智能视觉系统在IC引脚外观检测上的应用

• 关键词：视觉系统,外观检测,产品质量检测,残损检测

　 IC引脚的平面度和正位度是影响线路板组装质量的一个重要因素，如何在生产过程中在线检测IC引脚的平面度和正位度，从而控制和提高产品的表面质量一直是电子行业非常关注的内容。
　　
　　传统的检测方法是通过人工检测的，这种方法存在很多的问题：检测效率不高；检测结果容易受到人的主观因素影响；检测人员的劳动强度大等。为了克服这些问题，国内外已研制出基于伺服控制的高精度IC外观自动检测系统。
　　
　　2、系统组成
　　
　　视觉系统的测量精度受诸多因素的影响，如CCD相机的光学物理参数、光学投射器特征参数、传感器本身的结构参数及外界干扰源等等。在CCD相机、光学投射测量环境一定的情况下，测量系统的结构参数对测量精度影响很大。实验和相关理论推导表明，测量点的定位误差和系统结构相关性如下：
　　
　　1）CCD相机光轴和光平面垂直时，深度方向的测量误差最小。
　　
　　2）CCD相机与光学投射器距离越远，测量误差越小。
　　
　　3）CCD相机镜头放大倍率越小，测量误差越小；这也表面被测物体离摄像机越远测量误差越大。
　　
　　当系统的几何结构确定以后，CCD相机的参数对系统的测量精度至关重要。逐行扫描的CCD相机的动态范围大、噪声小、没有奇偶行场频接误差，非常适合测量的应用。相机的分辨率越高、动态范围越大，测量的精度就越高。清晰的图象是视觉检测的基本保证，光源的选取也十分重要。因为对比度和瑕疵模式的随机性，即使通过人眼，表面瑕疵经常很难检测到。只有光源合适,能够“放大”瑕疵，视觉系统才会较易检测。在有些情况下,为了能够检测到各种类型的瑕疵，需要同时使用多种类型的光源。对于面阵相机常会使用的LED灯源通常会作一些外缘形状的排列（例如:环形或矩形）,同时当排列角度及安装位置或距离不一样时,LED所交错出来的光源强度及位置也会有所不同。对于非接触式测量来说，选择合适的镜头和光源是获取最低畸变度的、清晰的图像的一个重要考量。
　　
　　一个典型的测量系统是：采用丹麦JAI公司百万像素级的CV-A1工业CCD相机、日本Computar公司的25mm焦距镜头、加拿大DALSA公司的IPD智能视觉检测系统
　　
　　具体产品参数如下：
　　
　　CV-A1相机：1/2”靶面，1380＊1035象素，面阵，逐行扫描，帧速16fps，模拟输出，灵敏度0.3Lux
　　
　　M2514-MP镜头：C接口，焦距25mm，F数1.4
　　
　　CCS-w1206光源：日本CCS白色LED背光源
　　
　　DALSAIPDVA41：加拿大DALSA公司生产的IPD智能视觉系统，可同时接6部黑白相机或者2部RGB彩色相机　　

　　检测界面如图，

通过DALSAIPD视觉检测系统中的Sherlock软件完善的算法我们能精确找出各个引脚的端面轮廓，并进行顶点截取，筛选，位置排序等操作。对于共面度的判定用到了平面镜成像原理将不同视角的引脚面整合，从而对基准线和基本面进行确定，这样就能准确判断各个引脚是否共面。对于高速生产线的检测，离线校验审核或机器人导航抓取等应用，定位工具是机器视觉成功的关键。定位工具，定位器或模块匹配能识别和确定零件准确的位置和方向，结果可以被直接传输到搬运物体的设备或用来定位其它的检测工具。我们统称该物体运动定位为标记定位。Sherlock软件带有强大的定位搜索引擎，其带有数十种完善的预处理功能，对于工位上存在偏转、缺陷的IC同样能准确定位和测量。
　　
　　在控制系统中，首先根据IC生产线速度和期望目标，基于电机编码器反馈信息，启动机械传送装置水平方向运动控制器，实现粗控制；然后，在此基础之上，利用CCD相机对IC的成像信息作为反馈信息，最终实现精确控制。在精确测量时，为保证成像质量，通过伺服电机对相机高度的控制和图象处理软件对聚焦的信息反馈实现自动调节焦距的功能。
　　
　　3、系统性能：
　　
　　可检测内容：IC引脚共面度、正位度；IC上面字符；引脚沾锡过多等表面缺陷；
　　
　　检测精度为0.003mm；
　　
　　检测速度可以达到2-3个每秒。
　　　　
　　4、应用前景
　　
　　本套系统是机器视觉取代人工检测的典型案例。人工检测引脚共面度时由于引脚很小，导致人眼非常容易疲劳，从而影响生产效率。本系统精度高，检测速度快，可取代多名熟练工。机器视觉应用在各种产业的生产制造及品质检测已是行之有年,利用机械视觉和运动控制系统可以提升检测精度和加速生产速度，因此逐渐变成许多生产检测设备必备的一环。