（凝聚态物理专业论文）工业自动光学检测中的照明系统设计.pdf

摘要 从8 0 年代初期开始，自动光学检测技术就被成功地运用到印刷电路板的检 测当中。本文的研究工作是从工业自动光学检测中的照明技术出发，重点研究焊 点检测中光源的设计，然后利用光学机构仿真软件进行辅助设计，并提出一种计 算机辅助光源设计的方法，从而避开传统光学设计的一些弊端，简化了光源设计 的过程，节约了成本，提高了效率。 本文的主要分为三个部分： 首先，介绍了用于印刷电路板检测的自动光学检测技术及其发展，特别论述 了印刷电路板中焊点的检测技术的重要意义。 接着，概述了光学照明设计的基本知识，并将这些知识灵活地用到焊点检测 的光源设计中去。从焊点的特性出发，考虑焊点的形成过程、焊点的表面形状与 表面张力，然后结合焊点表面梯度矢量及其与倾斜角的关系，从而把对焊点曲面 的检测转化为焊点倾斜角所对应的平面的检测。在此基础上，系统地介绍了环形 光源设计的理论计算方法，并通过单一环形光源和三色环形层次光源两个具体实 例和实验结果加予说明。 最后，详细介绍了计算机辅助光学设计中光线追迹理论，特别是本研究课题 中所采用的光学机构仿真软件t r a c e p r o 的光线追迹法，然后提出了利用t r a c e p r o 软件将成像系统和照明系统结合为一体来辅助照明系统设计的方法。成功地构建 了照明成像系统实体光学模型平台，在此平台的基础上，对光源的均匀性进行举 例分析、结果对比，从而得到性能最佳的照明光源。 本文所提出光源设计的理论计算方法和计算机辅助设计的方法，主要的创新 之处在于利用t r a c e p r o 软件将成像系统和照明系统结合为一体来辅助照明系统 设计，此法为自动光学检测系统中光源设计和今后的研究提供方向。 关键词：光学检测、照明设计、t r a c e p r o 辅助设计 a b s t r a c t a u t o m a t i co p t i c a li n s p e c t i o n ( a o dt e c h n o l o g yh a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt o d e t e c td e f e c t so nt h ep r i n t e dc i r c u i tb o a r d ( p c b ) s i n c e19 8 0 s t h i sr e s e a r c hi s f o c u s i n go ni l l u m i n a t i o nd e s i g no fs o l d e rj o i n ti n s p e c t i o nb a s e do nt h ei l l u m i n a t i o n t e c h n o l o g yo fa o i ，a n dt h e np r e s e n t sac o m p u t e r - a i d e di l l u m i n a t i o nd e s i g nm e t h o d u s i n gt h et r a c e p r os o f t w a r e ，w h i c ha v o i d st h ef l a w si nt h et r a d i t i o n a lo p t i c a ld e s i g n , s i m p l i f i e st h ep r o c e s sa n dr e d u c e sc o s ta n di m p r o v e se f f i c i e n c y t h i sd i s s e r t a t i o nc o n s i s t so f t h r e ep a r t s ： f i r s t , w ei n t r o d u c ea o it e c h n o l o g ya p p l i e dt ot h ep c bi n s p e c t i o na n di t s d e v e l o p m e n t ，e s p e c i a l l yo nt h ep c b s o l d e rj o i n ti n s p e c t i o nt e c h n o l o g y n e x t , w es u m m a r i z et h eb a s i ck n o w l e d g eo ft h ei l l u m i n a t i o nd e s i g n , a n dt h e n u s et h e mf l e x i b l yt ot h ei l l u m i n a t i o nd e s i g no fs o l d e rj o i n ti n s p e c t i o n c o n s i d e r i n gt h e f o r m a t i o no ft h es o l d e rj o i n 4t h er e l a t i o nb e t w e e ns u r f a c es h a p ea n ds u r f a c et e n s i o n ， a n dc o m b i n i n gs o l d e rj o i n ts u r f a c eg r a d i e n tv e c t o rw i t hi t ss l a n ta n g l e ，i nt h ee n d ，t h e i n s p e c t i o no ft h es o l d e rj o i n ts u r f a c eh a sb e e nt r a n s f o r m e dt h ei n s p e c t i o no fp l a n eo f c o r r e s p o n d i n gt ot h es o l d e rj o i n ts l a n ta n g l e a f t e rt h e n , w ei n t r o d u c eo ft h et h e o r e t i c c a l c u l a t i o nm e t h o do fi l l u m i n a t i o nd e s i g n ，a n du s et w os p e c i f i ce x a m p l e s ( as i n g l e r i n gs h a p ei l l u m i n a t i o na n dt h r e ec o l o rl a y e r si l l u m i n a t i o n ) a n d l e i re x p e r i m e n t a l r e s u l t st os h o wt h ef e a s i b i l i t y f i n a l l y , w ei n t r o d u c et h ec o m p u t e r - a i d e do p t i c a lr a yt r a c i n gt h e o r yi nd e t a i l ， e s p e c i a l l yt h er a y - t r a c i n gm e t h o du s e db yt r a c e p r os o f t w a r e t h e nw ep r e s e n ta c o m p u t e r - a i d e di l l u m i n a t i o nd e s i g nm e t h o dw h i c hc o m b i n e st h ei m a g i n gs y s t e ma n d i l l u m i n a t i o ns y s t e ma sa l li n t e g r a t e ds y s t e m ，t h e nw eb u i l ta ni l l u m i n a t i o ni m a g i n g o p t i c a ls y s t e mm o d e lp l a t f o r mi n t h et r a c e p r o o nt h eb a s i so ft h ep l a t f o r m ，w e a n a l y z ea n dc o n t r a s tt h eu n i f o r m i t yo fi l l u m i n a t i o na n dt h ed a t ar e s u l t s ，t h e nw ec a l l f i n dt h eb e s ti l l u m i n a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t st h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fi l l u m i n a t i o nd e s i g na n d c o m p u t e r - a i d e di l l u m i n a t i o nd e s i g n , t h em a i ni n n o v a t i o no ft h i sp a p e ri s t h a tw e p r e s e n tac o m p u t e r - a i d e di l l u m i n a t i o nd e s i g nm e t h o dw h i c hc o m b i n e st h ei m a g i n g s y s t e ma n di l l u m i n a t i o ns y s t e m 勰a ni n t e g r a t e ds y s t e m ，w h i c hp r o v i d ear e s e a r c h d i r e c t i o nf o ri l l u m i n a t i o nd e s i g no fa o is y s t e m k e y w o r d s ：a u t o m a t i co p t i c a li n s p e c t i o n ；i l l u m i n a t i o nd e s i g n ；t r a c e p r oa i d e dd e s i g n i i 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。本人在论文 写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标明。本人依法 享有和承担由此论文产生的权利和责任。 声明人( 签名) ： 1 露非 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大学有权保留 并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电子版，有权将学位论文用 于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅，有权将学位论文的 内容编入有关数据库进行检索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的 学位论文在解密后适用本规定。 本学位论文属于 1 保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 不保密( ) ( 请在以上相应括号内打“”) 作者签名： 导师签名： l ， 汐月日 多月o 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 工业自动光学检测( a o i ) 技术 近十几年来，由于表面贴装技术的发展【l 】电子组装元件的微型化和密集化， 自动光学检测系统( 简称a o i ，a u t o m a t i co p t i c a li n s p e c t i o n ) 已被成功地运用在 印刷电路板( 简称p c b ，p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ) 的检测当中f 2 一q 。 1 1 1 印刷电路板检测技术的发展 印刷电路板( p c b ) 是电子产品中非常关键的配件，是电子工业的基础。出现 电子线路板组装技术以来，组装技术迅速发展，并且基本上沿着人工焊接( 插装) 一自动化插装焊接- 表面贴装( 混装) 这样一个路线发展 2 1 ，因此，电子元件越 来越密集，相应地要求p c b 的检测技术也随之有着阶段性发展。p c b 的检测技术 主要经历人工目检，电测试，自动光学检测，自动x 光检测等发展阶段【5 1 0 1 。 在2 0 世纪7 0 年代以前，p c b 的检测主要是采用人工目检( m v i ) 的方式，如 图1 1 所示，依靠人眼加( 5 - 4 0 倍左右) 放大镜进行p c b 检查工作，这种方式 检测速度慢，漏检率高，同时还会导致检测人员视力下降，影响人体健康。随着 p c b 向高密度发展，人工目检已经很难查出缺陷，人工目检效率随电路密度增 加而下降。当导线宽度和间距小于0 2 m m 以下时，人工目检大约漏掉2 0 的缺 陷。由于有些漏检的缺陷无法修整，往往导致整块p c b 报废，大大增加生产成 本，降低生产率，因此，人工目检已经不能满足p c b 检测的可靠性要求。 电测试使用最基本的仪器是在线测试仪( i c t ) ，如图1 2 所示。电测试的原 理是根据p c b 线路图的计算机数据来设计一副针床夹具和编写相应的网点测试 程序。电测试受着p c b 向高密度、小型化发展的限制。随着线路板的密度不断 增加，电测试需要不断增加测试接点数，导致测试编程和夹具成本上升，开发时 间增长，同时导致电测试出错和重测次数增多。因而，电测试也不能满足未来 p c b 的检测要求。 要满足p c b 检测的可靠性要求，在生产线上对p c b 全面检测，完成重复、单 调、严格的检测任务的最好解决方案是采用自动光学检测( a o i ) 系统，如图1 3 所 示。在8 0 年代初期，a o i 就被应用于p c b 锘i j 造业中，是在批量生产中一种有效的 第一章绪论 在线检测方法。a o i 技术的形式多种多样，但其基本原理是相同的，即用光学 手段获取被测物图形，一般通过传感器( 摄像机) 获得检测物的照明图像并数字 化，然后以某种方法进行比较、分析、检验和判断，相当于将人工目视检测自动 化、智能化。它不仅能检查人工目检无法查到的缺陷，而且可测到电测试的针床 所无法接触到的元器件和焊接点，提高缺陷的覆盖率。 图1 - 1 人工目检( m v i )图1 - 2 在线测试仪( i c t ) 图1 - 3 自动光学检钡t j ( a o i )图1 - 4 自动x 光学检n ( a x i ) 从广义上讲，现在发展起来的x 射线检；1 9 1 , j j ( a x i ) ，如图1 - 4 所示，乃至最近 几年提出来自动视觉检查( a v i ) 仍属于自动光学检测。鉴于x 射线检测的日趋重 要性，与a o i 区别对待。x 射线检测是利用x 射线可穿透物质并在物质中有衰 减的特性来发现缺陷。x 光检测技术从9 0 年代初期开始应用于板级电路组装中， 但是，最早仅应用于军事电子设备的板级电路制造。后来由于电子产品的p c b 吖 溺溺餐 第一章绪论 中p g a 、b g a 、c s p 等新型封装器件广泛使用，逐步投入商业运作，目前虽已 有批量，但因价格不菲，仅在少部分e m s 企业中得到应用。 1 1 2a o i 检测系统的各项技术 a o i 系统主要有光学照明系统、拍摄系统、和图像处理系统组成，是集照明 光源技术、精密机械系统、识别诊断算法和计算机技术于一体的检测系统1 1 6 1 。 图1 5 所示为a o i 检测系统框图。 图1 - 5a o i 系统框图 ( 1 ) 光源照明技术 在a o i 检测系统中，好的光源和照明方案往往是整个系统成败的关键，起 着非常重要的作用，它不是简单的照亮物体而已。光源与照明方案的配合应尽可 能地突出物体特征量，在物体需要检测的部分考虑光源与光学镜头的相对位置、 物体表面的纹理，物体的几何形状、背景等要素。光源的必须符合所需要的几何 形状、照明亮度、均匀度、发光的光谱特性等，同时还要考虑光源的发光效率和 使用寿命。 ( 2 ) 精密机械控制技术 在对每一块p c b 板进行检测时，a o i 系统的工作台都要自动运动到摄像头 位置，进行图像摄取动作。因此要实现工作台的精密准确运行，才能完成正确的 检测过程。 ( 3 ) 摄像系统 在a o i 的c c d 摄像系统中，主要解决两大难题：一是c c d 摄像系统的集 成，包括图像摄取、数据传输、图像处理技术；二是算法，主要涉及到元件识别、 图像处理速度等问题。c c d 摄像系统可以通过人机界面与数据库系统、控制系 统和标定系统交换信息，通过人迹界面可以触发视觉系统，进行图像实时采集、 关闭采集、读入图像、显示图像等功能。人机界面发送作业命令时，由c c d 摄 3 第一章绪论 像系统实现自动扫描。 ( 4 ) 软件系统 a o i 系统软件要有强大的安全保护和平稳的数据库、网络支持等特性。软件 的核心有运动控制、视觉处理及算法三大部分组成，用户通过视窗界面完成各种 运动控制、视觉识别；软件支持工艺数据编程，真正实现了工艺编程的所见所得 特性；同时软件支持多种方式的作业模拟与仿真，使操作人员在批量作业前验证 和测试作业数据，避免出现漏检和误检。 1 1 3a o i 的原理及检测流程 图1 - 6 自动光学检测系统的流程图。惦i 4 第一章绪论 a o i 是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备，它是 将电路板上的器件或者特征( 比如焊点) 捕捉成像，通过软件处理，判断这一器 件或者特征是否完好，然后得出检测结果，判断诸如元件缺失，焊锡桥接或者焊 点问题等【l i - 1 4 1 。 如图1 6 所示，在进行检测时，开机后首先将需要检测的p c b 板置于a o i 系统的工作台面上，经过定位，调出需要检测产品的检测程序，工作台将线路板 送到镜头下面，镜头捕捉到线路板的图像后，处理器会在工作台移至下一个位置 时对捕捉到的图像分析处理，通过对图像进行连续处理，获得较高的检测速度。 a o i 系统自动将p c b 进行扫描，通过光学部分获得需要检测的图像并进行数字 化处理，然后与预存的“模板”图像进行比较，经过分析、处理和判断，发现并 进行位置提示，同时生成文件，等待操作者进一步确认或送检修台检修【1 5 1 。a o i 还能把生产过程中个工序的工作质量以及出现的缺陷的类型等情况收集，反馈回 来，供工艺控制人员分析和管理，降低p c b 废品率。 1 1 4a o i 的主要作用 a o i 的主要作用h 1 是对p c b 板表面贴装过程中进行全面严格的检测和质量 控制，发现并剔除不良品，从而保证产品质量、节约成本。与其它测试技术相比， a o i 可用于生产线上的多个位置，目前主要用于三个工序【l l 】：( 1 ) 锡膏印刷之后 检测，及时发现印刷过程中的缺陷，将因为焊膏印刷不良产生的焊接缺陷降到最 低；( 2 ) 贴片之后检测，检查来自锡膏印刷以及贴片过程产生的缺陷；( 3 ) 在流焊 后检测，主要检查焊后缺陷。 1 2 焊点的自动光学检测 1 2 1 焊点自动光学检测的重要性 随着电子工业的日益发达，不论是消费性电子产品或是需要高精确度的电子 计算机均需以优良的p c b 板为基础。焊点，作为电路元件与电路板间衔接桥梁， 具有举足轻重的作用。焊点的生成必须经过锡量控制、定位与焊锡凝固的程序， 而此程序属于较难控制的范畴。因此，在电路板的制作过程里，焊点的技术要求 5 第一章绪论 相对较高，可能发生的缺陷也相对较多。 据美国空军的一次局部研究表明：发生故障的电子产品5 0 左右是由于其 中p c b 板上焊点质量引起的【1 7 】。也就是说，p c b 板上焊点的质量直接关系到电 子产品乃至整个电子系统的可靠性和稳定性。因此，保证p c b 焊点的质量，在 现代电子工业中，己成为一个至关重要的问题。 由p c b 板的制造工业的相关报道可知，通常p c b 板上元器件的组装缺陷的 种类及其所占的比分别为【1 8 埘】： 1 ) 元件错位占1 0 2 ) 元件极性错占2 5 3 ) 缺件占2 0 4 ) 焊点缺陷占5 5 因此，焊点缺陷的检测是p c b 缺陷检测的难点和重点。焊点的缺陷主要可 细分为焊锡桥接或者虚焊，焊锡成球，焊锡不够，焊锡过量等，如图1 7 所示。 ( a ) 焊锡桥接 ( b ) 焊锡成球 ( c ) 虚焊( d ) 焊锡过量 图1 7 焊接缺陷例图 一个有缺陷的焊点，若能在焊接后马上发现其瑕疵并进行修复，其成本约是 o 5 美元；但若是在成品送出后才发现缺陷的话，则维修的成本将会跳升至8 5 美元【1 8 2 1 。2 2 】。因此，修复一个焊点的缺陷是相当昂贵的，这也使得检测焊点的工 作显得尤为重要。 霸籍黛氛 第一章绪论 1 2 2 焊点检测中照明设计的研究背景 焊点检测技术的研究作为一个相对独立的研究方向，一直受到研究人员的关 注，特别是焊点检测的照明设计，一直在不断的创新中发展。 在早期的焊点检测研究里，最主要的研究群是由b e s l 与j a i n 所领导【2 5 之7 】， 其目标是放在电路板通孔焊点的检测里。此类的焊点位于电路板的背面，其形状 类似一个以元件接脚为中心的圆锥体，拥有较为单纯且稳定的几何外型，故当时 常以扩散式光源当作主要的照明方法。此类照明方法试图避免因焊点镜面反射而 造成过饱和的反射亮度值，由此低反差的焊点灰阶影像撷取出焊点的表面特征， 进而将这些特征分类，以归纳出焊点的瑕疵类别，因此导致了同一类别相似特征 过多与同一特征分离不同类别的能力不足等问题。 随着p c b 技术的发展，到了8 0 年代末期之后，电路元件的连接方式逐渐演 变为表面粘装技术，焊点在外观上发生了很大的变化。为了检测此类焊点的外观， s a n d e r s o n 与n a y a r 将照明的方式改变成结构式光源【2 8 0 0 】。此类照明方式在基本 的概念与使用上有别于8 0 年代的扩散光源，在结构式光源中并不将反射的饱和 高亮度当成要避免的杂讯，反而利用焊点表面反射特性与表面曲率之间的关系， 试图由高反差的焊点影像撷取出焊点表面特征。而其所使用的高反差亮区图案特 征，确实是一种稳定并能显示出不同类别的焊点方法，为后来的研究树立了一个 大的方向。 基于以上所提出之结构光源，s a n d e r s o n 与n a y a r 在1 9 9 0 年提出了以 e x t e n d e dg a u s s i a ni m a g e ( 简称e g i ) 来检测焊点瑕疵p o ，此方法由特殊的结构 光源扫描方式找出每个焊点的曲率分布特征，进而由这些分布特征分类出不同的 缺陷类型。但是，这种方法所需扫描打光时间过长且无法分析整体特征效能。 针对以上问题，研究人员开始对于结构光源的形式进行修改。到了9 0 年代 的中末期，由k i m 与c h o 所发表出的一系列焊点检测方法【3 7 l ，其方法采用了 改良式结构光源使其成为环形层次光源，并应用了彩色影像特征。最后采用类神 经网路的训练方式与模糊逻辑判定法则，将焊点依锡量的多寡分成五类。然而， 这一方法一旦遭遇不同尺寸、类别与位向的焊点时，则必须重新训练焊点影像。 若将问题的全貌展开，则可发现整个检测流程最后的缺陷的辨识率与分类能 力取决于是否选取了具有明显区别能力的特征值，而这特征值又来自于稳定且根 7 第一章绪论 据不同类别焊点而各异的焊点影像，欲得到这些影像则又必须针对焊点检测设计 特殊的光源。 1 3 本文的研究内容与目的 本文是从工业自动光学检测中照明技术出发，重点研究焊点检测中光源的设 计，并提出一种计算机模拟辅助光源设计的方法，从而能够简化设计，节省设计 中理论与实践相结合过程所消耗的时间与成本，提高效率。 本文的主要研究工作有： l 、针对工业中焊点检测的光源设计，并在以往的焊点检测光源设计研究的 基础上，利用几何光学知识，从理论上定量地给出经典环型光源的设计计算方法。 根据此计算方法设计得到的光源，在实际的运用中效果良好。此光源设计计算的 理论方法不仅适用于焊点的检测，而且对其他工业光学检测光源的设计同样有指 导意义。 2 、为了避免传统光源设计过程中的弊端，提高设计效率，节约设计成本， 本文的另一个研究工作，就是在光源设计的基础上，提出一种计算机辅助手段进 行有效的照明光学设计，此方法主要是在理论设计的基础上进行模拟，通过光学 结构的模拟，反复的光线追迹实验，模型参数的优化调整等，来获得最佳的光源 效果，从而得到理想的光源参数。这种方法把设计的理论和实践有机地结合，通 过计算机模拟回到实际设计中，大大提高了光源设计的效率。 本课题的研究目的在对于焊点自动光学检测光源的设计提出一套有效的理 论计算的方法；并利用计算辅助设计将光学设计的理论和实际有机的结合起来， 提出一种有效的计算机辅助光源设计的方法。此方法不仅对自动光学检测中光源 的设计有指导作用，对所有照明成像系统中光源的设计都有一定的借鉴作用。 第一章绪论 参考文献 【l 】t e o he i c ；m i t a ld p ；l e eb w ；w e elk a u t o m a t e dv i s u a li n s p e c t i o nf o rs u r f a c em o u n tp c b s 【1 1 i e e e 1 9 9 0 ：5 7 6 【2 】k h w a n gt e ；m i t a ld ea ni n t e l l i g e n tv i s i o ns y s t e mf o ri n s p e c t i o no fs u r f a c em o u n t e dd e v i c c $ 忉i e e e r e g i o n1 0c o n f e r e n c e 1 9 9 2 ：8 0 4 【3 】s r e e n i v a s a nk i c ；s r i n a t hm ；k h o t a n z a da a u t o m a t e dv i s i o ns y s t e mf o ri n s p e c t i o no f i cp a d sa n db o n d s 【刀 t r a n s a c t i o n s0 1 1c o m p o n e n t s ，h y b r i d s , a n dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y 1 9 9 3 ，1 6 ( 3 ) ：3 3 3 【4 】b a r r e t oc 九；z u f f oj a ；k o f u j is ta u t o m a t e do p t i c a li n s p e c t i o ns y s t e mf o rp r o f e s s i o n a ld o u b l ef a c e p r i n t e dc i r c u i tb o a r d s 【j 】i s l e 1 9 9 7 ：6 5 【5 】王彩萍电路组装的检测技术【j 】电子工艺技术2 0 0 0 ，2 l ( 4 ) ：1 5 7 【6 】赵洪涛，阴家龙现代电子产品焊接质量的检测技术【j 】电子工程师2 0 0 4 , 3 0 ( 6 ) ：1 9 【7 】史建卫，何鹏，钱乙余，袁和平无铅化s m t 质量检测技术【j 】电子工艺技术2 0 0 5 ，2 6 ( 3 ) ：1 4 0 【8 】史建卫，徐波，袁和平，王洪平s m t 焊点质量检测方法【j 】电子工业专用设备2 0 0 5 ，1 2 8 ：2 6 【9 】李汉国，何星，阎晓娜印制电路板的自动光学检测明无损检测2 0 0 4 ，2 6 ( 6 ) ：3 0 7 【1 0 】鲜飞s m t 测试技术综述阴印制电路信息2 0 0 5 ，9 ：6 0 【1 1 】姚立新，张武学，连军莉a o i 系统在p c b 中的应用叨电子工业专业设备2 0 0 4 ，1 1 2 ：2 5 【1 2 】周德俭s m t 组装质量检测中的a o i 技术与系统【j 】电子工业专用设备2 0 0 2 ，3 l ( 2 ) ：8 7 【1 3 】季秀霞，季秀兰s m t 生产线上的a o i 技术的研究【j 】电子质量2 0 0 6 , 5 ：1 7 f 1 4 】季秀霞，季秀兰基于无铅焊接的a o i 技术【j 】应用研究2 0 0 6 , 3 5 ( 9 ) ：6 1 ， 【1 5 】胡跃明，谭颖自动光学检测在中国的应用现状和发展明微计算机信息( 测控自动化) 2 0 0 6 ，2 2 ( 2 1 ) ： 1 4 3 【l6 】杨冀丰，史建卫，王乐，白英奎，钱乙余a o i 在s m t 中的应用【j 】电子工业专业设备2 0 0 6 ，1 4 2 ：5 6 【1 7 】战德臣，陈景春，李仲荣，吕跃广印刷电路板缺陷焊点的自动检测【j 】宇航学报1 9 9 1 ，3 ：7 6 【18 】w a t a n a b eya u t o m a t e do p t i c a li n s p e c t i o no fs u r f a c em o u n tc o m p o n e n t su s i n g2 dm a c h i n ev i s i o n 【j 】i e e e 1 9 8 9 ：5 8 4 【1 9 m o r r i si ld r i e l s , d a n i e lj n o l a n a u t o m a t i cd e f e c tc l a s s i f i c a t i o no fp r i n t e dw i r i n gb o a r ds o l d e rj o i n t s 【j 】 i e e et r a n s a c t i o n so nc o m p o n e n t s ，h y b r i d s , a n dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y 1 9 9 0 ，1 3 ( 2 ) ：3 3 1 - 3 4 0 【2 0 】s a b l a t n i gl 乙f l e x i b l ea u t o m a t i cv i s u a li n s p e c t i o nb a s e d t h es e p a r a t i o no fd e t e c t i o na n da n a l y s i s 【j 】 p r o c e e d i n go f l c p l l1 9 9 6 ：9 4 4 2 1 】l o bh - h ；l um s p r i n t e dc i r c u i tb o a r di n s p e c t i o nu s i n gi m a g ea n a l y s i s 【z 】6 7 3 9 第一章绪论 【2 2 】l o bh h ；l um s s m di n s p e c t i o nu s i n gs t r u c t u r e dl i g h t 【j 】i e e e 1 9 9 6 ：1 0 7 6 【2 3 】翁毅志p c b 外层a o i 缺陷的分类【j 】印制电路信息2 0 0 3 ，7 ：3 6 【2 4 】r a uh ；w uc i la u t o m a t i co p t i c a li n s p e c t i o nf o rd e t e c t i n gd e f e c t so np r i n t e dc i r c u i tb o a r di n n e rl a y e r s 啊 i n lj a d v m a n u f t e c h n 0 1 2 0 0 5 ，2 5 ：9 4 0 【2 5 】p a u lj i k s l ，e d w a r dj d e l p ，r a m c s hj a i n a u t o m a t i cv i s u a ls o l d e rj o i n ti n s p e c t i o n 【j 】i e e ej o u r n a lo f r o b o t i c sa n d a u t o m a t i o n 1 9 8 5 ，l ( 1 ) ：4 2 - 5 6 【2 6 】s a n d r alb a r t l e t t , p a u lj b e s l ，r a m e s hj a i n a u t o m a t i cs o l d e rj o i n ti n s p e c t i o n 【j 】i e e et r a n s a c t i o n so n p a t t e r n a n a l y s i sa n dm a c h i n ei n t e l l i g e n c e 1 9 8 8 ，l o ( 1 ) ：3 1 - 4 3 【2 7 】o d a w a r ag ；k u r o k a w at ；t a m i y ay ；f u j i ita ni n t e g r a t e dv i s u a ls y s t e mf o rs o l d e ri n s p t 蜘o n 【j 】i e e e 1 9 8 8 ：6 6 3 【2 8 】a r t h u rc s a n d e r s o n , l e ee w e i s s , s h r e ek n a y a r s t r u c t u r e dh i g h l i g h ti n s p f c t i n ro fs p e c u l a rs u r f a c e s 明 i e e et r a n s a c t i o n so np a t t e r na n a l y s i sa n dm a c h i n ei n t e l l i g e n c e 1 9 8 8 ，1 0 ( 1 ) ：4 4 - 5 5 2 9 】l iyf ；c h e ns y = a u t o m a t i cr e c a l i b r a t i o no fa na c t i v es t r u c t u r e dl i g h tv i s i o ns y s t e m 【j 】t r a n s a c t i o n so n c o m p o n e n t s ，h y b r i d s ，a n dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y 2 0 0 3 ，1 9 ( 2 ) ：2 5 9 【3 0 】s h r e ekn a y a r , a r t h u rc s a n d e r s o n , l e ee w e i s s , d a v i d 八s i m o n s p e c u l a rs u r f a c ei n s p e c t i o nu s i n g s t r u c t u r e dh i g h l i g h ta n dg a u s s i a ui m a g e s 【j 】i e e et r a n s a c t i o n so nr o b o t i c sa n da u t o m a t i o n 1 9 9 0 , 6 ( 2 ) ： 2 0 8 2 1 8 【3 1 】d a v i dw c a p s o n ，s a i k i te n g at i e r e d - c o l o ri l l u m i n a t i o na p p r o a c hf o rm a c h i n ei n s p e c t i o no f s o l d e r j o i n t s 【j 】i e e et r a n s a c t i o n so np a t t e r na n a l y s i sa n dm a c h i n ei n t e l l i g e n c e 1 9 8 8 ，1 0 ( 3 ) ：3 8 7 3 9 3 【3 2 m e n g e ln a u t o m a t e di n s p e c t i o no fs o l d e rj o i n t so np cb o a r d sb ys u p p l e m e n t a r yp r o c e s s i n go f3 da n d g r a y - l e v e li m a g e s 【j 】i e e e 1 9 9 0 ：7 8 【3 3 】j h 1 ( i i i l ，h s c h o n e u r a ln e t w o r k - b a s e di n s p e c t i o no fs o l d e rj o i n t su s i n gac i r c u l a ri l l u m i n a t i o n 【j 】 i m a g ea n dv i s i o nc o m p u t i n g 1 9 9 5 ，l3 ( 6 ) ：4 7 9 - 4 9 0 【3 4 】k i mt h ；c h oth ；m o o nys ；p a r ks h a na u t o m a t e dv i s u a li n s p e c t i o no fs o l d e rj o i n t su s i n g2 da n d 3 df e a t u r e s 【j 】i e e e1 9 9 6 ：11 0 【3 5 】k i mt h ；c h oth ；m o o nys ；p a r ks h a u t o m a t i ci n s p c g ：t i o no f s o l d e r j o i n t su s i n gl a y e r e di l l u m i n a t i o n 【j 】i e e e 19 9 6 ：6 4 5 【3 6 o g a t as ；o n o z u k ah ；t a k e i 工a na u t o m a t i cs o l d e rj o i n tv i s u a li n s p e c t i o ns y s t e mf o rs m a l lv o l u m e p r o d u c t i o n 【j 】1 9 9 7i e m t i m cp r o c e e d i n g 1 9 9 7 ：3 1 7 【3 7 】kw k o ，h s c h o s o l d e rj o i n ti n s p e c t i o nu s i n gan e u r a ln e t w o r ka n df a z z yr o l e - b a s e dc l a s s i f i c a t i o n m e t h o d 【j 】i e e et r a n s a c t i o n so ne l e c t r o n i c sp a c k a g i n gm a n u f a c t u r i n g 2 0 0 0 ，2 3 ( 2 ) ：9 3 1 0 3 第二章照明光学系统的设计的基础知识 第二章照明光学系统设计的基本知识 照明光学系统位于检测系统的前端，其性能直接影响着采集图像的质量和后 续的图像算法处理【。照明系统可以大致分为三个部分：光源、光学结构、照明 平面【3 1 。在自动光学检测的实际应用中，光源并不仅仅是为照亮物体而设计的， 光源和照明方案的好坏往往直接影响着图像的成像质量，间接决定了整个系统的 成败【1 。2 1 。 2 1 光源 不同的光学检测系统的照明设计总是不一样的【4 羽，这是因为影响照明方案 的因素非常多。例如光的强度、颜色、均匀性、光源的结构、大小、照明方式以 及被测物体的光学特性、距离、物体大小、背景特性等。 2 1 1 光源的种类 自动光学检测系统中使用的光源种类很多，如图2 1 所示。按照光的相干性 可分为非相干光源和相干光源。非相干光源包括白炽光源和发光二极管( l e d ) ， 相干光源包括各种激光器。激光器按工作物质的不同，又可分为气体激光器、液 体激光器、固体激光器和半导体激光器等。 迸鲞逸鱼趁! 奠崖毖越 鳘直 卤紊灯白色，傻黄 50 0 0 7 0 0 0很亮 发热多，较照宜 荧光灯白色，债绿50 0 0 7 0 0 0亮较便宜 l e d 灯 红黄，绿_ 白 蓝 6 0 0 0 0 1 0 00 0 0较尧 发热少，固体能傲成很多形状 氧灯白色，镟蓝3 0 0 0 7 0 0 0亮发热多持续光 虫塑发壹篷由发丝錾垄迭宜垒塑= z 垒鲤 筮蕉塞垫尘：壹童窦蒌童 图2 1 各种光源对i g l 4 1 目前最明显的发展趋势是采用发光二极管( l e d ) 光源。l e d 光源的最大优点 是发光效率高、响应速度快、体积小、发热小、功耗低、发光稳定、寿命长、易 于组成不同形状的光源等等。 第二章照明光学系统的设计的基础知识 2 1 2 光源的特性 照明技术中光源的特性是最重要的，自动光学检测系统中光源设计涉及到的 重要因素有【4 8 】： ( 1 ) 方向：控制和调节照射