罗超
中国船舶集团第七一〇研究所 湖北 宜昌 443000
摘要：随着我国电力工程的不断发展，超、特高压变电站不断的被应用，相关的运维技术也在不断完善。超、特高压变电站设计的技术难度大，并且施工和运作的环境较为复杂，保障变电站不受到其他因素的干扰非常重要，不然会造成非常大的安全事故。本文对SMT封装电路板三维在线检测技术进行分析，以供参考。
关键词：SMT封装电路板；三维在线检测；分析
引言
随着SMT封装技术的发展，电路板的元器件逐渐向致密化、小型化方向发展，对SMT封装电路板的生产质量提出了更高的要求，凸显了元器件检测的重要性，及时发现SMT封装电路板元器件的缺陷，保证了生产质量。传统的人工目测、红外检测、电气检测由于误差大、损伤大，已经不能满足SMT封装电路板的生产要求，不利于整个行业的稳定发展。在此背景下，探索SMT封装电路板的三维在线检测技术具有重要的现实意义。
1概述
随着表面贴装技术(SMT)的普及，电路板上的元件越来越密集，越来越小。元件安装缺陷的有效检测对贴片封装电路板的生产质量起着重要的作用。传统的电路板缺陷检测方法主要包括人工目视检查(MVI)、电气检查和红外检查。MVI依靠人工视觉进行检测，成本低，但受人为因素影响大，检测效率低；电学检测是接触测量，可以快速检测短路和开路，但会损伤电路板表面；红外检测是非接触检测，速度快，但只能检测裂纹等缺陷；上述传统的检测方法都有其优点，但都受到自身检测原理的限制。他们的检测能力已经不能完全适应高速、高精度的场合，比如回流焊接后SMT封装电路板的缺陷检测。
2面向高密度化、高速化的制造技术
多层PCB的导体图案都是用铜制作的。在铜箔层压板铜箔的蚀刻中，很难确保侧蚀刻非常小。为了减少侧面腐蚀，需要减少刻蚀量。为此，使用超薄铜箔的图案电镀方法被广泛使用；但是为了实现更高的布线密度，建议使用无铜箔的半加成工艺。这种方法存在一些问题，如与树脂层光滑表面的附着力差，以及为了去除籽晶而在导体底部发生侧腐蚀。已经开发了蚀刻溶液来防止侧面腐蚀，但是如下所述，提高树脂平滑镀层的粘附性的工艺还没有投入实际使用。
3三维检测技术原理
激光三角法是SMT板三维检测的实现原理，该方法的基础为视觉检测技术，其应用较为广泛的领域包括形貌检测、距离测量等等。准直是激光本身所具有的特性，在待检测的SMT板上投射光条后，由于受到板上元器件、锡膏的影响，光条会发生变形，利用摄像机对光条图像进行获取，依托投射方向、图像中的光条位置，利用三角几何的基本特点，能够得到光条中心点的坐标。采用三维检测系统对SMT板进行检测时，激光器、摄像机等设备的参数对检测结果具有一定程度的影响，通过对标定过程进行严格控制，可以消除参数变化引起的测量误差，从而保证检测结果的准确性。
4 SMT封装电路板三维在线检测系统
4.1整体框架
SMT封装电路板三维在线检测系统的硬件包括视觉传感器、电控平移台、计算机、图像采集卡和工作台等。两个视觉传感器由两个摄像头和一个激光器组成，摄像头的中心轴与线结构光形成一个等角，激光器垂直于电路板表面，由于电路板表面不平整而变形弯曲。此时两台摄像机分别拍摄图像，图像采集卡将图像传输到计算机。提取光条图像中各点的像素坐标，建立(x，y，z)三维坐标系，将像素坐标带入三维坐标系，建立传感器测量模型，获得SMT封装电路纵向和深度方向的参数和尺寸信息，通过电控精密平移表恢复电路板表面，定义横向信息，形成电路板的三维形貌。
4.2软件设计
摄像机图像采集后，通过图像采集卡传输到计算机处理软件进行图像计算，构建传感器的数学模型，进而定义电路板的三维坐标，达到形貌测量的目的。该系统由扫描控制、图像计算和传感器标定组成。
扫描控制依靠电控平移表形成运动参数并定义各测量点坐标值，图像计算结合平移参数，输入传感器测量模型，定义电路板三维坐标，完成测量任务。其功能模块如下:首先，标定模块，在标定坐标中，借助摄像机获取图像，并在图像计算后定义坐标特征。在实际操作中，模块需要将图像采集处理后输入坐标点计算模型，形成参数矩阵，达到标定目的。其次，在测量模块中，两台摄像机同时采集图像，定义光条的中心，将每个测量点的坐标投影到传感器的数学模型中，得到测量点的个数，补充图像信息，利用平移参数得到最终的三维数据。第三，软件界面，设置功能模块控件，搭建界面窗口显示测试结果和测试进度。
5三维在线检测技术在SMT封装电路板中的应用
5.1系统测量模型
设计的检测系统是以线结构光垂直投射的方式，对SMT板进行测量，将图像处理之后获得的光条点图像坐标代入至相应模型当中，便可得到二维坐标。为对完整的三维坐标进行获取，引入被动扫描的方式进行测量，即将光发射器与摄像机以固定的角度摆放好，并对传感器的位置加以固定，然后把SMT板置于平移台上，利用程序对平移台的运动过程进行控制，从而实现系统对电路板的全面扫描检测。在对SMT板进行检测的过程中，平移台会作出步进式运动，步进间距为Z向上的坐标值。二维坐标可以通过相应模型获得，由此便可得到测点的三维坐标。由于SMT板上的元器件在高度上存在突变的部分，从而导致数据缺失，为解决这一问题，在系统设计时，采用两个摄像机与激光器构成双传感器，以此对SMT板进行测量，这样便可使上述问题得到解决。受到采集角度的影响，使得两个摄像机获取到的光条图像信息会有所差别，可用三维数据点数量少的对数量多的进行补偿，以此来获取更多具有利用价值的信息，提高检测结果的准确性。
5.2检测实验
SMT板较为典型的缺陷有元件缺失、装贴错误、焊接短路等等。通过本次设计开发的检测系统，对SMT板进行三维扫描测量后，利用获得的数据构建三维图形，可对缺陷进行直观呈现。实验表明，该系统具有良好的可行性，系统测得的数据能够为缺陷检测提供依据，并且可以满足在线测量的使用需要。
6自适应光条中心提取算法
中心的准确提取是保证三维测量结果准确性和可靠性的关键。SMT封装电路板上的元器件体积小，分布密集，封装类型不同，表层不同。系统采集的光条图像不可避免地包含了更多由于元件表面反射或散射而产生的噪声；而且受电路板密集的元器件表面形貌调制变形，光条的方向不只是水平或垂直，大多有一定的曲率。基于小波变换的光条图像去噪系统光条图像的噪声主要是由部件表面局部反射率的差异引起的。小波变换具有良好的时域和频域局部性，适用于图像细节的处理。条纹图像中的噪声大多集中在高频带，噪声的小波系数分布在整个时域，经过特定的尺度变换后变得非常小。因此，可以通过小波变换对图像进行分解，在小波变换域去除幅度较小的噪声成分，然后通过逆变换对图像进行重构，得到去除噪声后的条纹图像。
结束语
本文设计并搭建了基于线结构光传感器的三维在线检测系统，测量SMT封装电路板表面三维数据，用于SMT封装电路板生产工艺流程中回流焊接之后的缺陷检测。系统采用双传感器测量方法，有效减少数据丢失;标定时，使用一个平行线靶标，即可同时完成两个传感器的标定和标定结果统一;系统综合运用图像处理方法，首先对图像进行去噪，再自适应找到光条的最大能量方向，提取准确的光条中心。实验表明系统测量精度可以达到0．02mm，满足在线检测SMT封装电路板上缺陷的精度要求。
参考文献
[1]陈家焱.基于机器视觉的漆包线线径在线检测系统设计[J].中国测试,2019,45(12):119-125.
[2]王佳骏.通信电池在线检测技术在通信电池巡检中的应用[J].通信电源技术,2019,36(12):178-179.
[3]邱伟.振动筛故障在线智能诊断系统研究[J].自动化应用,2019(12):105-107.
[4]张明岐,潘志福,殷旻,翟士民.电液束加工小孔盲通在线检测方法[J].电加工与模具,2017(06):42-46.
[5]钮承新.高压电器外绝缘在线检测技术在电气化铁路的应用研究[J].电气化铁道,2017,30(06):33-35.