應用電腦視覺技術於表面黏著元件印刷電路板之自動檢測新系統設計及開發

Abstract

在印刷電路板組裝業中，雖然所應用表面黏著技術日益成熟，著裝機的準確度也不斷提昇，然仍有許多瑕疵存在於製程當中，其中主要包括元件的缺件、歪斜、極性反、錫膏造成的短路等等現象。本研究主要針對片狀電阻、片狀電容、小型外引腳積體電路(SOP)、方形扁平封裝積體電路(QFP)四類零件做瑕疵檢測，並利用影像處理之相關係數法(Correlation Coefficient)、直方圖法(Histogram)、正投影法(Projection)、型態處理法(Morphology)、顆粒處理法(Blob process)等方法的配合應用，開發合適的演算法並正確的找出零件的瑕疵現象。 不同的照明方式會密切的影響檢測的方式與檢測結果，本研究採用多層式的環狀發光二極體陣列(LED Array)可根據不同的取像需要，變換不同層級照明取得適當的打光方式，因此本研究利用所開發的演算法，並搭配不同的照明以決定最適光源與演算法的組合。 在檢測系統的實作部分，並結合實際需要，建構一個三層式的軟體檢測架構，分別為(1)標準元件資料的建立、(2)檢測PCB資料的建立及(3)實際線上檢測程式的應用，並可將檢測之訓練的程序模組化，簡化訓練程序。

The SMT Machine in PCB Assembly is moving up rapidly during the past decades. While many defects, such as component missing, misalignment, wrong polarity, and solder bridge, still hide in the working process. This paper devised and developed a new system by utilizing the image processing technique including Correlation Coefficient Algorithms, Histogram, Morphology, and Blob process to inspect the above defects automatically. The SMD components of resistors, chip capacitors, SOP and QFP are mainly focused. A new lighting environment comprises three-layer of ring-like LED Array is also designed to provide appropriate light for grabbing the desired PCB image. Proper lighting environment for inspecting the defects of different components is discussed in this paper. A three-tier inspection architecture is devised in this new system, which includes: (1) Standard component library construction module; (2) On-Board component setup module; and (3) In-Line inspection module. By using this architecture, we can simplify the procedure of training and inspection. Experimental results show that the proposed method is robust for SMT PCB inspection. 第一章 緒論 1 1.1研究背景與動機 1 1.2研究範圍 3 1.3研究目的 4 1.4研究方法與架構 5 第二章 文獻探討 6 2.1檢測系統架構 6 2.2光源系統 8 2.3 PCB零件的檢測演算法 10 第三章 表面黏著技術探討 14 3.1表面黏著技術介紹 14 3.2印刷電路板組裝(PCBA)製程介紹 15 3.3零件種類及瑕疵說明 16 第四章 研究方法設計 19 4.1檢測系統架構設計 19 4.1.1軟體架構 19 4.1.2硬體架構 22 4.2檢測方法 23 4.2.1基本影像處理 23 4.2.2缺件、歪斜的檢測處理模型(以排阻為例) 27 4.2.3橋接(短路)檢測處理模型 32 4.2.4極性反檢測處理模型 36 4.3三層式檢測架構 43 第五章 實驗結果與驗證 45 5.1實驗設備 45 5.2實驗環境 45 5.3系統實驗結果 47 5.3.1缺件、歪斜檢測 47 5.3.2橋接(短路)檢測 51 5.3.3極性反檢測 56 5.3.4各項檢測實驗結果之結論 65 第六章 結論與建議 66 6.1研究結論 66 6.2後續研究探討建議 66 附錄A-瑕疵樣本圖示 67 附錄B-印刷電路板圖示(以主機板為例) 68 附錄C-線上檢測輸出結果 69 參考文獻 72