一种smt模版质量的检测设备与方法

一种smt模版质量的检测设备与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器视觉及图像处理技术，具体为一种SMT模版质量的检测设备与方 法。
【背景技术】
[0002] 随着表面贴片技术(SMT)得到广泛应用，PCB电路板的集成度和复杂度越来越高， 贴片与SMT产品组件间的间隔越来越小，人工难以检测。PCB上所出现的缺陷主要源于锡膏 印刷，锡膏印刷是SMT工艺中最重要的环节。而SMT模版的质量是决定锡膏印刷质量好坏的 关键因素。随着SMT模版上开孔尺寸不断减小、数量不断增多，应用自动光学检测技术(Α0Ι) 成为一种必然选择。传统的人工检测方法存在主观误差，耗时长等缺点，且只能对SMT模版 进行抽样检测;而使用基于数字图像处理的计算机视觉检测则具有非接触性、检测精度高、 速度快等优点，机器视觉检测代替人工检测已经成为了一种必然选择。
[0003] 现有的SMT模板的自动测量方法采用Gerber文件生成的SMT模板标准图像后，由 CCD相机或扫描仪采集SMT模板图像与标准图像进行对比从而确定SMT模板缺陷。由于CCD相 机分辨率以及计算机硬件的限制只能对小尺寸的SMT模板进行检测，因为图像分辨率的限 制对大尺寸的SMT模板则导致细节的丢失。

【发明内容】

[0004] 针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种SMT模版的质量检测 设备与方法。该设备适用于SMT模版的质量检测，并且结构简单;该方法利用本发明所述检 测设备，通过Gerber文件获取SMT模板标准图像后，多次移动CCD相机对SMT模版进行图像采 集，将采集图像与标准数据进行对比，确定SMT模板的缺陷。该方法提高了检测精度、实现了 SMT模板的全自动检测，缩短了检测时间，且适用于各种尺寸的SMT模板。
[0005] 本发明解决所述检测设备所采用的技术方案是，设计一种SMT模版质量检测设备， 其特征在于该设备包括有:CCD相机、X向伺服电机、X向导轨、X向光栅尺、Y向伺服电机、Y向 导轨、Y向光栅尺、SMT模板固定装置、平面背光光源、工控机、运动控制卡、数据采集卡和继 电器;所述SMT模板由SMT模板固定装置固定在检测平面上，X、Y向伺服电机分别通过X、Y向 导轨带动CCD相机及平面背光光源分别在检测平面的上、下方移动；由Χ、Υ向光栅尺对CCD相 机的位置进行反馈;CCD相机在检测平面上方移动并采集SMT模板局部图像;所述工控机通 过PCI接口与运动控制卡通信控制Χ、Υ向伺服电机移动，通过PCI接口与数据采集卡通信获 取X、Y向光栅尺的位置数据，通过GigE接口与CCD相机通信，获取采集图像，并通过继电器控 制平面背光光源的亮灭。
[0006] 本发明解决所述检测方法技术问题的技术方案是，设计一种SMT模版质量检测方 法，该检测方法采用本发明所述的检测设备和下述检测步骤：
[0007] (1 )Gerber文件解析
[0008] SMT模版的标准图像由对应的Gerber文件生成，为了提高检测精度，本发明提出一 种将Gerber文件生成的缩略图局部分割后依次生成高分辨率的局部图像的方法，从高分辨 率的局部图中提取孔位信息，保证了数据精度;之后由人工定位Gerber文件中的位置基准 点(Mark点），用于后续检测过程中SMT模板的位置误差校正。
[0009] (2)检测窗位置及轨迹规划
[0010] 为了提高精度检测精度，检测时需多次移动CCD相机对SMT模版进行图像采样;检 测窗的位置及轨迹影响着检测效率，在检测前需对检测窗位置及轨迹进行规划。
[0011] (3)确定孔位相对于设备零点的偏移量
[0012] 由Gerber数据获取的图像均为相对坐标，在检测前需确定图像相对于设备零点的 偏移量；由步骤2中获得Mark点位置，之后手动将CCD相机移动到被固定的SMT模版的对应的 Mark点位置，根据实际Mark点相对于设备零点的位置与标准Mark点的相对位置进行差值计 算，可获得Mark点偏差，同时也是SMT模板标准数据的偏差。
[0013] (4)SMT模板定位误差校正
[0014] SMT模板在检测时由人工放入检测装置，由于定位误差以及SMT模板边框不平整等 原因导致SMT模板产生倾斜、旋转、移位等定位误差(如图6所示）。此时检测窗的理想位置与 实际位置间产生偏差，故在检测前需校正位置误差。
[0015] (5)孔位缺陷检测
[0016] 根据校正后的检测窗位置，移动CCD相机后采集图像，由光栅尺采集位置数据经 PCI总线传入计算机，对采集到的图像进行预处理，然后提取孔位数据，并变换为实际尺寸； 与Gerber文件生成的孔位数据进行对比从而判断是否存在多孔，少孔，孔偏移，孔大，孔小 和毛刺，从而判断SMT模版质量的优劣。
[0017] 与现有技术相比，本发明设备通过移动CCD相机多次采集SMT模板图像完成检测， 有效提高了检测精度;本发明方法将机构本身误差源与待检测SMT模板的定位误差分别进 行矫正，进一步提高了检测精度;并规划检测窗的位置与轨迹，提高了检测速度;将Gerber 文件直接转换为孔位信息与检测图片进行对比，缩短了检测时间。本发明具有快速、精确、 非接触的特点，可有效的对SMT模板质量进行检测。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明SMT模版质量检测方法一种实施例的流程示意图。
[0019] 图2是本发明SMT模版质量检测设备一种实施例的整体结构示意图；
[0020] 图2a是本发明SMT模版质量检测设备一种实施例的整体结构示意图；
[0021]图2b是本发明SMT模版质量检测设备一种实施例的固定SMT模板示意图：
[0022]图2c是本发明SMT模版质量检测设备一种实施例的结构框图：
[0023]图3是本发明SMT模版质量检测方法一种实施例的Gerber文件解析示意图；其中， [0024]图3a是本发明SMT模版质量检测方法的Gerber图像的局部分割方法示意图；
[0025]图3b是本发明SMT模版质量检测方法的Gerber图像的局部分割结果示意图；
[0026]图4是本发明SMT模版质量检测方法的检测窗的位置及轨迹规划示意图；其中， [0027]图4a是本发明SMT模版质量检测方法的检测窗位置规划示意图；
[0028]图4b是本发明SMT模版质量检测方法的检测轨迹规划示意图；
[0029]图5是本发明SMT模版质量检测方法的零点偏移补偿示意图；
[0030] 图6是本发明SMT模版质量检测方法的SMT模板定位误差示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但并不以此作为对本申请权利 要求保护范围的限定。
[0032] 本发明设计的SMT模版质量检测设备（简称设备，参见图1-6)包括有:(XD相机1、X 向伺服电机2、X向导轨3、X向光栅尺4、Y向伺服电机5、Y向导轨6、Y向光栅尺7、SMT模板固定 装置8、平面背光光源9、待检测SMT模板10、工控机11、运动控制卡12、数据采集卡13和继电 器14;所述SMT模板10由SMT模板固定装置8固定在检测平面(参见图2b)，X、Y向伺服电机2、5 通过X、Y向导轨3、6带动(XD相机1及平面背光光源9分别在检测平面上、下方移动；由X、Y向 光栅尺4、7对CCD相机的位置进行反馈;CCD相机1在检测平面上方移动并采集SMT模板10局 部图像;本发明设备的系统结构（参见图2c)是:所述工控机11通过PCI接口与运动控制卡 12通信控制X、Y向伺服电机2、5移动、通过PCI接口与数据采集卡13通信获取X、Y向光栅尺4、 7的位置数据，通过GigE接口与CCD相机1通信，获取采集图像，通过继电器14控制平面背光 光源9的亮灭。
[0033] 本发明同时设计了 SMT模版质量的检测方法(简称方法，参见图1-6)，该方法采用 本发明所述的SMT模版质量的检测设备和如下工艺步骤：
[0034] (l)Gerber 数据解析
[0035]每次检测SMT模版前首先在系统中寻找是否存在由该SMT模版对应的Gerber文件 所生成的标准数据。若该标准数据存在，则跳过下述操作，直接进入步骤(4)。
[0036] SMT模版的标准图像由对应的Gerber文件生成，为了提高检测精度，将Gerber文件 生成的缩略图分割后为多个局部图像，并依次生成高分辨率的局部图形从而提取孔位信 息。人工定位文件中的位置基准点(Mark点）。
[0037] 首先，根据数据生成适当的缩略图，提取缩略图中封闭图形的最小外包络矩形，此 时Gerber数据中所有坐标定位均在不同封闭图形的最小外包络矩形中。在生成数据时首先 将Mark点对应的封闭图形选出，用于后期测量中与实际Mark点对比并进行误差补偿。
[0038] 由于孔位形状的复杂性导致最小外包络矩形将形成重叠，即最小外包络矩形A可 能包含最小外包络矩形B的一部分，将形成重叠的最小外包络矩形合并，即用最小外包络矩 形C包含A和B矩形(参见图3a)。循环往复直到所有外包络矩形均不重叠为止(参见图3b)。
[0039] 将所有外包络矩形的坐标值从缩略图中换算到Gerber数据中，之后将外包络矩形 中的图形依次使用高分辨率画出，并由封闭图形得到高精度孔位数据(孔位左、上、右、下坐 标值;中心X、Y坐标值;宽、高、面积和周长)并变换为实际尺寸，进入步骤(2)。
[0040] (2)检测窗位置及检测轨迹规划
[00411在对SMT模版进行自动光学检测时，为了保证测量精度，CCD相机的视野(F0V)不能