电路板锡膏均匀性参数检测系统

　　表面贴装技术是半导体制造中的核心技术，伴随着无铅化概念的提出，该技术对电路板锡膏印刷的均匀性提出了更高的要求.对于大规模的半导体自动化生产来说，采用锡膏检测设备可以实现锡膏均匀性参数自动检测，是生产线质量控制的有力助手[1-2].目前，按照测量原理分类，锡膏检测设备主要分为二维和三维两大类.由于在实际生产过程中，生成的单个锡膏表面并非平整，因此，二维检测并不可靠.锡膏三维检测法通过线结构光测量原理和扫描技术能够获取完整可靠的锡膏表面数据;对数据进行统计分析，可以得到锡膏的平均高度、最大最小高度以及积和体积等反映均匀性的系列参数，因此，三维检测法能对锡膏印刷质量进行更好的控制.目前，三维测量设备仍主要依靠进口[3-5]，其价格昂贵，仅适合大型企业使用.国内一些研究单位正加紧开发面向中小型电子装配企业的低成本三维锡膏均匀性参数检测系统.

　　笔者采用激光作为线结构光测量系统的光源，实现锡膏三维轮廓的测量.并借助基于图像特征的数据分离算法和主元素分析法(principal componentsanalysis，PCA)拟合算法实现基层面的自动确定，从而确定锡膏高度的基准面.该算法避免了现有商业产品需要手动确定基层面的繁琐.另外，由于电路板基板一般具有很强的吸光性，而激光较之其他光源具有较高亮度，故可保证基板数据采集的可靠性.

　　1 锡膏轮廓测量原理

　　图 1 为基于线结构光测量原理的锡膏轮廓测量系统.线结构光源经聚焦后，垂直投射在被测锡膏上，受锡膏形貌调制变形的激光线在 CCD 摄像机光敏面上成像;图像经过采集卡送入计算机进行处理;利用摄像机成像的透视变换模型，并根据光平面与摄像机及被测锡膏之间的位置转换关系，计算出锡膏表面高度方向和纵向的二维坐标;将锡膏放置于步进电机的工作平台上，通过计算机内部的控制卡使步进电机做单向运动，根据步进电机的驱动脉冲数，记录当前位置的横向坐标，与当前锡膏表面的二维坐标结合，从而得到整个锡膏轮廓的三维坐标数据.

　　如图 2 所示，设光平面与锡膏相交线上的任一点为 p，它在传感器光平面坐标系l l l lo -x y z中的坐标为l l lp ( x , y ,0)，在摄像机坐标系c c c co -x y z中的坐标为c c c cp ( x , y , z)，2 个坐标系的变换模型为[6]

　　而对于摄像机像平面，p 点经投影变换对应理想像点为u uP ( X , Y )，由于存在镜头畸变，实际像点为d d dP ( X , Y )，其计算机图像坐标为dP (U , V );因此，光平面坐标和计算机图像坐标的转换模型为[6-7]

式中：xs 为 CCD 参数的比例因子;f 为镜头焦距;( U0 ,V0 )为像面中心对应的像素位置;ud 和vd 分别为CCD 的水平和垂直像素间距;k p为一阶径向畸变;2 2 2d dr = X + Y.定 义 如 图 2 所 示 的 世 界 坐 标 系ow-y w-z w ，其中，xw 方向为步进电机移动方向，zw方向为锡膏的高度方向.该坐标系和光平面坐标系的转换模型为