專利名稱：基于多角度線性ccd的線路板檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于多角度線性CCD的線路板檢測裝置，屬于電子工業(yè)表面貼裝檢測的技術領域。
背景技術：
自動光學檢測(AOI)技術是一種通過圖像采集、圖像分析和識別對產(chǎn)品品質(zhì)進行自動檢測的高新技術。相對于傳統(tǒng)的人工目測，AOI技術具有檢測速度快、檢測效果好和檢測效果穩(wěn)定等優(yōu)點，而且可以自動生成全面和準確的過程控制反饋信息，可以極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時降低生產(chǎn)成本。目前，AOI技術在表面貼裝(SMT)檢測，手機按鍵檢測等方面被廣泛應用。AOI表面貼裝檢測設備是AOI技術應用最成功的領域，已成為表面貼裝生產(chǎn)線的必備生產(chǎn)設備，在保證焊接質(zhì)量，提高過程控制水平，降低生產(chǎn)成本等方面發(fā)揮著重要的作用。目前，國產(chǎn)和進口的AOI表面貼裝檢測設備主要由結構光源，面陣攝像頭和工業(yè) PC為圖像采集和圖像識別工具，受到圖像傳輸和圖像分析速度瓶頸的限制，在檢測速度和檢測效果方面還有很多缺陷，特別是對芯片管腳的焊接缺陷的識別還存在著很大的困難。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的是針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種基于多角度線性CCD的線路板檢測裝置。使用多角度線性CCD攝像頭采集電路板的3D信息，并通過FPGA并行處理圖像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對表面貼裝檢元器件的類別、位置、取向，焊錫的形態(tài)、錫膏的印刷質(zhì)量等表面貼裝檢關鍵工藝的質(zhì)量檢測和監(jiān)控。本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術方案本實用新型基于多角度線性CCD的線路板檢測裝置，包括控制裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、線性光源、由電機驅(qū)動的檢測平臺、以及設置于檢測平臺上的偶數(shù)個線性CCD，線性光源設置于檢測平臺正上方，線性CCD相對于線性光源對稱設置，線性CCD的輸出端串接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后接控制裝置的輸入端，控制裝置的輸出端分別接線性CCD和電機的輸入端。優(yōu)選地，所述控制裝置采用FPGA。優(yōu)選地，所述電機為步進電機。優(yōu)選地，所述線性CXD與檢測平臺成80度。本實用新型的優(yōu)點(一 )、采用獨立研發(fā)的基于FPGA的CXD圖像采集系統(tǒng)代替成品CXD攝像頭采用FPGA芯片直接控制線性CXD和輸運電路板的步進電機，可以提高圖像采和分析速度，以及圖像采集系統(tǒng)與整個設備的整合度。( 二)、采用固定線性CXD圖像采集系統(tǒng)采集大面積圖像，線性CCD攝像頭有著天然的優(yōu)勢，因為線性掃描成像可以直接形成大面積圖像，而無需像面陣攝像頭那樣進行后期拼接；同時線性掃描的圖像在掃描方向上沒有光學畸變，可以得到更高的圖像質(zhì)量。傳統(tǒng)的工業(yè)線性CCD攝像頭由于用量小，廠家單一，所以成本很高。一般工業(yè)線性CCD攝像頭的銷售價格要比具有相同像素長度的面陣CCD攝像頭高5-10倍。所以在AOI檢測設備中使用較少AOI表面貼裝檢測要求有很高分辨率的圖像，一般要求每個像素在0. 02mm左右。 同時要求檢測的電路板面積又很大。一塊300mmX400mm的電路板需要采集3億個像素的圖像。一個2000像素的線性(XD，按0.02mm像素尺寸，只能采集40mm寬的圖像。整塊板需要 8個2000像素的線性CXD攝像頭。采購成品線性CXD攝像頭的費用已遠超目前AOI檢測設備的價格。所以，直接采用成品線性CCD攝像頭，無法實現(xiàn)固定線性CCD圖像采集系統(tǒng)。采用自制的線性CCD圖像采集系統(tǒng)組建AOI表面貼片檢測設備，我們可以在允許的成本范圍內(nèi)實現(xiàn)固定線性CCD圖像采集系統(tǒng)。(三)、采用多角度線性CCD攝像頭采集3D圖像信息本系統(tǒng)采用多角度線性(XD，采集電路板的3D圖像信息，通過FPGA并行圖像處理， 可大大提高焊錫及器件和焊腳翹起的檢測精度(見圖3)。通過比較對稱線性CXD圖像之間的關系，可以得出被掃描平面是傾斜還是水平， 水平平面的高度等3D信息。(四)、采用FPGA直接從CXD讀取數(shù)據(jù)并進行圖像分析得出3D信息，并根據(jù)所得 3D信息對元器件和焊點進行檢測本系統(tǒng)采用FPGA芯片對圖像進行處理和分析，可以對圖像中的所有像素同時處理，可以大大提高圖像處理的速度。通過比較相對線性CXD圖像之間的關系，可以得出被掃描平面是傾斜還是水平，水平平面的高度等3D信息。根據(jù)這些3D信息，可以對元器件和焊點進行檢測。(五)、根據(jù)電路板3D信息，實現(xiàn)檢測程序的全自動學習根據(jù)檢測到的3D信息，本系統(tǒng)可以自動完成元器件和焊點位置、取向、大小的輸入工作，極大簡化了自動光學檢測設備使用程序和使用效率。

圖1 間距與高度之間關系原理圖；圖2 檢測元器件3D信息示意圖；圖3 特多角度線性CXD攝像頭示意圖；圖4 線性CXD設置示意圖；圖 5:FPGA 控制圖。圖中標號1—線性光源，2—線性(XD，3—電路板，4—步進電機。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進一步說明。(一 )實現(xiàn)多角度線性CXD圖像采集系統(tǒng)(1)要求采集的圖像可以對表面貼片元器件和焊接情況進行識別和檢測。目前表面貼片技術不斷向高密度化發(fā)展，0201器件(0. 50mmx0. 25mm)已經(jīng)被普遍采用，器件直接的間距最小只有0.2mm。高密度的管腳間距也只有0.3mm。為了有效檢測器件和焊接錯誤， 需要采集圖像的像素不超過0. 02mm。(2)要求圖像采集系統(tǒng)可以對整個電路板進行掃描式圖像采集。在采集過程中無需移動線性CXD攝像頭。檢測最寬不超過300mm的電路板，需要3組，共6個5k像素的線性CXD感應芯片。每組需要2個對稱的線性(XD。(3)采集300x300mm的電路板的時間小于15秒。需要CXD每秒鐘輸出1000條線
性圖像，需要線性CXD的數(shù)據(jù)率達到5百萬像素每秒。(5)要求基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)可以每秒鐘接受3千萬像素的圖像信息。FPGA 芯片需要同時接收6個線性CXD的圖像，要求FPGA每個時鐘接收6個像素，72個比特的信息。所以，F(xiàn)PGA芯片需要有72條數(shù)字IO接口。(6)本系統(tǒng)采用6個5k像素的線性CXD攝像頭對電路板進行掃描。線性CXD的驅(qū)動和數(shù)據(jù)傳輸由FPGA芯片控制。FPGA同時控制電路板傳輸系統(tǒng)中的步進電機，已取得線性 CCD圖像采集和電路板傳動直接的同步。線性CCD攝像頭的光軸與電路板平面呈近80度角 (見圖4)。(7)采用FPGA同時驅(qū)動線性CCD攝像頭和電路板傳輸步進電機(見圖5)(二)采用FPGA對多角度的線性圖像進行并行處理，以得到電路板3D信息通過比較相對線性CXD圖像之間的關系，可以得出被掃描平面是傾斜還是水平， 水平平面的高度等3D信息。首先校準基準平面，使得基準平面在對稱線性CCD上的圖像重疊。實際檢測中，平行于基準平面的平面，如電路板上器件的平面，就會產(chǎn)生具有固定間距的相似圖像。相似圖像之間的距離與平行平面的高度存在線性關系。(見圖1和圖2)。對于傾斜超過一定角度的平面，由于2個對稱CCD所采集圖像不再對稱，所以相對線性CCD所采集的圖像之間的相似度急劇下降，無法進行匹配。所以，通過匹配相對線性CCD所采集的圖像，我們可以判別所采集圖像屬于平行平面還是傾斜平面，和得出平行平面的高度。從這些信息，我們可以確定電路板上元器件的位置、取向、大小等信息。設定線性CXD的光軸與垂直方向夾角為10度，通過圖像匹配獲得間距的精度為2 個像素，即0. 04mm，我們可獲得水平高度測量精度為0. 11mm。實際檢測到的傾斜平面的角度范圍與平面表面情況有關，估計在10度到90度之間。通過匹配對稱線性CXD所采集的圖像，我們可以得到電路板的3D信息。由于匹配圖像是在對稱光源照射下同時采集，所以我們可以采用直接比較像素值的方法匹配2幅圖像。以2匹配幅圖像的對應像素為中心，選取7x7像素的面陣，計算2個面陣像素之間見的絕對差值。對應像素定義為2匹配幅圖像中處在相同掃描線上的像素點。固定左側圖像的像素位置，移動右側圖像的對應像素位置，直至找到最佳匹配的對應像素點。對應像素之間的相對距離即2幅匹配圖像之間的距離。根據(jù)這個最佳匹配距離，我們就可以重組出電路板的3D表面形貌。由于運算量巨大，只有在直接與CXD圖像傳感器連接的FPGA上并行運算才 有可能實現(xiàn)。傳統(tǒng)的集成成品CCD攝像頭和計算機的圖像采集和處理方式無法實現(xiàn)這一功能。(三)檢測程序的自動學習根據(jù)標準電路板的3D信息，結合電路板設計文件中關于元器件名稱、標號、位置等信息，可以自動確認元器件的位置、取向、大小等信息，從而確定元器件的標準2D圖像。綜合元器件的名稱、標號、位置、標準圖像等信息即可生成檢測程序。整個無需用戶手工參與，實現(xiàn)檢測程序的全自動學習。(四)基于彩色矯正相關匹配法的圖像匹配根據(jù)檢測電路板的3D信息，結合檢測程序程序中元器件的標號、位置，就可以確定元器件的檢測圖像，元器件的檢測圖像傳輸?shù)接嬎銠C中，采用申請人實用新型的彩色矯正相關匹配法，計算檢測圖像和標準圖像之間的相似度。彩色矯正相關匹配法計算公式如下
權利要求1.一種基于多角度線性CXD的線路板檢測裝置，其特征在于包括控制裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、線性光源、由電機驅(qū)動的檢測平臺、以及設置于檢測平臺上的偶數(shù)個線性CCD，線性光源設置于檢測平臺正上方，線性CXD相對于線性光源對稱設置，線性CXD的輸出端串接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后接控制裝置的輸入端，控制裝置的輸出端分別接線性CCD和電機的輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于多角度線性CCD的線路板檢測裝置，其特征在于所述控制裝置采用FPGA。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于多角度線性CCD的線路板檢測裝置，其特征在于所述電機為步進電機。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于多角度線性CCD的線路板檢測裝置，其特征在于所述線性CCD與檢測平臺成80度。
專利摘要本實用新型公布了一種基于多角度線性CCD的線路板檢測裝置，包括控制裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、線性光源、由電機驅(qū)動的檢測平臺、以及設置于檢測平臺上的偶數(shù)個線性CCD，線性光源設置于檢測平臺正上方，線性CCD相對于線性光源對稱設置，線性CCD的輸出端串接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后接控制裝置的輸入端，控制裝置的輸出端分別接線性CCD和電機的輸入端。本實用新型可以自動完成元器件和焊點位置、取向、大小的輸入工作，極大簡化了自動光學檢測設備使用程序和使用效率。
文檔編號G01B11/02GK202002893SQ20112008242
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權日2011年3月25日
發(fā)明者王輔明 申請人:王輔明