全彩色多视角光学系统带来测试新体验

全彩色多视角光学系统带来测试新体验

     PCB视觉检测有多种技术，通过有效组合不同技术和工艺，制造商可以获得精确、持久而易用的强大检测系统。结合多色照明、三色相机和真彩色图像处理技术的光学系统，可以为PCB装配提供发现元件和焊点缺陷所需的精确检测，带来检测新体验。
    
     印制电路板(PCB)装配中的自动光学检测(AOI)已有15年历史，并已成为一种被广为接受而且切实可行的检测方法。考虑到今后几年内PCB还会采用IC及分离元件，并通过焊接将其与衬底进行电气连接，AOI系统所面临的真正挑战将在于优化灯光、相机和图形处理技术，从而实现仿照人眼和人脑的处理能力。
    
     彩色相机 Vs.灰度相机
    
     与人眼一样，照相技术是采集视觉信息的一种工艺，但相机更有一些人眼所不具备的能力。例如，相机可进行图像放大，而人眼则需借助于放大镜。多数相机的图像采集方法相似，都采用电荷耦合器件(CCD)。黑白或灰度相机是目前电子制造业最为流行的光学检测相机。灰度相机只有一种CCD点阵，但由于在业界应用广泛，其成本亦相对低廉，因此被广泛地用于制造AOI系统。然而对于OEM等最终用户来说，这种相机仍有诸多不足，尤其是考虑到灰度相机仅能运用256阶灰度来区别它们的成相物，其用于分辨PCB图像的数据量较为有限，因此检测精确度也会较低。
    
     与灰度相机相比，彩色相机则可采用一个或多个CCD点阵。单一CCD点阵依次采用滤光镜，将颜色区分为红、蓝和绿；多CCD相机则采用三个独立的CCD点阵，每种对应一种颜色。多CCD点阵相机的固件如果装配和调校不正确，便可能会在整个检测过程中引起数据不准确。不过，多数CCD相机制造商都宣称，他们采用了严格的生产和装配工艺，因此已经消除了多CCD配件调校不准的情况。
    
     高像素传感器带来更多细节信息
    
    

相机传感器的基本元素是像素。每个像素(或CCD元素)均探测到物体反射的大量光线。将一组像素组合在一起便形成一个点阵。点阵越大，成像范围就越大，轮廓和清晰度也越好。如果相机每次成像的范围增大，检测PCB的速度也就得以加快。一般来说，大型CCD点阵所能检测的范围较大、放大倍数较多、其检测速度也较快。目前趋向于采用先进的1024×1024像素CCD点阵，而从前的相机像素点阵仅有480×640。这与人眼视网膜的传感器相似，接收到的像素越多，在同一放大率下图像的分辨率就越高。通过放大，可更加细微地对物体进行检测和成像。放大率越高，细节便越清晰。
    
     放大可以分为光学放大和数字放大，每种方法都各有优点，但只有光学放大对精确检测有用。数字放大通过软件技术来放大物体成像，但这种方法会影响图像的清晰度和细节。这便是数字放大技术的不足之处，因为PCB检测的关键正是图像清晰度和细节。相比之下，光学放大可捕获物体的所有细节，同时分辨率更高，因此在检测工艺中更倾向于采用光学放大。光学放大倍数越大，如0201等小元件的焊接和位置便能检测得更准确。
    
     灵活选择照明技术提供最佳分析图像
    
     照明是检测的基础。当人眼注视某一物体时，会主动调节光线，从而增大希望看清部位和不重要部位间的对比度。需要指出的是，只有在运用双眼时我们才会有立体感，或者说能感觉到深度，正因为这样，检测技术也需要通过采用多方照明将一个二维图像转换成三维信息。
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     照明可有多种方法，但只有少数几种能提供分析所用的最佳图像。白色闪光灯优点不少：首先，它灯光明亮，可覆盖大范围领域，并能以各种灰度强烈地表现出光与影；其次，闪光灯可减少相机装配不稳的影响——由于闪光频率很快，闪光减少了相机在手持或固定时的抖动影响。
    
     由于成本低、周期短和工作寿命长等原因，许多公司也将红色发光二极管(LED)用于照明。红光在焊点表面上的反射极佳，同时可以模糊其它非反射元件及特征。因此对于灰度相机和灰度图像处理器来说，红色LED照明极为有效。美中不足的是单色LED只能显示物体的亮区，为了发现其它特征，则必须改变光线角度以优化图像。LED可以迅速闪灭，从而可以采集到多个不同角度光线的图像数据并加以分析。不过，由于相机或桌子的移动，用这种方法获得的图像分析可能并不准确。
    
     只有少数制造商采用多色照明，不过该技术的确具有优势。红、绿、蓝是三原色，当照射到一个非反射物时，这三种颜色结合在一起，而物体则将自己本身的颜色反射回相机，这也是人眼能区别出各种不同颜色的原理。对图像分析和检测而言，这种颜色的概念十分有意义，它使得处理器可区别PCB上的各种颜色，如衬底颜色、元件颜色及丝网颜色等。灰度系统往往难于区别焊点连线和丝网网线，从而引起虚报错误和遗漏真正的缺陷。
    
     此外，彩色照明可使焊点圆角成像，这也有益于PCB检测。相机成像是一种二维技术，只有当多个相机以不同角度安装并同时成像时，我们才能从二维图像中获得一些三维数据。不过，这一工艺技术增加了成像系统的复杂性、成本和单点错误。
    
     还有另一种成像技术可以使用彩色灯光检测焊点圆角：将红、绿、蓝三种灯光以不同的角度照射到一个反射面上，从而使每种灯光也以不同的角度独立地反射出来。采用这种技术，一个单色的二维图像可提供焊点圆角的三维数据，因而使得图像处理器或人工检测系统能够确定焊点圆角的质量和完整性。
    
     图像处理技术也是关键
    
     图像处理技术是检测的另一个关键元素。图像处理器包括彩色或灰度图像两种处理器。其中灰度图像处理器稍微便宜些，但由于仅有256阶灰度，它们的图像质量稍差。彩色图像处理器可处理真彩色图像，同时保持细节。有些制造商曾经用一个系统采集彩色图像然后进行灰度分析，这其实是一种浪费，因为这种工艺与收集彩色图像信息的目的背道而驰。
    
     彩色图像提供了图像分析所需的最大数据量。同时该技术还有一个额外的好处：在简单检测中可以通过只采用一种亮度将彩色系统仿真成灰度系统，也就是说彩色系统可同时用于灰度和彩色图像分析。