HexSight檢測應用(SMT貼片元器件引腳共面度檢測篇)

深圳市視覺龍科技有限公司 曹健 曠輝 姚強 丁少華
廣東工業大學 劉建群
Cao Jian Kuang Hui Yao Qiang Ding Shaohua Liu Jianqun

摘 要：介紹了HexSight在SMT貼片元器件引腳檢測方面的應用，并分析了該檢測方案的檢測原理和可行性。在文章最后展示了對一款連接器引腳的檢測結果。
關鍵詞：照明光源 定位 采樣 連接器引腳
Abstract: The application of HexSight is introduced in SMT pins inspection. The principle and also feasibility of the inspection are analyzed. The result of inspecting a kind of chip is shown at the end of the article.
Key Words: Illumination, locate, sampling, SMT pins

1. 問題的提出
在電子行業中，SMT貼片元器件是經常會運用到的零件。而這些元器件與電路連接的部位——引腳，是貼片元器件質量檢測的關鍵環節之一。因為這種產品引腳的數量多而且尺寸小，使得檢測難度較大，且引腳檢測中的接觸，往往會導致引腳的損壞。而機器視覺檢測的高精確度和非接觸式完全適合運用到該領域中。
在SMT貼片元器件的檢測中，主要的問題有三條：一、元器件引腳的平整度。二、元器件引腳的共面度。三元器件引腳的位置度。
引腳平整度不好，會導致在貼片的時候，元器件的引腳與PCB板不能貼和。引腳整體一致性的向上或向下的翹起。而元器件引腳的共面度或位置度不好會導致個別引腳不能很好的與PCB貼合。
通過分析貼片元器件引腳缺陷的規律，深圳市視覺龍科技有限公司運用HexSight視覺軟件包，針對元器件引腳共面度檢測，制定了一套行之有效的解決方案。該方案能很理想的解決上述問題。下面就詳細的介紹一下這個解決方案。
2.方案介紹
檢測引腳共面度問題，很重要的也是最首要的問題就是引腳的端面能否很清晰的成像。這里我們采用的照明方式為：白色環行LED燈從引腳側面照射。具體形式如下圖一：

圖一：光源照射示意圖

因為相機鏡頭從引腳端面的正上方拍攝，而拍攝到的圖像中不可避免的包括了引腳的拐角部分。若采用正上方同軸照明，引腳的拐角部分也會反射光，這樣會導致引腳端面和其他部分對比度不強而影響檢測結果。而如上圖的照明方式可以有效的抑制非端面部分反光，而使采集的圖像達到理想的效果。

圖二：實物拍攝圖

分析引腳缺陷的特征，不難發現無論是腳偏,還是缺腳，導致的結果只有一個：就是存在缺陷的引腳端面與其他正常引腳端面不在同一水平面或根本就不存在該引腳。如下圖所示：

共面度的好壞由引腳高度差來判定，高度差指的就是在同一顆貼片元器件上的一系列引腳中的坐標最高邊與最低邊的坐標值之差。通過測量每顆貼片元器件，每條引腳的兩條邊的位置，我們可以判斷產品的每條引腳是否超過基準線，有多少條引腳超出基礎線，具體是哪幾條，該元器件是否符合要求。在基準線的選擇方面，我們可以選擇元器件上的一個固定的特征，再由這個固定特征來訂出基準線。在該解決方案的檢測樣品中，我們選擇了一條在引腳上方的黑色塑膠凹槽，由這條凹槽和產品的一些參數（如正規產品的引腳高度差）我們可以很容易的定出所需要的兩條基準線。
在HexSight所提供的工具中，我們采用了如下幾個來完成上述的功能：HSAcquisitionDevice、HSLocator、HSSamplingTool、HSEdgeLocator.其中HSAcquisitionDevice用來采集圖像（HSAcquisitionDevice0）。第一個HSLocator工具(HSLocator1)用來判斷和定位由HSAcquisitionDevice采集的圖像中是否含有我們希望找到的特征，有則定位出其位置，否則就不用進行后面的工作了。HSSamplingTool用來取樣(HSspSamplingTool)，即僅僅將我們感興趣的那部分特征從由HSAcquisitionDevice采集的圖像中提取出來。第二個HSLocator工具(HSspLocator)用來定位HSSamplingTool采樣的圖像中的特征，并為后續工作奠定基礎(因HSEdgeLocator工具的位置是基于模板的，即HSEdgeLocator工具對于不同的產品之所以能夠準確的檢測到正確的位置，實際上是根據定位到的特征的相對坐標來確定的)。接下來的3個HSEdgeLocator工具（HSEdgeLocatorBase0、HSEdgeLocatorBase1、HSEdgeLocatorBase2）用來定位我們選取的黑色塑料凹槽，HSEdgeLocator的作用是能夠很精確的定位到邊緣的位置。用3個HSEdgeLocator的目的是分別測量黑色凹槽的3個不同位置，然后取平均值以精確定位到該凹槽的位置。后面的幾個HSEdgeLocator（HSEdgeLocator0-9）工具分別用來定位幾個引腳端面的邊緣位置。

圖三：HexSight工具管理箱

軟件DEMO如下圖所示：

圖四：軟件界面

圖五：參數設置

參數設置對話框中的“標準高度差”，用來設置正常產品的引腳高度差，“公差”，用來設置實際檢測中超過基準線多少范圍之內算合格產品，“參照距離”，用來設置基準線距離特征標志的距離。運用該方案的測量結果如下圖所示：

圖六：檢測結果（綠色表示OK的引腳，紅色表示有問題的引腳。右邊顯示控件左下腳的提示顯示該產品是否OK）

圖七：檢測結果放大（綠色線段表示OK的引腳，紅色線段表示有問題的引腳） 在圖六中可以看到在軟件界面上有兩個顯示控件，其中左邊的顯示控件用來顯示實際拍攝到的圖像，右方的顯示控件顯示檢測結果，在左邊顯示控件下方的幾個編輯控件分別用來顯示檢測到的坐標最大的邊，和坐標最小的邊的坐標，以及它們的差值，即高度差）。右邊顯示控件下方的列表控件用來顯示具體的檢測結果，如,每個引腳的兩條邊的坐標值，其高度差值等等。

結束語
　　
由測量結果我們可以看到，該方案基本能夠滿足貼片元器件引腳共面度檢測的要求。在實際項目中，相關硬件部分的加強可以大大增強圖像的質量，提供適合的穩定的工作環境。相信該方案是成功的，是適合應用到實際生產中的。
參考文獻
[1]ADEPT TECHNOLOGY, INC. HexSight User Guider.
作者簡介
曹 健（1981-） 男 畢業于湖北大學信息與計算科學專業，目前從事機器視覺軟件應用開發工作。