CN102305594B - 一种锡膏厚度的激光测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锡膏厚度的激光测量方法，涉及电子产品品质检测技术领域，主要用于对SMT工艺制作产品的锡膏厚度检测，主要利用摄像机和激光器完成，具体包括三个步骤：1、确定PCB基板的基准位置点；2、获取待测PCB板的所有位置点；3、通过分析待测PCB板的位置偏移量制作3D效果图，并获取锡膏的厚度。本方法的特点是过程简单，对电子产品的质量检测可信性高。

Description

一种锡膏厚度的激光测量方法

技术领域

本发明涉及电子产品品质检测技术领域，具体说是一种锡膏厚度的激光测量方法。

背景技术

在电子制造领域中，表面贴装技术（SMT）已得到广泛使用，而锡膏印刷工艺是整个生产工艺流程中非常关键的一环，故对锡膏印刷的品质的检测是十分重要的，据统计，SMT工艺中的品质不良，有70%是来自于锡膏印刷这一环节。目前常用的检查方法还停留在2D的检查模式，即主要是检查锡膏的位置和面积。

发明内容

本发明的目的是弥补现有技术缺陷，提供一种锡膏厚度的激光测量方法，本方法的特点是简单灵活，对设备组成的要求较低。

技术手段：本发明公开了一种锡膏厚度的激光测量方法，其特征在于，该方法是利用激光器、摄像机和与摄像机连接的计算机，采用相似三角形分析法将锡膏厚度转化为对激光照射点偏移量的测量，进而获取锡膏的厚度值，再与原有的2D值相结合，为PCB基板及其上的锡膏绘制三维图，然后对三维图进行测量获取锡膏厚度，

具体包括下列步骤：

步骤S1：确定基准位置图像，利用激光器以一定的角度α闪击已知厚度s的未经加工的PCB基板，此时激光器的照射点A为基准位置即参考点A，摄像机在H的高度，以β的角度拍摄A的位置图像，其成像于O点即获取该PCB基板上的激光照射位置的位置图像，并将该位置的图像设为基准位置图像；

步骤S2：利用激光器以步骤S1中的角度α闪击经锡膏印刷工艺处理的待检PCB板，同时用摄像机以步骤S1中的角度β和高度H拍摄获取该待检PCB板上的激光照射位置的检测位置图像，得到成像点E点，参考点A在待测物表面的正投影为D，设两次拍摄的成像点位置偏移量OE=x，AD=d₁，O点、A点分别构成两个相似三角形其中的一个顶点，通过相似三角形原理，则有

激光器和摄像机的设置参数不变，OB、AB和cosα均为常数，其中参考点A为基准位置，B为摄像机的镜头位置，OB为摄像机镜头的焦距，AB为参考点A到摄像机的镜头位置B的距离，d为参考点A到参考点A在待测物表面的正投影D点的距离d1与未经加工的PCB基板之厚度s的和；

步骤S3：重复执行步骤S2，由计算机测量出待测PCB板上的所有点的偏移量x，再利用公式

以及基准位置的参数绘制三维图像，再由计算机对三维图像进行测量得出锡膏厚度值。

对各检测位置图像进行滤波去噪处理，而且根据实际情况并结合已有方法提出自适应阈值滤波，通过计算各光点到图像中心的距离即偏移量x，并且这些光点是否组成联通的线，来分离区域外部点Out Points和区域内部点InnerPoints，并以Inner Points来计算激光偏移。

所述步骤S3利用的数学模型为

$\mathrm{rows}=\frac{1}{\mathrm{end}-\mathrm{start}}\underset{j=\mathrm{start}}{\overset{\mathrm{end}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\underset{i=0}{\overset{\mathrm{height}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{gray}(i,j)*i}{\underset{i=0}{\overset{\mathrm{hight}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{gray}(i,j)}$

其中，rows表示所求激光位置，end,start表示对焦的范围，j表示图像的当前列，i表示图像的当前行，gray(i,j)表示图像当前位置像素点的灰度值。

有益效果：本发明采用三角形分析法将锡膏厚度转化为对激光照射点偏移量的测量，简单而且准确的获取锡膏的厚度值，与原有的2D技术相结合，为锡膏印刷提供了详细的三维（3D）信息，为整个SMT工艺提高品质提供了最大可能；锡膏印刷是SMT的前端工艺，通过杜绝前端工艺的品质不良，可避免后续工艺的重复不良，从而大大降低了整个生产流程的成本。

附图说明

图1为本发明的方法示意图之一；

图2为本发明的方法示意图之二；

图3为本发明测得偏移量的效果图；

图4为本发明根据偏移量绘制的3D效果图。

具体实施方式

本发明公开了一种锡膏厚度的激光测量方法，该方法是利用激光器、摄像机和与摄像机连接的计算机完成的，具体包括下列步骤：

步骤S1：利用激光器以一定的角度闪击已知厚度的未经加工的PCB基板，同时用相对于激光器固定设置的摄像机以一定的角度和高度拍摄获取该PCB基板上的激光照射位置的位置图像，并将该位置的图像设为基准位置图像；

步骤S2：利用激光器以步骤S1中的角度闪击经锡膏印刷工艺处理的待检PCB板，同时用摄像机以步骤S1中的角度和高度拍摄获取该待检PCB板上的激光照射位置的检测位置图像；

步骤S3：重复执行步骤S2，获取整个待检PCB板上的所有点的检测位置图像；

步骤S4：通过计算机分析计算获得检测位置相对于基准位置的位置偏移量，并获取待检PCB板的厚度值；

其中，所述步骤S4包括：

步骤a：获取各检测图像上激光照射位置点的像素点；

步骤b：经计算机分析获取（1）中各像素点的位置偏移量；

步骤c：根据位置偏移量以及基准位置绘制三维图；

步骤d：对三维图进行测量获取高度值。

步骤b利用的数学模型为：

$\mathrm{rows}=\frac{1}{\mathrm{end}-\mathrm{start}}\underset{j=\mathrm{start}}{\overset{\mathrm{end}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\underset{i=0}{\overset{\mathrm{height}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{gray}(i,j)*i}{\underset{i=0}{\overset{\mathrm{hight}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{gray}(i,j)}---\left(a\right)$

其中，rows表示所求激光位置，end,start表示对焦的范围，j表示图像的当前列，i表示图像的当前行，gray(i,j)表示图像当前位置像素点的灰度值。

步骤S1中，激光器与摄像机相对固定设置，是指在一次检测活动中，激光器的位置固定并找到最佳基准位置后，摄像机的位置也固定不变。

下面结合几何方式对本发明做具体说明。对于一次检测活动，首先要确定基准位置图像，如图1所示，以α=45°为例，图中B为摄像机的镜头位置，OB为摄像机镜头的焦距，首先将厚度为s的未经加工的PCB基板3置于平台2上，激光器1以α=45°的角度闪击PCB基本，照射点A即为基准位置，摄像机在H的高度，以β=45°的角度拍摄A的位置图像，其成像于O点。

确定基准位置后，如图2所示，第二次将待检PCB板4置于平台2上，激光器1仍然以α=45°的角度闪击待检PCB板2，其照射点为A₁，摄像机的拍摄角度β和高度H不变，其成像点为E点；D为参考点A在待测物表面的正投影，设两次拍摄的成像点位置偏移量OE=x，AD=d₁。

可以看到，直角三角形A₁AB和直角三角形EOB为相似三角形，所以有：

$\frac{\mathrm{OE}}{{\mathrm{AA}}_1}=\frac{\mathrm{OB}}{\mathrm{AB}}---\left(b\right)$

${\mathrm{AA}}_1=\frac{\mathrm{AD}}{\cos \mathrm{\α}}---\left(c\right)$

由（b）、（c）可以得到：

$\mathrm{OE}=x=\frac{\mathrm{OB}}{\mathrm{AB}}{\mathrm{AA}}_1=\frac{\mathrm{OB}}{\mathrm{AB}}\frac{\mathrm{AD}}{\cos \mathrm{\α}}=\frac{\mathrm{OB}}{\mathrm{AB}}\frac{1}{\cos \mathrm{\α}}{d}_1$

其中，在一次检测中，激光器和摄像机的设置参数不变，所以OB、AB和cosα均为常数，即：x=k·d₁，所以有：

$d=d_1+s=s+\frac{x}{k}---\left(d\right)$

重复上述过程，由计算机测量出待测PCB板上的所有点的偏移量x，再利用公式（d）的原理以及基准位置的相关参数绘制三维图像，再由计算机对三维图像进行测量得出高度值。如图3所示即为测得偏移量的效果图，图4所示为根据偏移量生成的3D效果图。本发明的激光器的闪击角度α和摄像机的拍摄角度β根据实际应用而定，本实施例中α=β=45°只为说明本方法，不应理解为对本发明的限制。

在实际中，由于各种噪声的干扰，必须对图像进行预处理。所以在步骤a之前还有步骤e：对各检测位置图像进行滤波去噪处理，用均值滤波滤除椒盐噪声，用高斯滤波滤除高斯噪声。另外，由于实际环境的影响，产生的一些干扰没法用常规的方法减少干扰。所以本发明根据实际情况并结合已有方法提出自适应阈值滤波，通过计算各光点到图像中心的距离（即偏移量x），并且这些光点是否组成联通的线，来分离区域外部点Out Points和区域内部点Inner Points。并以Inner Points来计算激光偏移。

Claims (3)

1.一种锡膏厚度的激光测量方法，其特征在于，该方法是利用激光器、摄像机和与摄像机连接的计算机，采用相似三角形分析法将锡膏厚度转化为对激光照射点偏移量的测量，进而获取锡膏的厚度值，再与原有的2D值相结合，为PCB基板及其上的锡膏绘制三维图，然后对三维图进行测量获取锡膏厚度，

具体包括下列步骤：

步骤S1：确定基准位置图像，利用激光器以一定的角度α闪击已知厚度s的未经加工的PCB基板，此时激光器的照射点A为基准位置即参考点A，摄像机在H的高度，以β的角度拍摄A的位置图像，其成像于O点即获取该PCB基板上的激光照射位置的位置图像，并将该位置的图像设为基准位置图像；

步骤S2：利用激光器以步骤S1中的角度α闪击经锡膏印刷工艺处理的待检PCB板，同时用摄像机以步骤S1中的角度β和高度H拍摄获取该待检PCB板上的激光照射位置的检测位置图像，得到成像点E点，参考点A在待测物表面的正投影为D，设两次拍摄的成像点位置偏移量OE=x，AD=d₁，O点、A点分别构成两个相似三角形其中的一个顶点，通过相似三角形原理，则有

激光器和摄像机的设置参数不变，OB、AB和cosα均为常数，其中参考点A为基准位置，B为摄像机的镜头位置，OB为摄像机镜头的焦距，AB为参考点A到摄像机的镜头位置B的距离，d为参考点A到参考点A在待测物表面的正投影D点的距离d₁与未经加工的PCB基板之厚度s的和；

步骤S3：重复执行步骤S2，由计算机测量出待测PCB板上的所有点的偏移量x，再利用公式

以及基准位置的参数绘制三维图像，再由计算机对三维图像进行测量得出锡膏厚度值。

2.根据权利要求1所述的锡膏厚度的激光测量方法，其特征在于：对各检测位置图像进行滤波去噪处理，而且根据实际情况并结合已有方法提出自适应阈值滤波，通过计算各光点到图像中心的距离即偏移量x，并且这些光点是否组成联通的线，来分离区域外部点Out Points和区域内部点Inner Points，并以Inner Points来计算激光偏移。

3.根据权利要求1所述的锡膏厚度的激光测量方法，其特征在于：所述步骤S3利用的数学模型为

$\mathrm{rows}=\frac{1}{\mathrm{end}-\mathrm{start}}\underset{j=\mathrm{start}}{\overset{\mathrm{end}}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\underset{i=0}{\overset{\mathrm{height}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{gray}(i,j)*i}{\underset{i=0}{\overset{\mathrm{hight}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{gray}(i,j)}$

其中，rows表示所求激光位置，end,start表示对焦的范围，j表示图像的当前列，i表示图像的当前行，gray(i,j)表示图像当前位置像素点的灰度值。

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