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研究生: 洪國欽
Kuo-Chin Hung
論文名稱: 3D 影像視覺系統SMD元件檢測之應用研究
Implementation of SMD Component Testing with 3D Image Vision System
指導教授: 莊謙本
Chuang, Chien-Pen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 88
中文關鍵詞: 表面黏著技術、三維量測、印刷電路板
英文關鍵詞: SMT, three-dimension measurement , PCB
論文種類: 學術論文
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  • 由於印刷電路板組裝業中,所應用之表面黏著技術(SMT)日益成熟,著裝
    機之準確度亦不斷提昇,但仍有許多瑕疵存在於製程之中,其中主要包括元件
    之缺件、歪斜、極性反、錫膏造成短路等現象。
    本研究提出以 5 支CCD(1 TOP,4 Angle),產生高精度資訊,重建錫膏或
    PCB 零件3D 表面輪廓。透過機器視覺瑕疵偵測於生產線製程中,發現瑕疵,
    則可以容易且經濟找錫膏或PCB 零件的缺陷,避免後製程材料、人力及時間
    的浪費。
    鑑於不同照明方式會密切影響檢測結果,本研究採用多層式環狀發光二極
    體陣列(LED Array),可根據不同取像需求,以程式控制自動切換照明方式,
    取得適當之影像,因此本研究利用所開發之演算法,搭配不同照明以決定最適
    光源與PCB 自動檢測演算法之組合,並以實作系統來驗證所開發PCB 自動檢
    測系統之適用性及有效性。

    SMT machine in PCB assembly is moving up rapidly during the past decades.While many defects, such as component missing, misalignment, wrong polarity,solder bridge, etc., still hide in the working process.
    This paper presents it by 5 CCDs (1 TOP, 4 Angle).To produce high-accuracy information, rebuild the solider paste or 3D surface outline of PCB’s components .
    Using machine vision to detect on assemble line to find faults ,so it can easy and economy defect solider paste or component on PCB faults. To prevent from wasting of materals 、time and manpower .
    A new programmable-controlled lighting environment composed of
    multi-layer of ring-type LED array is also designed, which can provide appropriate
    light for grabbing the desired PCB image. A prototype of the PCB auto- inspection
    machine is implementproposed machine vision method.
    Key word : SMT, three-dimension measurement , PCB

    中文摘要 Ⅰ 英文摘要 II 謝誌 III 目 錄 IV 圖目錄 V 表目錄 Ⅹ 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究方法與架構 3 1.4 研究流程 4 第二章 文獻分析 6 2.1 SMT 系統介紹 6 2.2常見的IC封裝方式 7 2.2.1 SOP 7 2.2.2 PLCC 9 2.2.3 QFP 10 2.2.4 PBGA ,CBGA,TBGA 11 2.3常見的SMD零件 12 2.3.1 SMD 電阻 12 2.3.2 SMD 排阻 13 2.3.3 SMD 電容器 14 2.3.4 SMD 鉭質電容器 15 2.4 印刷電路板製程簡介 16 2.4.1表面黏著組裝技術 17 2.4.2表面黏著生產線機器配置 17 2.4.3表面黏著製程18 2.4.4 波焊製程22 2.5 自動測試 23 2.5.1 表面黏著技術製程之檢測時機23 2.5.2 元件缺陷種類 25 2.6 機械視覺相關研究發展29 2.7 彩色CCD影像在機械視覺檢視的應用 31 2.7.1 穩定影像處理的照明分析 32 2.7.2 光學檢測系統的評估指標 34 2.8 電路板元件檢測演算法 35 2.8.1 Histogram 法 35 2.8.2 白點統計法 36 2.8.3 正投影法 37 2.8.4 Run-Length encoding 38 2.8.5 相關係數法 38 2.9 錫膏印刷檢測 40 2.9.1 錫膏印刷瑕疵 41 2.10 AOI 領域概述 43 2.10.1 AOI設備介紹 44 2.10.2 AOI市場預估 47 2.10.3 AOI的核心前瞻技術 50 第三章 3D 量測基本理論 55 3.1 3D 形貌量測技術 55 3.2 相位移3D量測 57 3.2.1相位移技術原理 58 3.3三角量測法理論 62 3.4 錫膏的三維量測 65 3.5 立體視覺 68 第四章 SMD 量測裝置 70 4.1 系統架構 70 4.2 光源系統 74 4.2.1 光源的選用 74 4.3 CCD取像系統 76 4.4 實驗結果 78 4.4.1以5支CCD(1 TOP + 4 Angle)之取像系統 78 4.4.2以1支CCD之取像系統 80 第五章 結論 82 參考文獻 83 附錄 84 圖目錄 圖1.1 研究架構圖 3 圖1.2 研究流程圖 5 圖2.1 SOP接腳圖 8 圖2.2 PLCC接腳圖 9 圖2.3 QFP接腳圖 10 圖2.4 BGA接腳圖 11 圖2.5 SMD電阻圖 12 圖2.6 SMD排阻圖 13 圖2.7 SMD電容器圖 14 圖2.8 SMD鉭質電容器圖 15 圖2. 9 印刷電路板電子組裝流程 16 圖2.10.一般表面黏著生產線配置 18 圖2.11 Type I 製程 21 圖2.12 Type II 製程 21 圖2.13 Type III 製程 21 圖2.14 波焊錫爐 22 圖2.15 波焊錫爐自動檢測之運用時機 25 圖2.16 錯件 26 圖2.17 缺斜 26 圖2.18 歪斜 27 圖2.19 零件反向 27 圖2.20 空焊 28 圖2.21 短路 ,橋接 28 圖2.22 立碑效應 29 圖2.22 正向打光 33 圖2.23 背向打光 33 圖2.24 側向打光 33 圖2.25 全球AOI儀器市場 48 圖2.26 國內AOI儀器市場 48 圖2.27 2006 年市場銷售預估 49 圖2.28 2D技術魚骨圖 49 圖2.29 3D技術魚骨圖 50 圖3.1 正弦投射條紋之光學幾何示意圖 61 圖3.2正弦投射條紋之光學成像示意圖 62 圖3.3 三角量測法示意圖 63 圖3.4 Solder Inspection 檢測系統光源 65 表目錄 表2.1 錫膏瑕疵種類表 42 表2.2 AOI於傳統產業與新興產業之比較 43 表3.1 三維形貌量測的用途簡介 55 表3.2 三維形貌量測的原理分類 56 表4.1 各種光源列表比較75 表4.2 零件之不良偵測率(以5支CCD之取像系統78 表4.3 零件之不良偵測率(以1支CCD之取像系統) 80 表4.4 實驗之數據表 83 表4.5 不良偵測率 83

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