CN102679236B - 照明系统、包含该照明系统的自动光学检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种照明系统、包含其的自动光学检测装置及其方法。该照明系统包含斜射照明单元和同轴落射照明单元，其分别在受检电路板上形成斜射照明区域和落射照明区域，而所述照明区域均覆盖该受检电路板受检区域。该自动光学检测装置还包括一垂设于照明系统上方的相机。该方法包括S₁、启动该同轴落射照明单元，该相机获取该受检电路板的第一张图像；S₂、关闭该同轴落射照明单元；S₃、启动该斜射照明单元，该相机获取该受检电路板的第二张图像。S₄、关闭该斜射照明单元。本发明可真实还原受检电路板的真实色彩，有效地区分红铜色铜箔焊盘上的薄形焊锡覆盖的焊盘和具有露铜缺陷的焊盘。同轴落射照明单元增强了对贴装元件焊接处的外观缺陷检测能力。

Description

照明系统、包含该照明系统的自动光学检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种照明系统、包含该照明系统的自动光学检测装置及其方法。

背景技术

PCB(Printed Circuit Board印刷电路板)应用范围极其广泛，诸如手机、电话机、电视机、电脑、汽车、复印机、打印机、空调等所有电子产品内部随处可见。而在PCBA(Printed Circuit Board Assembly印刷电路板组装)生产制程中，元件的微型化和密集化是一直以来的发展趋势。依靠传统的人工目检方法已经不可能对分布细密的元件进行快速、可靠而且一致的外观缺陷瑕疵检测(常见缺陷有：缺件、偏移、错件、极反、短路、缺锡、多锡、虚焊、侧立、立碑、反贴、破损，多件、锡珠、印刷电路板板材刮伤等)，并且无法保存精确的检测记录。面对这样的状况，AOI(Automated OpticalInspector自动光学检测装置)设备应运而生，目前大多数PCB组装加工厂商都已逐步为其生产线安装AOI(自动光学检测装置)设备，以实现提高产能、提升品质、降低维修成本、改善制程的目的。自动光学检测装置可对组装过程中和组装完成后的PCB板进行精确而稳定的检测，并且同时还可以实现检测结果的电子化存贮和发布。从而使得产品组装的速度、精确度和可靠性都得到提高，成品率也因此得到了极大的提高。

一台印刷电路板自动光学检测装置主要包括如下几个核心部件：数字相机含镜头、照明灯、机械XY轴传动部件、电气控制器部件、图像处理主控电脑(配备了图像处理系统软件)等。

此外，当前自动光学检测装置在照明灯部件方面普遍只使用斜角度斜射红绿蓝三色照明，此类照明方式导致受检电路板图像上偏色，无法在图像上还原电路板真实色彩，很不直观。而且，此类斜角度斜射照明方式对印刷电路板上贴装元件的焊接外观缺陷瑕疵-虚焊在检测上存在非常大的检测难度，主要原因在于斜角度照明无法对形态各异的焊接形状进行归一化成像显示；同时此类红绿蓝三色照明对红铜色铜箔焊盘上的外观缺陷瑕疵-露铜，也同样存在非常大的检测难度，主要原因在于斜角度斜射红绿蓝三色照明对薄形焊锡覆盖的焊盘区域显示为红色，对完全无焊锡覆盖的露铜焊盘也是显示为红色，因此无法有效地区分出红铜色铜箔焊盘上的薄形焊锡覆盖的焊盘和具有露铜缺陷的焊盘。

综上所述，当前印刷电路板自动光学检测装置存在一些检测盲点，以及较多的弊端和推广应用局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的照明系统容易导致图像偏色，无法真实还原受检电路板色彩的问题，以及对于贴装元件的虚焊问题，和对于红铜色铜箔焊盘上的露铜问题的检测均存在较大难度的缺陷，提供一种照明系统、包含该照明系统的自动光学检测装置及其方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种照明系统，其包含一斜射照明单元，该斜射照明单元包括若干第一发光元件，该斜射照明单元发射的光束在受检电路板上形成一斜射照明区域，其特点在于，该照明系统还包括一位于该斜射照明单元上方的同轴落射照明单元，该同轴落射照明单元发射的光束在受检电路板上形成一落射照明区域，所述斜射照明区域和落射照明区域均覆盖该受检电路板的受检区域。同轴落射照明单元能够照亮受检电路板上的元器件的顶面，对形态各异的焊点可较好地实现归一化成像显示和检测。

更佳地，所述落射照明区域为四边形。

其中，该同轴落射照明单元包括一半反半透镜以及若干位于该半反半透镜对面的第二发光元件；所述第二发光元件在与该受检电路板竖直的平面内成矩阵形式分布；所述第二发光元件所发射的光束经该半反半透镜反射后垂直投射至该受检测电路板上。

其中，该半反半透镜相对该受检电路板所在平面的安装角度为45°。

其中，所述第一发光元件和所述第二发光元件所发射的光束均为白光。采用白色光源替代现有技术中的三色光源可还原物体真实色彩，辅助获取与真实受检电路板颜色完全一致的图像，从而实现薄形焊锡覆盖的焊盘区域显示为焊锡真实色彩——银白色，对完全无焊锡覆盖的露铜焊盘则显示为红铜色。因此，可有效地区分出红铜色铜箔焊盘上的薄形焊锡覆盖焊盘和具有露铜缺陷焊盘。此外，发射白色光束的同轴落射照明单元很大程度地增强了对贴装元件的虚焊现象的检测能力。

其中，所述第一发光元件和所述第二发光元件均为LED发光元件。

其中，该同轴落射照明单元与斜射照明单元容置于一壳体中，该壳体的顶面和底面均设有开口。

其中，该壳体的顶部的开口上设有一灰尘防护透镜。用于防止灰尘落入受检电路板的表面，影响受检电路板的表面形态。

本发明又提供了一种自动光学检测装置，其包括一照片处理单元，其特点在于，该自动光学检测装置还包括所述的照明系统，以及一位于该照明系统上方、并与该照片处理单元连接的相机；其中，该相机的镜头的中轴线垂设于该落射照明区域的中心，所述受检区域为该相机的FOV(Field of View：视野)。同轴落射照明单元对形态各异的焊接形状可较好地实现归一化成像显示和检测。由于所述相机的镜头的中轴线与同轴落射照明所反射的光束的中轴线重合，故而有焊锡斜坡的地方无论形态如何，图像都较为暗淡，无焊锡斜坡相对平坦的地方则图像都较为明亮。所以在同轴落射照明单元照射下，所获得的贴装元件焊接部位的图像呈现暗淡的区域则代表焊锡状况合格，而所获得的贴装元件焊接部位的图像呈现亮点或亮块的区域则代表焊锡存在缺陷，例如缺锡、虚焊、IC引脚浮起等。因此，同轴落射照明单元很大程度地增强了对贴装元件焊接处的上述外观缺陷检测能力。白色斜射照明单元与上述同轴落射照明单元进一步配合，则能很好地还原受检电路板真实色彩，从而可很稳定地检测区分出红铜色铜箔焊盘上的薄形焊锡覆盖焊盘和具有露铜缺陷焊盘。

本发明还提供了一种采用上述自动光学检测装置的拍照方法，其特点在于，其包括如下步骤：

S₁、启动该同轴落射照明单元，该相机获取该受检电路板的第一张图像；

S₂、关闭该同轴落射照明单元；

S₃、启动该斜射照明单元，该相机获取该受检电路板的第二张图像。

S₄、关闭该斜射照明单元。其中，该方法中开启同轴落射照明单元以及斜射照明单元的顺序可以颠倒，此时的拍摄步骤可相应地参考步骤S₁～步骤S₄，在此不再赘述。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的照明系统在传统的斜射照明单元的基础上增设了同轴落射照明单元，从受检电路板的正上方垂直落射进行照明，实现归一化成像显示和检测，由于同轴落射照明单元使得所发射光束的中轴线和相机镜头的中轴线重合，有焊锡斜坡的地方，垂直入射的照明光线会部分被反射而无法返回相机，因此无论形态如何的焊锡斜坡获得的图像都较为暗淡；无焊锡斜坡或者相对平坦的地方，垂直入射的照明光线会垂直反射回相机，则无焊锡斜坡或者相对平坦的地方所获得的图像都较为明亮。所以在同轴落射照明单元照射下，所获得的贴装元件焊接部位的图像呈现暗淡的区域则代表焊锡状况合格，而所获得的贴装元件焊接部位的图像呈现亮点或亮块的区域则代表焊锡存在缺陷，例如缺锡、虚焊、IC引脚浮起等。因此，同轴落射照明单元很大程度地增强了对贴装元件焊接处的上述外观缺陷检测能力。

此外，采用白色光源替代现有技术中的三色光源可还原物体真实色彩，辅助获取与真实受检电路板颜色完全一致的图像，从而实现薄形焊锡覆盖的焊盘区域显示为焊锡真实色彩——银白色，对完全无焊锡覆盖的露铜焊盘则显示为红铜色，因此可有效区分出红铜色铜箔焊盘上的薄形焊锡覆盖焊盘和具有露铜缺陷焊盘。

而本发明中的包含该照明系统的自动光学检测装置及其拍照方法可真实地还原受检电路板的色彩，清晰、准确地区分红铜色铜箔焊盘上的薄形焊锡覆盖焊盘和具有露铜缺陷焊盘，同时也很大程度地增强了对贴装元件焊接处的缺锡、虚焊、IC引脚浮起等外观缺陷的检测能力，提高检测的准确性和检测的效率。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例中的的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的照明系统包括一壳体1，该壳体1为一个中空结构，并且壳体1的顶面与底面均设有开口，在顶面的开口处设有一灰尘防护透镜5。检测时，受检电路板7平放于该壳体1的下方。

在壳体1的底部位置容置有一斜射照明单元。该斜射照明单元包括若干第一发光元件2，所述第一发光元件2形成一倒锥形的光束，所述光束照射到受检电路板7上形成一斜射照明区域。该斜射照明单元为现有技术，在此不再赘述。但与现有技术不同的是，本发明中的第一发光元件2均为白色的LED灯。

在壳体1的上部位置容置有一同轴落射照明单元。该同轴落射照明单元包括一半反半透镜4，该半反半透镜4相对受检电路板7所在平面的安装角度为45°。在半反半透镜4的前侧设有以矩阵形式排列的第二发光元件3，本实施例中所述第二发光元件3成20×16形式排布。并且，该第二发光元件3相对受检电路板7所在平面的入射角度为0°。第二发光元件3射出的光束经过半反半透镜4的反射后垂直照射到受检电路板7的表面，并在该表面形成一个成四边形的落射照明区域。此外，所述第二发光元件3也均采用白色的LED灯。

本实施例中的受检电路板7成水平放置，因此半反半透镜4与水平面成45°设置，而正射照明元件3所发射的光束与水平面成0°。

本发明的自动光学检测装置还包括一悬设于该照明系统上方的相机6，所述相机6与该照明系统联动。并且，相机6的镜头的中轴线垂直穿过上述落射照明区域的中心。也就是说，相机6的镜头中轴线与同轴落射照明单元沿竖直方向的延伸的光束的中轴线重合。上述斜射照明区域和落射照明区域均覆盖相机6的FOV。

同轴落射照明单元和斜射照明单元可以分别为受检电路板7上的元器件8的顶面和侧面提供照明。

在对受检电路板7进行拍照时：首先打开同轴落射照明单元，相机6获取受检电路板7的第一张照片，然后关闭该同轴照明单元，同时开启斜射照明单元，相机6继而获取受检电路板7的第二张照片。这两张照片被送至自动光学检测装置的相片处理单元进行分析。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种照明系统，其包含一斜射照明单元，该斜射照明单元包括若干第一发光元件，该斜射照明单元发射的光束在受检电路板上形成一斜射照明区域，其特征在于，该照明系统还包括一位于该斜射照明单元上方的同轴落射照明单元，该同轴落射照明单元发射的光束在受检电路板上形成一落射照明区域，所述斜射照明区域和落射照明区域均覆盖该受检电路板的受检区域，所述落射照明区域为四边形，该同轴落射照明单元包括一半反半透镜以及若干位于该半反半透镜对面的第二发光元件；所述第二发光元件在与该受检电路板竖直的平面内成矩阵形式分布；所述第二发光元件所发射的光束经该半反半透镜反射后垂直投射至该受检电路板上，该半反半透镜相对该受检电路板所在平面的安装角度为45°，所述第一发光元件和所述第二发光元件所发射的光束均为白光。

2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述第一发光元件和所述第二发光元件均为LED发光元件。

3.如权利要求2所述的照明系统，其特征在于，该同轴落射照明单元与斜射照明单元容置于一壳体中，该壳体的顶面和底面均设有开口。

4.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，该壳体的顶部的开口上设有一灰尘防护透镜。

5.一种自动光学检测装置，其包括一照片处理单元，其特征在于，该自动光学检测装置还包括权利要求1-4中任一项所述的照明系统，以及一位于该照明系统上方、并与该照片处理单元连接的相机；其中，该相机的镜头的中轴线垂设于该落射照明区域的中心，受检区域为该相机的FOV。

6.一种采用权利要求5所述的自动光学检测装置的拍照方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S₁、启动该同轴落射照明单元，该相机获取该受检电路板的第一张图像；

S₂、关闭该同轴落射照明单元；

S₃、启动该斜射照明单元，该相机获取该受检电路板的第二张图像；

S₄、关闭该斜射照明单元。