CN110441310A - 电子元器件外壳外观缺陷测量装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

一种电子元器件外壳外观缺陷测量装置和测量方法，该装置主要包括第一CCD相机、第一变倍镜头、环形光源、第一同轴照明光源、第一光纤、第二CCD相机、第二变倍镜头、第二同轴照明光源、第二光纤、旋转位移台、光源控制模块、图像采集控制模块、机械运动控制模块和计算机。本发明根据电子元器件外壳不同封装材料的表面粗糙程度及反射特性，采用散射暗场成像和同轴照明成像的方式，能够检测各类电子元器件外壳表面缺陷，获取高对比度缺陷图像。采用正面和侧面成像方式，结合旋转位移台实现不同封装形式的电子元器件外壳正面、所有侧面及引出端表面缺陷测量。

Description

电子元器件外壳外观缺陷测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及电子元器件，特别是一种针对电子元器件外壳外观缺陷测量装置和测量方法。

背景技术

电子元器件是构成通信、计算机及网络、数字音频视频等系统和终端产品的基础，对电子信息产业发展起着至关重要的作用。然而，在生产加工过程中，经历多重工序处理后，电子元器件外壳表面和引出端不可避免地产生表面凹陷、划痕、污渍和引出端玻璃绝缘子裂缝等缺陷。外壳外观缺陷不仅影响外表美观，更会造成产品使用故障，降低元器件的使用寿命，给系统装备应用带来严重的安全隐患。因此，需要在装配任务之前将有外观缺陷的电子元器件检测出来，并剔除。但是，电子设备和系统的复杂程度越来越高，其中包含的电子元器件种类和数量不断增加。电子元器件封装包括了晶体管外形封装(TO)、双列直插式封装(DIP)、方形扁平式封装(QFP)、无引脚芯片载体封装(LCC)、小外形封装(SOP)和球栅阵列封装(BGA)等多种形式。而且封装材料材质各异，包括金属、陶瓷、玻璃和塑料等。封装形式的多种多样和材料材质的差异性，导致电子元器件外壳外观缺陷难以有效检测。

目前电子元器件外壳外观缺陷检测仍然主要依靠人工目视。人工目视检测缺点是显而易见的：电子元器件朝轻便、微型化方向发展，微小的外观缺陷无法通过肉眼准确检测，测量精度低；受生理影响，人工检测效率低，无法24小时全天候工作；测量结果易受检测人员主观因素的影响，不具传递性。虽然目前已有一些基于机器视觉的方案(CN101576508B、CN 203587523U)用于电子元器件外壳外观缺陷检测，但都只能针对某一类或几类封装形式的电子元器件，并且没有考虑封装材料材质的差异，无法满足上述各类电子元器件外壳外观缺陷检测需求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种电子元器件外壳外观缺陷测量装置和测量方法。根据电子元器件外壳材料的反射和散射特性，采用散射暗场成像和同轴照明成像相搭配的方式，结合机械结构设计实现对不同封装材料、不同封装形式的电子元器件外壳外观缺陷检测。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电子元器件外壳外观缺陷测量装置，其特点在于，包括第一CCD相机、第一变倍镜头、环形光源、第一同轴照明光源、第一光纤、第二CCD相机、第二变倍镜头、第二同轴照明光源、第二光纤、电子元器件、旋转位移台、光源控制模块、图像采集控制模块、机械运动控制模块和计算机；

所述的旋转位移台包含X、Y、Z方向的直线移动机构和在XY面内360°任意角度转动的旋转机构，所述的待测的电子元器件置于所述的旋转位移台上；

所述的第一CCD相机、第一变倍镜头和环形光源位于所述的电子元器件的上方，所述的环形光源固定在所述的第一变倍镜头上，所述的环形光源的中心轴与所述的第一变倍镜头的光轴共线，所述的第一变倍镜头的光轴沿Z轴方向并与所述的电子元器件的上表面的法线平行；

所述的第一光纤的输入端和输出端分别与所述的第一同轴照明光源的输出端及第一变倍镜头的光纤插入槽连接；

所述的第二CCD相机和第二变倍镜头位于所述的电子元器件的侧面，所述的第二变倍镜头的光轴沿X轴方向并与所述的电子元器件的上表面的法线垂直；

所述的第二光纤的输入端和输出端分别与所述的第二同轴照明光源的输出端及第二变倍镜头的光纤插入槽连接；

所述的第一变倍镜头和第二变倍镜头是远心镜头；

所述的计算机与所述的光源控制模块、图像采集控制模块、机械运动控制模块连接，所述的光源控制模块与所述的环形光源、第一同轴照明光源和第二同轴照明光源连接，所述的图像采集控制模块与所述的第一CCD相机和第二CCD相机连接，所述的机械运动控制模块与所述的旋转位移台连接。

利用所述的测量装置进行电子元器件外壳外观缺陷的测量方法，其特点在于，该方法包括下列步骤：

1)测量所述的电子元器件外壳上表面缺陷：

①所述的旋转位移平台沿Y轴方向移动，将所述的电子元器件置于所述的旋转位移台上，所述的旋转位移台沿Y轴向内运动，将所述的电子元器件置于所述的第一变倍镜头的视场中，通过所述的旋转位移台微调所述的电子元器件的高度，使所述的电子元器件的上表面位于第一变倍镜头的成像物面上；

②根据所述的电子元器件不同封装材料表面粗糙程度选择散射暗场成像或同轴照明成像方式：

若所述的电子元器件外壳上表面呈光滑状态，上表面粗糙度δ＜t，t为表面粗糙度阈值，表面散射较弱，选择散射暗场成像，由所述的光源控制模块打开所述的环形光源，关闭所述的第一同轴照明光源和第二同轴照明光源；所述的光源控制模块根据外壳上表面反射率的高低，降低或调高所述的环形光源的发光强度，所述的环形光源发出的光束斜入射到所述的电子元器件上表面，外壳表面缺陷产生的散射光被所述的第一变倍镜头收集，在第一CCD相机上成明亮像；

若所述的电子元器件外壳上表面粗糙，δ≥t，表面散射较强影响缺陷测量，选择同轴照明成像，所述的光源控制模块打开所述的第一同轴照明光源，关闭所述的环形光源和第二同轴照明光源，所述的第一同轴照明光源发出的光束经过所述的第一光纤导入到所述的第一变倍镜头内部后，被聚焦垂直入射到所述的电子元器件外壳的上表面，经过外壳的上表面反射的光束沿原路返回通过所述的第一变倍镜头，入射到所述第一CCD相机上成像，照射在表面缺陷区域的光束被部分或全部散射，表面缺陷在所述的第一CCD相机上成暗像；

③所述的图像采集控制模块发出指令使所述的第一CCD相机采集图像，并将采集的图像输入并保存在所述的计算机中；

2)测量所述的电子元器件侧面的和引出端面的缺陷：

①所述的旋转位移台带动所述的电子元器件沿X方向移动，使待测的侧面和引出端面位于所述的第二变倍镜头的成像物面上；

②所述的光源控制模块打开所述的第二同轴照明光源，关闭所述的环形光源和第一同轴照明光源，所述的第二同轴照明光源发出的光经过所述的第二光纤导入到所述的第二变倍镜头的内部后，被聚焦垂直入射到所述的电子元器件的侧面和引出端面，经过表面反射后通过所述的第二变倍镜头，入射到所述的第二CCD相机上成像，所述的侧面和引出端面的缺陷在所述的第二CCD相机上成较暗的像，所述的图像采集控制模块发出指令使所述的第二CCD相机采集所述的电子元器件侧面和引出端表面缺陷图像并输入并存储在所述的计算机中；

③若电子元器件还有引出端面和侧面待测，所述的机械运动控制模块控制控制所述的旋转位移台的旋转机构顺时针依次旋转90°，将所述的电子元器件另一侧面和端面面向所述的第二变倍镜头并返回步骤②；当所有的引出端表面或侧面的缺陷图像均已测完，则进入下一步；

3)完成该电子元器件外壳外观缺陷的测量。

与现有技术相比本发明的优点如下：

(1)根据电子元器件外壳不同封装材料的表面粗糙程度及反射特性，采用散射暗场成像和同轴照明成像的方式，能够适应各类型电子元器件外壳表面缺陷测量，获取高对比度缺陷图像。

(2)采用正面和侧面成像方式，结合旋转位移台实现不同封装形式的电子元器件外壳正面、所有侧面及引出端表面缺陷测量，结构紧凑。

附图说明

图1是本发明电子元器件外壳外观缺陷测量装置示意图

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。

实施例

图1为本发明电子元器件外壳外观缺陷自动装置示意图，由图可见，本发明电子元器件外壳外观缺陷测量装置，包括第一CCD相机1、第一变倍镜头2、环形光源3、第一同轴照明光源4、第一光纤5、第二CCD相机6、第二变倍镜头7、第二同轴照明光源8、第二光纤9、电子元器件10、旋转位移台11、光源控制模块12、图像采集控制模块13、机械运动控制模块14和计算机15；

所述的旋转位移台11包含X、Y、Z方向的直线移动机构和在XY面内360°任意角度转动的旋转机构，所述的待测的电子元器件10置于所述的旋转位移台11上；

所述的第一CCD相机1、第一变倍镜头2和环形光源3位于所述的电子元器件10的上方，所述的环形光源3固定在所述的第一变倍镜头2上，所述的环形光源3的中心轴与所述的第一变倍镜头2的光轴共线，所述的第一变倍镜头2的光轴沿Z轴方向并与所述的电子元器件10的上表面的法线平行；

所述的第一光纤5的输入端和输出端分别与所述的第一同轴照明光源4的输出端及第一变倍镜头2的光纤插入槽连接；

所述的第二CCD相机6和第二变倍镜头7位于所述的电子元器件10的侧面，所述的第二变倍镜头7的光轴沿X轴方向并与所述的电子元器件10的上表面的法线垂直；

所述的第二光纤9的输入端和输出端分别与所述的第二同轴照明光源8的输出端及第二变倍镜头7的光纤插入槽连接；

所述的第一变倍镜头2和第二变倍镜头7是远心镜头；

所述的计算机15与所述的光源控制模块12、图像采集控制模块13、机械运动控制模块14连接，所述的光源控制模块12与所述的环形光源3、第一同轴照明光源4和第二同轴照明光源8连接，所述的图像采集控制模块13与所述的第一CCD相机1和第二CCD相机6连接，所述的机械运动控制模块14与所述的旋转位移台11连接。

利用上述测量装置进行电子元器件外壳外观缺陷的测量方法，该方法包括下列步骤：

1)测量所述的电子元器件外壳上表面缺陷：

①所述的旋转位移平台11沿Y轴方向向外移动，将所述的电子元器件10置于所述的旋转位移台11上，所述的旋转位移台11沿Y轴向内运动，将所述的电子元器件10置于所述的第一变倍镜头2的视场中，通过所述的旋转位移台11微调所述的电子元器件10的高度，使所述的电子元器件10的上表面位于第一变倍镜头2的成像物面上；

②根据所述的电子元器件10不同封装材料表面粗糙程度选择散射暗场成像或同轴照明成像方式：

若所述的电子元器件10外壳上表面呈光滑状态，上表面粗糙度δ＜t，t为表面粗糙度阈值，表面散射较弱，选择散射暗场成像，由所述的光源控制模块12打开所述的环形光源3，关闭所述的第一同轴照明光源4和第二同轴照明光源8；所述的光源控制模块12根据外壳上表面反射率的高低，降低或调高所述的环形光源3的发光强度，所述的环形光源3发出的光束斜入射到所述的电子元器件10上表面，外壳表面缺陷产生的散射光被所述的第一变倍镜头2收集，在第一CCD相机1上成明亮像；

若所述的电子元器件10外壳上表面粗糙，δ≥t，表面散射较强影响缺陷测量，选择同轴照明成像，所述的光源控制模块12打开所述的第一同轴照明光源4，关闭所述的环形光源3和第二同轴照明光源8，所述的第一同轴照明光源4发出的光束经过所述的第一光纤5导入到所述的第一变倍镜头2内部后，被聚焦垂直入射到所述的电子元器件10外壳的上表面，经过外壳的上表面反射的光束沿原路返回通过所述的第一变倍镜头2，入射到所述第一CCD相机1上成像，照射在表面缺陷区域的光束被部分或全部散射，表面缺陷在所述的第一CCD相机1上成暗像；

③所述的图像采集控制模块13发出指令使所述的第一CCD相机1采集图像，并将采集的图像输入并保存在所述的计算机15中；

2)测量所述的电子元器件10侧面的和引出端面的缺陷：

①所述的旋转位移台11带动所述的电子元器件10沿X方向移动，使待测的侧面和引出端面位于所述的第二变倍镜头7的成像物面上；

②所述的光源控制模块12打开所述的第二同轴照明光源8，关闭所述的环形光源3和第一同轴照明光源4，所述的第二同轴照明光源8发出的光经过所述的第二光纤9导入到所述的第二变倍镜头7的内部后，被聚焦垂直入射到所述的电子元器件10的侧面和引出端面，经过表面反射后通过所述的第二变倍镜头7，入射到所述的第二CCD相机6上成像，所述的侧面和引出端面的缺陷在所述的第二CCD相机6上成较暗的像，所述的图像采集控制模块13发出指令使所述的第二CCD相机6采集所述的电子元器件10侧面和引出端表面缺陷图像并输入并存储在所述的计算机15中；

③若电子元器件10还有引出端面和侧面待测，所述的机械运动控制模块控制14控制所述的旋转位移台11的旋转机构顺时针依次旋转90°，将所述的电子元器件10另一侧面和端面面向所述的第二变倍镜头7并返回步骤②；当所有的引出端表面和侧面的缺陷图像均已测完，则进入下一步；

3)完成该电子元器件外壳外观缺陷的测量。

实验表明，采用本发明的测量装置能够采集高对比度的不同封装材料外壳表面缺陷图像。能够测量TO、DIP、QFP、LCC、SOP和BGA等多种封装形式的电子元器件外壳外观缺陷。

Claims (2)

1.一种电子元器件外壳外观缺陷测量装置，其特征在于，包括第一CCD相机(1)、第一变倍镜头(2)、环形光源(3)、第一同轴照明光源(4)、第一光纤(5)、第二CCD相机(6)、第二变倍镜头(7)、第二同轴照明光源(8)、第二光纤(9)、电子元器件(10)、旋转位移台(11)、光源控制模块(12)、图像采集控制模块(13)、机械运动控制模块(14)和计算机(15)；

所述的旋转位移台(11)包含X、Y、Z方向的直线移动机构和在XY面内360°任意角度转动的旋转机构，所述的待测的电子元器件(10)置于所述的旋转位移台(11)上；

所述的第一CCD相机(1)、第一变倍镜头(2)和环形光源(3)位于所述的电子元器件(10)的上方，所述的环形光源(3)固定在所述的第一变倍镜头(2)上，所述的环形光源(3)的中心轴与所述的第一变倍镜头(2)的光轴共线，所述的第一变倍镜头(2)的光轴沿Z轴方向并与所述的电子元器件(10)的上表面的法线平行；

所述的第一光纤(5)的输入端和输出端分别与所述的第一同轴照明光源(4)的输出端及第一变倍镜头(2)的光纤插入槽连接；

所述的第二CCD相机(6)和第二变倍镜头(7)位于所述的电子元器件(10)的侧面，所述的第二变倍镜头(7)的光轴沿X轴方向并与所述的电子元器件(10)的上表面的法线垂直；

所述的第二光纤(9)的输入端和输出端分别与所述的第二同轴照明光源(8)的输出端及第二变倍镜头(7)的光纤插入槽连接；

所述的第一变倍镜头(2)和第二变倍镜头(7)是远心镜头；

所述的计算机(15)与所述的光源控制模块(12)、图像采集控制模块(13)、机械运动控制模块(14)连接，所述的光源控制模块(12)与所述的环形光源(3)、第一同轴照明光源(4)和第二同轴照明光源(8)连接，所述的图像采集控制模块(13)与所述的第一CCD相机(1)和第二CCD相机(6)连接，所述的机械运动控制模块(14)与所述的旋转位移台(11)连接。

2.利用权利要求1所述的测量装置进行电子元器件外壳外观缺陷的测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

1)测量所述的电子元器件外壳上表面缺陷：

①所述的旋转位移平台(11)沿Y轴方向移动，将所述的电子元器件(10)置于所述的旋转位移台(11)上，所述的旋转位移台(11)沿Y轴向内运动，将所述的电子元器件(10)置于所述的第一变倍镜头(2)的视场中，通过所述的旋转位移台(11)微调所述的电子元器件(10)的高度，使所述的电子元器件(10)的上表面位于第一变倍镜头(2)的成像物面上；

②根据所述的电子元器件(10)不同封装材料表面粗糙程度选择散射暗场成像或同轴照明成像方式：

若所述的电子元器件(10)外壳上表面呈光滑状态，上表面粗糙度δ＜t，t为表面粗糙度阈值，表面散射较弱，选择散射暗场成像，由所述的光源控制模块(12)打开所述的环形光源(3)，关闭所述的第一同轴照明光源(4)和第二同轴照明光源(8)；所述的光源控制模块(12)根据外壳上表面反射率的高低，降低或调高所述的环形光源(3)的发光强度，所述的环形光源(3)发出的光束斜入射到所述的电子元器件(10)上表面，外壳表面缺陷产生的散射光被所述的第一变倍镜头(2)收集，在第一CCD相机(1)上成明亮像；

若所述的电子元器件(10)外壳上表面粗糙，δ≥t，表面散射较强影响缺陷测量，选择同轴照明成像，所述的光源控制模块(12)打开所述的第一同轴照明光源(4)，关闭所述的环形光源(3)和第二同轴照明光源(8)，所述的第一同轴照明光源(4)发出的光束经过所述的第一光纤(5)导入到所述的第一变倍镜头(2)内部后，被聚焦垂直入射到所述的电子元器件(10)外壳的上表面，经过外壳的上表面反射的光束沿原路返回通过所述的第一变倍镜头(2)，入射到所述第一CCD相机(1)上成像，照射在表面缺陷区域的光束被部分或全部散射，表面缺陷在所述的第一CCD相机(1)上成暗像；

③所述的图像采集控制模块(13)发出指令使所述的第一CCD相机(1)采集图像，并将采集的图像输入并保存在所述的计算机(15)中；

2)测量所述的电子元器件(10)侧面的和引出端面的缺陷：

①所述的旋转位移台(11)带动所述的电子元器件(10)沿X方向移动，使待测的侧面和引出端面位于所述的第二变倍镜头(7)的成像物面上；

②所述的光源控制模块(12)打开所述的第二同轴照明光源(8)，关闭所述的环形光源(3)和第一同轴照明光源(4)，所述的第二同轴照明光源(8)发出的光经过所述的第二光纤(9)导入到所述的第二变倍镜头(7)的内部后，被聚焦垂直入射到所述的电子元器件(10)的侧面和引出端面，经过表面反射后通过所述的第二变倍镜头(7)，入射到所述的第二CCD相机(6)上成像，所述的侧面和引出端面的缺陷在所述的第二CCD相机(6)上成较暗的像，所述的图像采集控制模块(13)发出指令使所述的第二CCD相机(6)采集所述的电子元器件(10)侧面和引出端表面缺陷图像并输入并存储在所述的计算机(15)中；

③若电子元器件(10)还有引出端面和侧面待测，所述的机械运动控制模块控制(14)控制所述的旋转位移台(11)的旋转机构顺时针依次旋转90°，将所述的电子元器件(10)另一侧面和端面面向所述的第二变倍镜头(7)并返回步骤②；当所有的引出端表面或侧面的缺陷图像均已测完，则进入下一步；

3)完成该电子元器件外壳外观缺陷的测量。