CN117198914A - 一种bga植球高清图采集装置及图像处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于BGA植球封装技术领域。本发明公开一种BGA植球高清图像采集装置及图像处理方法，其中BGA植球高清图像处理方法包括对在低角度无影环形光源下获得的基板上焊球的原始图像进行降干扰的预处理步骤、对预处理步骤获得的图像上焊球直径和圆心位置确定的焊球测量步骤，以及测量后的焊球图形进行识别，确定焊球是否存在缺陷的焊球缺陷识别步骤，当焊球缺陷识别步骤确定采集的BGA植球图像不存在缺陷时，BGA植球成功。由于更好的识别植球过程中多种缺陷，精准识别，提高提高BGA植球检测效率和精度。
Description
技术领域
本发明涉及BGA植球封装技术领域，尤其涉及一种BGA植球高清图像采集装置及图像处理方法。
背景技术
在BGA植球工艺中，在进行植球时需要对基板上的球（焊球）进行视觉检测，随着芯片的集成度越来越高，植球的密度越来越大，锡球（焊球）的直径越来越小，采用现有的方式对BGA植球视觉检测，越来越难，导致检测精度降低，不能有效地将不良的锡球（焊球）识别出来，容易出现BGA植球不良。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种BGA植球高清图像采集装置及图像处理方法，其中，该BGA植球高清图像处理方法可以提高检测效率和精度。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种BGA植球高清图像采集装置，该BGA植球高清图像采集装置，包括以减少拍摄次数采集基板上分布的焊球图像的大像素面阵相机、无畸变的双侧远心镜头和增强照射结构表面特征低角度无影环形光源。
本发明提供还提供一种BGA植球高清图像处理方法，该BGA植球高清图像处理方法包括，对在低角度无影环形光源下获得的基板上焊球的原始图像进行降干扰的预处理步骤、对预处理步骤获得的图像上焊球直径和圆心位置确定的焊球测量步骤，以及测量后的焊球图形进行识别，确定焊球是否存在缺陷的焊球缺陷识别步骤，当焊球缺陷识别步骤确定采集的BGA植球图像不存在缺陷时，BGA植球成功。
进一步地说，所述原始图像包括焊球图像、背景图像和助焊剂图像。
进一步地说，所述缺陷包缺球缺陷、偏移缺陷和焊球大小缺陷。
进一步地说，所述图像预处理步骤包括对原始图像中的焊球图像进行二值化处理，突出焊球白色的图像信息，滤除不需要的颜色信息，获得内部有黑色孔洞的焊球图像。
进一步地说，所述图像预处理步骤还包括对内部有黑色孔洞的焊球图像运用形态学的方法向黑色孔洞填充获得的没有或仅有较小的黑色孔洞的焊球图像。
进一步地说，所述焊球测量步骤包括采用霍夫圆变换(CHT，hough Transform/hough cirlce Transform)测量圆，并拟合测量的圆获得焊球圆心位置图像。
进一步地说，测量圆时将圆的半径限制在焊球直径的±10%内。
进一步地说，测量到的每个圆心代表焊球的位置，将测量到的每个圆与预存的标准模板比对，先按X轴坐标从小到大排序，再根据Z轴坐标之差的绝对值小于焊球直径的前提下按Y轴坐标从小到大排序，获得按行列顺序排序的焊球。
进一步地说，所述焊球缺陷识别步骤包括对标记到焊盘进行偏移检测确定焊球是否偏移，在焊球出现偏移时，确定整体偏移；在焊球未偏移时再对焊球的数量进行检测，当焊球数量不符合要求，判断得到原始图像中的焊球缺失或冗余，当焊球数量符合要求时再检测焊球直径，若焊球直径超出规定的容忍范围，判断得到原始图像中的焊球变形，若焊球直径在规定的容忍范围时对焊球的间距进行检测，当焊球间距超出规定的容忍范围时，判断得到焊球间上存在缺陷或有粘结，当焊球间距在规定的容忍范围内，执行焊球位置精检测，当焊球位置超出规定的容忍范围时，判断得到焊球位置错误，当焊球位置在规定的容忍范围内，植球成功。
本发明一种BGA植球高清图像采集装置及图像处理方法，其中BGA植球高清图像处理方法先采用在低角度无影环形光源下获得基板上焊球的原始图像，并对原始图像进行降干扰的预处理步骤，再对预处理步骤获得的单一焊球图像上焊球直径和并根据焊球直径确定圆心位置的焊球测量步骤；最后对焊球测量步骤确定焊球直径和圆心位置焊球图形进行识别，确定焊球是否存在缺球、偏移和焊球大小等缺陷的焊球缺陷识别步骤，从而提高BGA植球检测效率和精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，描述中的附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为BGA植球高清图像采集装置实施例示意图。
图2为BGA植球高清图像处理方法实施例流程示意图。
图3为焊球缺陷识别步骤流程示意图。
图4为BGA植球时采集到的原始图像示意图。
图5为原始图像进行预处理后获得的图像示意图。
图6为预处理后的焊球图像进行形态学处理获得的图像示意图。
图7为对形态学处理得到图像中焊球测量获得的图像示意图。
本发明目的的实现，功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明的权利要求做进一步的详细说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提出所获得的所有其他实施例，也都属于本发明保护的范围。
需要理解的是，在本发明实施例中描述，所有方向性指示的术语，如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系基于附图所示的方位、位置关系或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是明示或暗示所指的装置、元件或部件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造，不应理解为对本发明的限制。仅用于解释在附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，当该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也可能随之改变。对于工艺、方法而言，除非说明书中明确记载各个步骤必须按顺序进行，排除了各步骤进行顺序变换的，否则无法实现相应的发明目的的除外，都视为为了描述的简便性，说明书仅以各种实施方式中选取最优或较优的为例进行说明。
此外，本发明中序数词，如“第一”、“第二”等描述仅用于区分目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或隐含指示所指示的技术特征的数量。由此限定“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含和至少一个该技术特征。在本发明可能为了便于说明，出现对技术（结构）特征进行限定的“一个”、“两个”、“多个”、“至少一个”或“若干”等量词限定，其中，“多个”的含义是至少两个，即可以两个或两个以上；“至少一个”、“若干”的含义是一个或一个以及上对应的技术特征；量词等限定，仅为说明该具体的实施例或最佳实施方式，只要与发明整体构思和发明目的不相悖的都应包括在内，除有明确说明必须以所述的量词限定才能实施，或者才能达到发明目的外。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，既可以是部件之间的位置关系相对固定，也可以是部件之间存在物理上固定连接，既可以是可拆卸连接，或成一体结构；既可以是机械连接，也可以是电信号连接；既可以是直接相连，也可以通过中间媒介或部件间接相连；既可以是两个元件内部的连通，也可以是两个元件的相互作用关系，除非说明书另有明确的限定，可作其他理解时不能实现相应的功能或效果外，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明如有涉及的控制器、控制电路是本领域技术人员常规的控制技术或单元，如控制器的控制电路可以由本领域普通的技术人员采用现有，如简单编程即可实现。涉及与硬件配合实现控制结果的软件或程序，如说明未作详细说明表示涉及的软件或程序控制过程，则属于采用现有技术或本领域普通的技术人员常规技术。电源也采用所述属本领域现有技术，并且本发明主要发明技术点在于对机械装置改进，所以本发明不再详细说明具体的电路控制关系和电路连接。
本发明的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，本发明中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种BGA植球高清图像采集装置实施例。
该BGA植球高清图像采集装置，包括以减少拍摄次数采集基板上分布的焊球图像的大像素面阵相机1、双侧远心镜头2和增强照射结构表面特征的低角度无影环形光源3。
具体地说，所述大像素面阵相机1可以减少拍摄次数，提高测试速度，可直观获取测量图像，该大像素面阵相机1可以采用现有技术来实现，不再赘述。所述双侧远心镜头，即无畸变的双侧远心镜头2可将孔径光阑放置在光学系统的像方焦平面上，当孔径光阑放在像方焦平面上时，即使物距发生改变，像距也发生改变，但像高并不发生改变，使测得的物体尺寸不会变化，畸变小，该双侧远心镜头具体结构可以采用现有技术来实现，不再赘述。所述低角度无影环形光源3从LED发出的光均匀地扩散照射，经漫反射板折射后低角度照射在被测物体上，对目标区域进行高效的低角度照明，增强表面特征，提高缺陷对比度，可减少反光或者耀斑。该低角度无影环形光源具体结构可以采用现有技术来实现，不再赘述。
由于采用大像素面阵相机1、无畸变的双侧远心镜头2和低角度无影环形光源3可以，使采集的BGA植球图像中的焊球清晰，表面特征清楚，结合图像处理方法可以精准地确定图像中的焊球是否存在缺陷，从而可以提高BGA植球精度和效率。
如图2-图3所示，本发明提供一种BGA植球高清图像处理方法实施例。
该BGA植球高清图像处理方法，该BGA植球高清图像处理方法包括，对在低角度无影环形光源下获得的基板上焊球的原始图像进行降干扰的预处理步骤S10、对预处理步骤获得的图像上焊球直径和圆心位置确定的焊球测量步骤S11，以及测量后的焊球图形进行识别，确定焊球是否存在缺陷的焊球缺陷识别步骤S12，当焊球缺陷识别步骤确定采集的BGA植球图像不存在缺陷时，BGA植球成功。
具体地说，所述原始图像进行降干扰的预处理步骤S10包括用于在低角度无影环形光源下获得的基板上焊球的原始图像进行降干扰处理，该原始图像包括焊球图像、背景图像和助焊剂图像，预处理需要将与焊球图像无关或影响焊球图像后续测量效果的因素，如背景图像和助焊剂图像从焊球图像中去除，将原始图像转换为单一的焊球图像。减少基板背景图像、助焊剂图像等对焊球图像影响，避免对焊球图像干扰。所述图像预处理步骤可以包括对原始图像中的焊球图像进行二值化处理，突出焊球白色的图像信息，滤除不需要的颜色信息，获得内部有黑色孔洞的焊球图像。根据需要，所述图像预处理步骤还包括对内部有黑色孔洞的焊球图像运用形态学的方法向黑色孔洞填充获得的没有或仅有较小的黑色孔洞的焊球图像。对焊球直径和圆心位置进行测量步骤S11，将经过原始图像进行降干扰的预处理步骤S10处理得到的单一焊球图像中的焊球直径进行测量，并根据焊球直径确定圆心位置。焊球测量步骤包括采用霍夫圆变换(CHT，hough Transform/hough cirlceTransform)测量圆，并拟合测量的圆获得焊球圆心位置图像。测量圆时将圆的半径限制在焊球直径的±10%内。测量到的每个圆心代表焊球的位置，将测量到的每个圆与预存的标准模板比对，先按X轴坐标从小到大排序，再根据Z轴坐标之差的绝对值小于焊球直径的前提下按Y轴坐标从小到大排序，获得按行列顺序排序的焊球。
焊球缺陷识别步骤S12，包括对测量步骤S11获得的图像，先标记到焊盘进行偏移检测确定焊球是否偏移，即与标准的焊盘图像进行位置比对，在焊球出现偏移时，确定整体偏移；在焊球未偏移时再对焊球的数量进行检测，当焊球数量不符合要求，判断得到原始图像中的焊球缺失或冗余，当焊球数量符合要求时再检测焊球直径，若焊球直径超出规定的容忍范围，判断得到原始图像中的焊球变形，若焊球直径在规定的容忍范围时对焊球的间距进行检测，当焊球间距超出规定的容忍范围时，判断得到焊球间上存在缺陷或有粘结，当焊球间距在规定的容忍范围内，执行焊球位置精检测，当焊球位置超出规定的容忍范围时，判断得到焊球位置错误，当焊球位置在规定的容忍范围内，植球成功。本实施例中所述缺陷包缺球缺陷、偏移缺陷和焊球大小缺陷。
由于BGA植球高清图像处理方法先采用在低角度无影环形光源下获得基板上焊球的原始图像，并对原始图像进行降干扰的预处理步骤，再对预处理步骤获得的单一焊球图像上焊球直径和并根据焊球直径确定圆心位置的焊球测量步骤；最后对焊球测量步骤确定焊球直径和圆心位置焊球图形进行识别，确定焊球是否存在缺球、偏移和焊球大小等缺陷的焊球缺陷识别步骤，从而提高BGA植球检测效率和精度。
为了更好说明图像的处理方法，结合附图具体说明。
由BGA植球机视觉系统采集到的原始图像中包含：焊球图像信息、基本背景图像、助焊剂图像。该原始图像如图4所示，该原始图像信息复杂，会导致误判和干扰，需要对原始图像进行预处理，减少干扰因素，提升检测准确度和速度。经过预处理步骤S10将原始图像中的焊球图像进行二值化处理，突出焊球白色的图像信息，滤除不需要的颜色信息，获得内部有黑色孔洞的焊球图像，如图5所示。即将与焊球图像无关或影响焊球图像后续测量效果的因素，如背景图像和助焊剂图像从焊球图像中去除，将原始图像转换为单一的焊球图像，减少基板背景图像、助焊剂图像等对焊球图像影响，避免对焊球图像干扰。根据需要，为了更加突出焊球的特征，运用形态学的方法填充焊球内部的黑点。所述图像预处理步骤还包括对内部有黑色孔洞的焊球图像运用形态学的方法向黑色孔洞填充获得的没有或仅有较小的黑色孔洞的焊球图像,如图6所示。
焊球直径和圆心位置的测量，可以采用圆的Hough变换方式获得。焊球的大小已知情形下，为简化计算量和排除干扰，进行检测时目标直径限制在焊球直径的±10%内。测量完成后对拟合圆心位置，得到如图7所示的图像。
焊球缺陷识别，取一片标准模板焊球图像进行学习，量测到的每个圆心代表焊球的位置。按X轴坐标从小到大排序，然后再根据Z轴坐标之差的绝对值小于焊球直径的前提下按Y轴坐标从小到大排序，将焊球按行列顺序排序。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种BGA植球高清图像采集装置，其特征在于，包括以减少拍摄次数采集基板上分布的焊球图像的大像素面阵相机、无畸变双侧远心镜头和增强照射结构表面特征的低角度无影环形光源。
2.一种BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，包括对在低角度无影环形光源下获得的基板上焊球的原始图像进行降干扰的预处理步骤、对预处理步骤获得的图像上焊球直径和圆心位置确定的焊球测量步骤，以及测量后的焊球图形进行识别，确定焊球是否存在缺陷的焊球缺陷识别步骤，当焊球缺陷识别步骤确定采集的BGA植球图像不存在缺陷时，BGA植球成功。
3.根据权利要求2所述BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，所述原始图像包括焊球图像、背景图像和助焊剂图像。
4.根据权利要求2所述BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，所述缺陷包缺球缺陷、偏移缺陷和焊球大小缺陷。
5.根据权利要求2或3所述BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，所述图像预处理步骤包括对原始图像中的焊球图像进行二值化处理，突出焊球白色的图像信息，滤除不需要的颜色信息，获得内部有黑色孔洞的焊球图像。
6.根据权利要求5所述BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，所述图像预处理步骤还包括对内部有黑色孔洞的焊球图像运用形态学的方法向黑色孔洞填充获得的没有或仅有较小的黑色孔洞的焊球图像。
7.根据权利要求6所述BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，所述焊球测量步骤包括采用霍夫圆变换测量圆，并拟合测量的圆获得焊球圆心位置图像。
8.根据权利要求7所述BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，测量圆时将圆的半径限制在焊球直径的±10%内。
9.根据权利要求8所述BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，测量到的每个圆心代表焊球的位置，将测量到的每个圆与预存的标准模板比对，先按X轴坐标从小到大排序，再根据Z轴坐标之差的绝对值小于焊球直径的前提下按Y轴坐标从小到大排序，获得按行列顺序排序的焊球。
10.根据权利要求9所述BGA植球高清图像处理方法，其特征在于，所述焊球缺陷识别步骤包括对标记到焊盘进行偏移检测确定焊球是否偏移，在焊球出现偏移时，确定整体偏移；在焊球未偏移时再对焊球的数量进行检测，当焊球数量不符合要求，判断得到原始图像中的焊球缺失或冗余，当焊球数量符合要求时再检测焊球直径，若焊球直径超出规定的容忍范围，判断得到原始图像中的焊球变形，若焊球直径在规定的容忍范围时对焊球的间距进行检测，当焊球间距超出规定的容忍范围时，判断得到焊球间上存在缺陷或有粘结，当焊球间距在规定的容忍范围内，执行焊球位置精检测，当焊球位置超出规定的容忍范围时，判断得到焊球位置错误，当焊球位置在规定的容忍范围内，植球成功。
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