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3D SPI的發展趨勢

攻略神州視覺2018年06月07日次瀏覽

3D SPI的發展趨勢

眾所周知,隨著科技的發展,電子產品裝配向著高密集化、小型化演進,越來越多的電子生產廠商為保證產品質量,導入各種品控自動化設備,在SMT生產線的多個位置嚴把品質關,全方位管控。根據全球表面貼裝協會的報告,我們可以看到在SMT生產過程中,錫膏印刷相關的不良占到70%,印刷的好壞決定著SMT工藝質量,目前很大一部分的電子廠商是采用AOI在貼片后和回流爐后進行檢測,由于………因此有不少電子生產廠商導入3D SPI來嚴把質量關,那么3D SPI是如何檢測高度、原理是什么,怎么計算出來的呢?接下來一一向大家介紹。

  在很長一段時間內,人們都采用了一種既簡單也是當時很有效的一種方式來計算高度,這種方式的名稱叫做“激光三角法”,那么激光三角法是根據什么樣的原理來計算高度的呢?如圖所示:CCD相機在頂部,激光從側面投射出來,直接照射到待測位置的焊盤上作為基準點,我們用O來表示,當有焊膏的時候照射下來的激光點就會被截斷,照到另一個位置,這個位置我們叫做成像點,用A來表示, 再通過三角形關系H=tan*AO

  前面所講的方法只能測量一個點的高度,為了提高測試速度,人們逐漸采用了線激光、面激光(如下圖所示):

3D SPI的發展趨勢

  線激光一次可測量一條激光線上的所有點,而面激光因為采用多條激光線,一次可以測量整個FOV的多點高度,效率得到極大的提升。

  •   3D SPI多線(面)激光的原理:

  如圖所示,我們要測量A點的高度,必須要知道A點的參照點,也就是需要確定是由那束激光所照亮,在該圖中,三條激光線的基準點分別為O1\O2\O3,顯然,A點是由第三束激光所照亮,在這里我們把第三束激光的位置稱之為光照點B,結合前面所講的激光三角法,確定了光照點B、也就確定了基準點O,就可以得到A點高度

3D SPI的發展趨勢

  面激光的優缺點:

3D SPI的發展趨勢

  1、優點(石膏圖),示意圖是一副石膏圖,投入一束面激光,拍攝一次就可以得到整幅圖像的3D信息,而且我們肉眼可以從該圖看出,這些激光線隨著物體的高度在發生左右偏移。按照人眼的經驗,基本就可以判斷出為3D形狀。

  2、缺點:如圖所示:面激光所照亮的位置為離散點,絕大多數位置是激光未照射到的,也就是說,我們只能夠精確的計算激光照亮的點,而絕大多數的點只能通過擬合估算出來,直接影響了測量精度。

  其次,因為物體表面本身的顏色以及反光的影響,我們在識別成像點A的時候,容易產生較大的誤差,所以,使用這種方法時通常需要對被測物體進行噴砂處理,成為白色亞光表面。顯然,在SMT生產過程中是不容許的。

 

  那么,是否有一種特殊光源既能夠覆蓋被測物體的所有點,而且又能方便我們確定每個成像點A所對應的光照點B。

  答案是:有!我們下面會闡述一種新的照明方式-------正弦照明。

 

  •   3D SPI正弦照明的特性:

  正弦照明是一種投影照明,它照射到一個平面物體時,會呈現明暗交替的規則變化

  這個投影圖案的亮度是呈現了正弦曲線特性,如圖(正弦曲線圖),請大家特別注意:正弦曲線上的每一個相位Fi對應著唯一的一個光照點B

3D SPI的發展趨勢

  正弦光照模型:

  大家所看到的是正弦圖案投射到物體上的照明模型,鑒于時間關系,推導過程就不多講,但是,希望大家記住結果:I=Ib(環境亮度)+Ir*cosFi,在這里Ib是背景亮度,IR是反射亮度,它跟物體相關,每一點的Ib、Ir都不一樣,而且是未知的。

  Fi是正弦曲線的相位,如前所述,Fi實際上對應了光照點B,如果我們確定了Fi,也就得到了光照點B,得到光照點B就可以通過三角法得到該點的高度。

  如何確定Fi?

  從該式子可以看出:IB、IR以及Fi是未知的,但是Ib、Ir我們不關心,我們關心的是Fi,如何求得Fi呢?有學者提出了移相法,解決這個問題,什么是移相法?

  在下圖中,拍完第一幅圖后,移動照明圖案pi\2,拍攝第二幅圖案,再移動pi\2,拍攝第三幅圖像,再移動pi\2,拍攝第四幅圖像,那么每個點就得到了四個亮度,根據前面的光照模型,這四個亮度的公式如下

3D SPI的發展趨勢

  上述四個公式經過簡單的數學變換,就可以得到

3D SPI的發展趨勢

  該圖即是四步移相法的實例,上面四幅圖是四次移動拍攝的圖案,下面的3D圖是根據我們前面所講的公式,把每個像素的高度都計算出來的結果。

  •   PMP:

  我們前面所講的正弦圖案以及移相法這一整套解決方案叫做:相位測量輪廓術(Phase Measurement Profilometry),簡稱為PMP。

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