锡膏印刷质量检测中的光栅控制及三维测量技术研究

摘要

电子制造业的电路板上元器件安装采用表面贴装技术(SMT)后，元器件尺寸进一步减小、集成度更高，同时生产自动化程度也进一步提高。但产品在线质量检测成为SMT生产线的薄弱环节，特别是前端的锡膏印刷环节，传统检测方法速度慢、可靠性差，而电子产品质量缺陷的80％以上是由于锡膏印刷缺陷导致的。
　　 锡膏印刷质量检测需要检测二维面积、位置缺陷和三维厚度、体积、形状缺陷，本文首先回顾了SMT锡膏印刷质量检测技术的发展，研究了国外最新的基于机器视觉的锡膏印刷质量自动检测设备(SPI)，分析了基于机器视觉的三维测量技术研究现状，对基于投影光栅移动相位测量轮廓术(PMP)的SPI的关键技术进行了相关研究：
　　 设计了系统的硬件结构，特别是对控制玻璃光栅移相的压电陶瓷进行了研究，分析了其控制电压的非线性和压电陶瓷的蠕变特性，设计了基于图像的校正压电陶瓷控制电压的创新方法。
　　 在软件算法方面，针对机器视觉检测中的相机视野有限与检测对象面积大的检测镜头分配问题，设计了基于先验知识引导随机搜索的方法，有效解决该问题，使检测窗口数最少。
　　 对于相位测量轮廓术的关键技术之一的相位展开方法，本文结合锡膏检测工程实际提出了结合二维图像的分区域快速相位展开方法。最后讨论了三维测量中的相位-高度映射关系。
　　 在理论研究基础上，利用搭建的锡膏印刷质量三维检测系统进行了实验，对同一印刷锡膏做了不同视角、位置下的面积、体积测量重复性对比实验。实验结果显示该系统达到了较好的测量精度。本文分析了影响测量精度的原因，并对进一步的研究工作进行了展望。