

Claims (10)

1.一种检查电子卡上的元件的安装缺陷的方法，所述方法包括以下步骤：照射所述元件并通过以像素亮度级矩阵形式给出数字位图图像的传感器(14)观察所述元件的至少一待检查部分(2)；对所述元件的至少一部分在一预定方向上建立一基准曲线，所述基准曲线是通过将基准值赋予沿所述预定方向的连续像素来获得的；对每个待检查部分建立一测量曲线，所述测量曲线是通过将以对应于所述基准曲线的基准值的方式确定的测量值赋予沿所述预定方向的连续像素来获得的；根据与所述基准曲线相关联的一特性将所述测量曲线与所述基准曲线相比较；并根据所述比较来总结所述缺陷，所述方法的特征在于，所述基准值是通过对一系列待检查部分的测量值取平均值来计算的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据相对于所述基准曲线的容限从所述基准曲线确定基准间隔；以及根据所述测量曲线落在所述基准间隔之外的像素数目来建立缺陷总结。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量值是通过取沿与所述预定方向垂直的方向测得的亮度级的平均值来计算的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量值是亮度级。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量值是以梯度形式评估的。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑用于比较的特性第一是基准值之间的差量，第二是测量值之间的相应差量。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述值差量是在所考虑的曲线的最高像素和最低像素之间所取。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑用于比较的特性是所述基准曲线中的波谷和所述测量曲线中相应波谷的宽度(L)。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，考虑用于比较的特性是由所述基准曲线的一部分和由所述测量曲线的一部分定义的面积。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在每个待检查部分的测量曲线与建立自无缺陷元件的至少一部分的第二基准曲线之间进行第二比较。

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