TW201721134A - 焊接品質檢測系統和方法 - Google Patents

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TW201721134A
TW201721134A TW105130372A TW105130372A TW201721134A TW 201721134 A TW201721134 A TW 201721134A TW 105130372 A TW105130372 A TW 105130372A TW 105130372 A TW105130372 A TW 105130372A TW 201721134 A TW201721134 A TW 201721134A
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solder joint
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Lei Zhou
dan-dan Zhang
Hong-Zhou Shen
Jian Zeng
Roberto Francisco-Yi Lu
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Tyco Electronics (Dongguan) Ltd
Tyco Electronics (Shanghai) Co Ltd
Tyco Electronics Corp
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Abstract

本發明提供了一種焊接品質檢測系統和方法。該焊接品質檢測系統包含：工作台(110)；載物台(120)，用於在其上置放具有待檢測之焊接接頭(14)的樣品(10)，該載物台被支撐在該工作台上並能夠相對於該工作台移動；2D成像裝置(130)，用於對置放在該載物台上之該樣品之該焊接接頭進行成像以獲得2D影像；3D成像裝置(140)，用於對置放在該載物台上之該樣品之該焊接接頭進行成像以獲得3D影像；及處理裝置，用於接收該2D影像及該3D影像並對其進行處理以判定該焊接接頭之焊接品質。

Description

焊接品質檢測系統和方法
本發明之實施例大體係關於產品檢測領域，並且更具體而言，係關於用於可靠地及準確地檢測產品之焊接接頭之品質的系統和方法。
焊接製程係在製造諸如電路板之類的電子產品時常用之製程，可以用於進行電路引線或引腳之焊接，其焊接品質直接關係到產品之品質。實際生產中會出現焊接不良問題，包含虛焊、假焊、空焊、焊接不牢等，可能導致電路不能正常工作，因此需要對焊接品質進行檢測。由於焊料流動，焊接接頭或焊墊可能具有不規則之形狀，此對焊接品質之檢測係一個挑戰。 先前焊接檢測技術主要包含破壞性檢測及非破壞性或無損檢測。無損檢測技術包含人工目視檢測、超音波檢測、自動光學檢測等，可以進行外觀檢驗，包含尺寸檢驗、幾何形狀檢測、外表傷痕檢測等。在自動光學檢測技術中，藉由對產品上之焊點或焊接接頭進行成像，藉由分析影像實現焊接品質之檢測。目前，自動光學檢測主要採用傳統的二維(2D)相機對焊點或焊接接頭進行成像，僅能夠獲得X-Y平面資訊，對於不規則或空間輪廓複雜之焊點形狀，自2D影像中不能準確地確定哪個因素係引起影像中之特徵之主要因素。例如，2D成像檢測技術不能確定2D影像中之黑斑是由焊接輪廓中之凸起還是凹陷引起的。
有鑒於此，本發明提供了一種焊接品質檢測系統和方法，其能夠相對可靠地及準確地檢測產品之焊點或焊接接頭之品質。 本發明之一個態樣提供了一種焊接品質檢測系統，包含：工作台；載物台，用於在其上置放具有待檢測之焊接接頭之樣品，該載物台被支撐在工作台上並能夠相對於工作台移動；2D成像裝置，用於對置放在載物台上之樣品之焊接接頭進行成像以獲得2D影像；3D成像裝置，用於對置放在載物台上之樣品之焊接接頭進行成像以獲得3D影像；及處理裝置，用於接收2D影像及3D影像並對其進行處理以判定焊接接頭之焊接品質。 較佳地，處理裝置可以被組態成分析3D影像以獲得焊接接頭之高度資訊，並基於高度資訊確定焊接接頭中之凸起或凹陷。 較佳地，處理裝置可以被組態成分析2D影像及/或3D影像以獲得焊接接頭之寬度資訊。 較佳地，該焊接品質檢測系統亦可以包含顯示裝置，其用於顯示2D影像及3D影像及/或用於顯示指示焊接接頭之焊接品質之判定結果。 較佳地，該焊接品質檢測系統亦可以包含：固定在工作台上之滑軌；及支撐載物台之支架，該支架被構造成在控制裝置之控制下由驅動裝置驅動以沿著滑軌相對於工作台移動，以將載物台分別定位在適於由2D成像裝置及3D成像裝置對載物台上之樣品之焊接接頭進行成像的位置。 在本發明之另一個態樣中，提供了一種採用上述焊接品質檢測系統檢測焊接接頭之方法，包含下述步驟： 將具有待檢測之焊接接頭之樣品置放在載物台上； 將載物台移動至第一檢測位置，以由2D成像裝置對置放在載物台上之樣品之焊接接頭進行成像以獲得2D影像； 將載物台移動至第二檢測位置，以由3D成像裝置對置放在載物台上之樣品之焊接接頭進行成像以獲得3D影像；及 接收2D影像及3D影像並對其進行處理以判定焊接接頭之焊接品質。 較佳地，對該影像進行處理以判定焊接接頭之焊接品質之步驟可以包含分析3D影像以獲得焊接接頭之高度資訊，並基於高度資訊確定焊接接頭中之凸起或凹陷。 焊接接頭可為藉由使用焊料將導線焊接在樣品之焊墊上而形成的，並且較佳地，分析3D影像以獲得焊接接頭之高度資訊之步驟可以包含：在焊接接頭之高度方向上將3D影像之平行於高度方向之垂直剖面劃分成多個垂直子區域；確定焊料在每個垂直子區域內之部分之邊緣之子高度；及根據焊料在各個垂直子區域內之子高度獲得焊料在該垂直剖面內之高度分佈資訊。 較佳地，對該影像進行處理以判定焊接接頭之焊接品質之步驟可以包含分析2D影像及/或3D影像以獲得焊接接頭之寬度資訊。 較佳地，分析2D影像及/或3D影像以獲得焊接接頭之寬度資訊之步驟可以包含：在焊接接頭之長度方向上將3D影像之平行於該長度方向之一水平剖面或將2D影像劃分成多個水平子區域；確定焊料在每個水平子區域內之部分之子寬度；及根據焊料在各個水平子區域內之子寬度獲得焊料沿該長度方向之寬度分佈資訊。 較佳地，上述方法亦可以包含在顯示裝置上顯示焊接接頭之2D影像及3D影像、寬度/高度分佈資訊、及/或指示焊接接頭之焊接品質之判定結果。
下面將結合附圖，對本發明之實施例進行詳細描述。在本說明書中，相同或相似之部件由相同或類似之附圖標號指示。下文參照附圖對本發明之各實施方式之說明旨在闡述本發明之總體構思，而不應當理解為對本發明之一種限制。 此外，在下文之詳細描述中，為便於說明，闡述了許多具體細節以提供對本發明之實施例之全面理解。然而，明顯地，一或多個實施例在沒有此等具體細節之情況下亦可以被實施。在其他情況下，眾所周知之結構及裝置以圖示之方式體現以簡化附圖。 圖1示出了具有待檢測之焊接區域A之樣品10之一個示例。樣品10可為具有焊接接頭之各種電子產品，包含電路板、PCB板等，本文對此不做限定。如圖所示，樣品10包含基板11及形成在基板11上之導電跡線12，並且在焊接區域A內，可以採用合適的焊料藉由多種焊接方式(包含雷射焊接、烙鐵釺焊、熱熔焊接等)將導線或引腳13焊接在與跡線12連接之焊墊上。 為了對焊接區域A進行檢測，本發明之實施例提供了一種焊接品質檢測系統100，如圖1所示，其主要包含工作台110、載物台120、2D成像裝置130、3D成像裝置140及處理裝置(未示出)。具有待檢測之焊接接頭之樣品(如上述之樣品10)可以被置放在載物台120上，載物台120被支撐在工作台110上並能夠相對於工作台120移動，從而在移動到合適的位置後，由2D成像裝置130及3D成像裝置140對載物台120上之樣品之焊接接頭進行成像。 與僅採用2D成像裝置之習知檢測技術不同，根據本發明之實施例，在焊接品質檢測系統100中同時結合了2D成像裝置130及3D成像裝置140二者，其中2D成像裝置130用於對置放在載物台120之樣品之焊接接頭進行成像以獲得2D影像，而3D成像裝置140用於對置放在載物台120上之樣品之焊接接頭進行成像以獲得3D影像。處理裝置與2D成像裝置130及3D成像裝置140通信以自其接收所獲得之2D影像及3D影像，並進行影像處理及分析以判定焊接接頭之焊接品質。 在本發明中，對2D成像裝置130及3D成像裝置140之形式及配置不做限制，可以採用任何能夠提供合適的2D影像及3D影像之相機或成像裝置。在一個示例中，2D成像裝置130及/或3D成像裝置140可以相對於工作台110固定；可替換地，2D成像裝置130及/或3D成像裝置140可以被配置成能夠相對於工作台110垂直移動，以便於焊接接頭之對焦，或者亦可被配置成能夠相對於工作台110在水平方向上移動，以便於檢測具有不同尺寸、規格、焊接接頭數量之產品，或檢測具有不同尺寸或直徑之焊接導線或引腳等。 圖3示出了根據本發明之實施例之焊接品質檢測系統獲得之焊接接頭之3D照片，從中可以看出，在焊接接頭14上存在凸起15。顯然，在2D影像中，卻不能確定地判斷此樣之凸起或凹陷之存在。可以理解，諸如凸起或凹陷之類之不規則特徵之存在表明焊接接頭存在焊接缺陷，例如，凸起可能意味著其他位置處之焊料不足或存在空隙，而凹陷可能意味著該處之焊料不足或流向焊接區域之外，導致虛焊、假焊、空焊、焊接不牢等不良現場。 而在本發明中，由3D成像裝置140對置放在載物台120上之樣品之焊接接頭14進行成像以獲得其3D影像或資料，其中包括焊接接頭之各個位置處之高度資訊。在一個示例中，由處理裝置分析所獲得之3D影像以從中提取焊接接頭之高度資訊，從而基於所提取之高度資訊能夠確定或判斷焊接接頭中是否存在諸如凸起或凹陷之類的缺陷。例如，當焊接接頭之某個位置處之高度超過一臨限值時，則表明該位置處之焊料過多或存在凸起，導致其他位置焊料不足或未被焊接；而在焊接接頭之某個位置處之高度低於另一臨限值時，則表明該位置處之焊料不足而可能導致空焊、焊接不牢或焊料流至非所要之區域等問題。 在另一個示例中，亦可以由處理裝置被組態成分析所獲得之2D影像及/或3D影像以提取焊接接頭之寬度或跨度資訊。可以理解，過寬之焊接接頭可能導致焊接不牢、虛焊、空焊或焊接至不期望之位置等問題，而過窄之焊接接頭亦可能導致焊接不牢、虛焊等問題。此外，2D影像及3D影像之結合或融合亦可以用於準確地確定焊接接頭上之缺陷的位置。 如圖1所示，本發明之實施例提供之焊接品質檢測系統亦可以包含顯示裝置150，如顯示器，其可以與2D成像裝置130及/或3D成像裝置140通信，用於顯示焊接接頭之2D影像及3D影像、用於焊接接頭之高度及/或寬度資訊等、及/或用於顯示指示焊接接頭之焊接品質之判定結果。 在圖1中圖示之示例中，焊接品質檢測系統100亦包含滑軌160及支架170，滑軌160可以固定在工作台110上，支架170支撐載物台120並能夠在控制裝置(未示出)之控制下由驅動裝置(未示出)驅動以沿著滑軌160相對於工作台110移動，從而將載物台120分別移動並定位在適於由2D成像裝置130及3D成像裝置140對載物台120上之樣品之焊接接頭14進行成像之位置。可以理解，在本發明之實施例中，處理裝置及控制裝置可為單獨的設備，或者二者亦可以整合在一起，如結合在處理器中。示例性地，處理裝置、控制裝置及顯示裝置可以整合在計算機中，其彼此通信，以實現焊接接頭之成像控制、影像處理、分析、顯示等操作。此外，驅動裝置可以採取液壓缸或馬達之形式，本文對此不做限定。 圖4示意性地示出根據本發明之一個示例性實施例之焊接品質檢測方法之流程，其可以上述實施例中所述之焊接品質檢測系統檢測焊接接頭之品質。該方法主要包含下述步驟： 在步驟S101中，將具有待檢測之焊接接頭之樣品置放在載物台上； 在步驟S102中，將載物台移動至第一檢測位置，以由2D成像裝置對置放在載物台上之樣品之焊接接頭進行成像以獲得2D影像； 在步驟S103中，將載物台移動至第二檢測位置，以由3D成像裝置對置放在載物台上之樣品之焊接接頭進行成像以獲得3D影像；及 在步驟S104中，由處理裝置接收2D影像及3D影像並對其進行處理及分析以判定焊接接頭之焊接品質。 在一個示例中，步驟S104可以包含由處理裝置處理並分析2D影像及/或3D影像以提取焊接接頭之寬度資訊。圖5示出了根據本發明之一個示例性實施例之用於獲取寬度資訊之水平分析方法。如圖所示，可以在焊接接頭14之長度方向上將所獲得之2D影像20或3D影像之平行於該長度方向之一水平剖面劃分成多個水平子區域20-1、20-2……20-n，隨後例如藉由確定焊料16在每個水平子區域內之部分之邊緣之座標，可以確定焊料16在每個水平子區域內之部分之子寬度(圖中由W指示焊料在導線13一側之寬度)，由此可以根據焊料16在各個水平子區域內之子寬度獲得焊料沿該長度方向之寬度分佈資訊。各個水平子區域可以具有相同或不同之形狀及間隔，其數量可以根據焊接接頭之結構、處理裝置之處理能力等因素適當地選擇。 在另一個示例中，步驟S104可以包含由處理裝置分析及處理所獲得之3D影像以提取焊接接頭之高度資訊，並基於高度資訊確定焊接接頭中之凸起或凹陷。示例性地，可以採用圖6所示之垂直分析方法獲取焊接接頭之高度資訊及/或寬度資訊。如圖所示，可以在焊接接頭14之高度方向上將所獲得3D影像30之平行於該高度方向之垂直剖面劃分成多個垂直子區域30-1，30-2……30-m，隨後例如藉由確定焊料16在每個水平子區域內之部分之邊緣之座標，可以確定焊料16在每個垂直子區域內之部分之邊緣的子高度h，及/或確定焊料16在每個垂直子區域內之部分之子寬度(圖中由W指示焊料在導線13一側之寬度)，由此可以根據焊料在各個垂直子區域內之子高度獲得焊料在該垂直剖面內之高度分佈資訊及/或寬度分佈資訊。同樣，各個垂直子區域可以具有相同或不同之形狀及間隔，其數量可以根據焊接接頭之結構、處理裝置之處理能力等因素適當地選擇。此外，可以在焊接接頭之長度方向將所獲得之3D影像分成多個垂直剖面，再針對每一個垂直剖面提取焊接接頭之高度資訊及/或寬度資訊。 可以理解，在其他實施例中，上述水平分析方法及垂直分析方法可以結合，以便更加準確地提取焊接接頭之高度資訊及/或寬度資訊。例如，可以首先將所獲得之影像劃分成多個水平子區域，再結合3D影像針對每個水平子區域進行垂直劃分；可替換地，可以首先將所獲得之3D影像劃分成多個垂直子區域，再結合針對每個垂直子區域進行水平劃分，從而使得高度資訊及/或寬度資訊之提取更加精細。 此外，亦可以根據所獲得之焊接接頭之高度及寬度資訊，可以分析焊接接頭上之各個位置處之焊料之角度、傾斜度或輪廓是否滿足焊接品質標準。 儘管已經示出及描述了本發明之實施例，但對於熟習此項技術者而言，可以理解在不脫離本發明之原理及精神之情況下可以對此等實施例進行變化，本發明之保護範疇由所附申請專利範圍及其等同物限定。此外，應注意，除非另外指明，否則本文中使用之措詞“包含”、“包括”、“具有”不排除其他元件或步驟，措詞“一”或“一個”不排除多個。另外，申請專利範圍之任何元件標號不應理解為限制本發明之保護範疇。
10‧‧‧樣品
11‧‧‧基板
12‧‧‧導電跡線
13‧‧‧導線/引腳
14‧‧‧焊接接頭
15‧‧‧凸起
16‧‧‧焊料
20‧‧‧二維影像
20-1‧‧‧水平子區域
20-2‧‧‧水平子區域
20-n‧‧‧水平子區域
30‧‧‧三維影像
30-1‧‧‧垂直子區域
30-2‧‧‧垂直子區域
30-m‧‧‧垂直子區域
100‧‧‧焊接品質檢測系統
110‧‧‧工作台
120‧‧‧載物台
130‧‧‧二維成像裝置
140‧‧‧三維成像裝置
150‧‧‧顯示裝置
160‧‧‧滑軌
170‧‧‧支架
A‧‧‧焊接區域
h‧‧‧子高度
W‧‧‧寬度
根據結合附圖之以下詳細描述，本發明之多個實施例之上述及其他態樣、特徵以及優點將更清楚，在附圖中： 圖1係示出具有待檢測之焊接區域之示例性產品之平面圖； 圖2係示意性地示出根據本發明之一個示例性實施例之焊接品質檢測系統之配置之透視圖； 圖3係根據本發明之實施例之焊接品質檢測系統獲得之焊接區域之三維(3D)照片； 圖4係示意性地示出根據本發明之一個示例性實施例之焊接品質檢測方法之流程圖； 圖5係示出根據本發明之一個示例性實施例之水平分析影像之方法之示意圖； 圖6係示出根據本發明之一個示例性實施例之垂直分析影像之方法之示意圖；及 圖7係示出根據圖5及圖6中示出之方法獲得之焊接接頭之輪廓之示意圖。
100‧‧‧焊接品質檢測系統
110‧‧‧工作台
120‧‧‧載物台
130‧‧‧二維成像裝置
140‧‧‧三維成像裝置
150‧‧‧顯示裝置
160‧‧‧滑軌
170‧‧‧支架

Claims (11)

  1. 一種焊接品質檢測系統(100)，包含： 工作台(110)； 載物台(120)，用於在其上置放具有待檢測之焊接接頭(14)的樣品(10)，該載物台被支撐在該工作台上並能夠相對於該工作台移動； 2D成像裝置(130)，用於對置放在該載物台上之該樣品之該焊接接頭進行成像以獲得2D影像； 3D成像裝置(140)，用於對置放在該載物台上之該樣品之該焊接接頭進行成像以獲得3D影像；及 處理裝置，用於接收該2D影像及該3D影像並對其進行處理以判定該焊接接頭之焊接品質。
  2. 如請求項1之焊接品質檢測系統，其中該處理裝置被組態成分析該3D影像以獲得該焊接接頭之高度資訊，並基於該高度資訊確定該焊接接頭中之凸起或凹陷。
  3. 如請求項1或2之焊接品質檢測系統，其中該處理裝置被組態成分析該2D影像及/或該3D影像以獲得該焊接接頭之寬度資訊。
  4. 如請求項1之焊接品質檢測系統，其進一步包含顯示裝置(150)，該顯示裝置用於顯示該2D影像及該3D影像及/或用於顯示指示該焊接接頭之該焊接品質之判定結果。
  5. 如請求項1之焊接品質檢測系統，其進一步包含： 固定在該工作台上之滑軌(160)；及 支撐該載物台之支架(170)，該支架被構造成在控制裝置之控制下由驅動裝置驅動以沿著該滑軌相對於該工作台移動，以將該載物台分別定位在適於由該2D成像裝置及該3D成像裝置對該載物台上之該樣品之該焊接接頭進行成像的位置。
  6. 一種採用如請求項1之焊接品質檢測系統檢測焊接接頭之方法，包含下述步驟： 將具有待檢測之焊接接頭之樣品置放在載物台上； 將該載物台移動至第一檢測位置，以由2D成像裝置對置放在該載物台上之該樣品之該焊接接頭進行成像以獲得2D影像； 將該載物台移動至第二檢測位置，以由3D成像裝置對置放在該載物台上之該樣品之該焊接接頭進行成像以獲得3D影像；及 接收該2D影像及該3D影像並對其進行處理以判定該焊接接頭之焊接品質。
  7. 如請求項6之方法，其中對該等影像進行處理以判定該焊接接頭之該焊接品質之步驟包含分析該3D影像以獲得該焊接接頭之高度資訊，並基於該高度資訊確定該焊接接頭中之凸起或凹陷。
  8. 如請求項7之方法，其中該焊接接頭係藉由使用焊料(16)將導線(13)焊接在通過樣品之焊墊上而形成的，並且分析該3D影像以獲得該焊接接頭之該高度資訊之步驟包含： 在該焊接接頭之高度方向上將該3D影像之平行於高度方向之垂直剖面劃分成多個垂直子區域； 確定該焊料在每個垂直子區域內之部分之邊緣之子高度；及 根據該焊料在各個垂直子區域內之該子高度獲得該焊料在該垂直剖面內之高度分佈資訊。
  9. 如請求項6至8中任一項之方法，其中對該等影像進行處理以判定該焊接接頭之該焊接品質之步驟包含分析該2D影像及/或該3D影像以獲得該焊接接頭之寬度資訊。
  10. 如請求項9之方法，其中該焊接接頭係藉由使用該焊料將導線焊接在該樣品之焊墊上而形成的，並且分析該2D影像及/或該3D影像以獲得該焊接接頭之該寬度資訊之步驟包含： 在該焊接接頭之長度方向上將該3D影像之平行於該長度方向之一水平剖面或將該2D影像劃分成多個水平子區域； 確定該焊料在每個水平子區域內之部分之子寬度；及 根據該焊料在各個水平子區域內之該子寬度獲得該焊料沿該長度方向之寬度分佈資訊。
  11. 如請求項6之方法，其進一步包含在顯示裝置上顯示該2D影像及該3D影像及/或指示該焊接接頭之該焊接品質之判定結果。
TW105130372A 2015-09-22 2016-09-20 焊接品質檢測系統和方法 TW201721134A (zh)

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