第 四 章 第 四 章 第 四 章
第 四 章 SMD 量 量 量 量 測裝置 測裝置 測裝置 測裝置
4.1 4.1 4.1
4.1 系統架構系統架構系統架構 系統架構
本實驗採用PC 為架構之影像處理系統，配備包括個人電腦（Personal computer）、攝影機（CCD camera）、影像處理卡（Frame grabber）、
光源照明設備（Lighting）、透鏡（lens）等硬體設備。實驗處理過程 係經由光源設備、透鏡影像循序投射於物體及參考平面，經由固態攝影 機及影像處理卡取像，並將所取得之影像資料經由個人電腦程式做處理 並分析，以下是對各項硬體設備的功能及規格詳加說明：
檢 測 系 統 的 硬 體 架 構 概 念 如 圖 4-1 所 示 ﹕
.
圖 4.1 系 統 的 硬 體 架 構
L ED
Lighting controller
D O S P C
M a i n P C Vi p er c a r d
Motor controller
P L C X Y t a bl e
(1) X-Y Table：經 由 Driver Controller 控 制，負 載 CCD 及 LED 環 型 光 源 (Ring LEDLight)至 使 用 者 指 定 之 位 置 。
(2) CCD： 取 像 後 ， 經 由 Frame Grabber 將 類 比 影 像 訊 號 轉 為 數 位 影 像 訊 號 ， 詳 細 規 格 可 參 考 4.1 節 實 驗 設 備 。 (3) Ring LED Light： 經 由 D/A(Digital/Analog) Output
Controller(數 位訊 號 轉 換 類 比 訊 號 控 制 卡 )控 制 ， 依 不 同 檢 測 項 目 需 求，選 擇 適 當 之 打 光 方 式，即 多 層 之 光 源 組 合、
可 擴 充 。
由 於 訓 練 階 段，標 準 PCB 以 手 動 方 式 載 入 檢 測 平 台；於 檢 測 階 段，當 一 張 PCB檢 測 結 束，系 統 會 下 達 更 換 PCB 之 訊 號，
停 止 所 有 檢 測 動 作 ， 直 至 更 換 一 張 待 測 PCB， 繼 續 下 達 檢 測 指 令 ， 然 後 開 始 檢 測 。 於 硬 體 驅 動 方 面 ， 主 要 包 含 X-Y Table 伺 服 馬 達 之 程 式 控 制 、 各 層 LED 光 源 之 數 位 輸 入 輸 出 (I/O)控 制 及 影 像 擷 取 卡 之 取 像 控 制 ； 本 研 究 著 重 於 解 決 檢 測 動 作 中 影 像 處 理 之 方 法 ， 故 馬 達 控 制 及 光 源 控 制 等 機 電 整 合 之 硬 體 部 分 ， 在 此 不 贅 述 。
1. 個人電腦
採用IBM 相容的PC，CPU 為INTEL Pentinum 4-2.4G，配備動態記憶 體512MB，顯示器介面卡為Matrox Millennium G400 AGP，配備動態記 憶體32MB ，提供本研究之程式撰寫及資料處理與分析。
2. 固態攝影機
本實驗所使用之固態攝影機為,SENTECH 公司的STC-1001，有效擷取 像素為649 (H) x 494 (V)；其功能主要為擷取影像，並將訊號傳送至 影像處理卡。
3. 影像處理卡
使用泰 洛 科 技所製造的 X64-AN QUAD 影像處理卡。X64 AN Quad 的 前 一 代 32 位 元 產 品 為 Viper-Quad,因 此 ,同 樣 擁 有 接 收 4 組 類 比 影 像 輸 入 的 能 力 ,並 提 供 4 組 獨 立 的 觸 發 啟 動 取 像 的 控 制 訊 號 .軟 體 方 面 ,支 援 Sapera LT 及 Sapera 影 像 視 覺 程 式 庫 .X64 AN Quad 可 相 容 於 PCI-32 及 PCI-X 型 電 腦 ,支 援 Windows XP 及 2000 作 業 平 台 。 重 要 規 格 :
a. 64-bits,-PCI-X 標 準 界 面 。
b. 提 供 4 組 獨 立 取 像 頻 道 (12-pins Hirose) 。 c. 50MHz 類 比 /數 位 轉 化 速 率 (ADC) 。
d. 配 備 128MB 影 像 記 憶 體 。
e. 硬 體 提 供 I/O 制 控 訊 號 及 LED 顯 示 器 。 4. 光源照明設備
本實驗所使用之光源為環形LED燈,其最大。
5. 程式語言
使用B rland C++程式語言發展，以進行本研究之分析及計算工作。
如圖4-2 所示 為本研究基本量測系統。
圖4.2 量測系統圖
4. 2 4. 2 4. 2
4. 2 光源系統光源系統光源系統光源系統
光源系統是建立機器視覺系統時最重要也最關鍵的問題，光源放 置的位置是否恰當，影響著整體影像對比是否良好、並能強化待測物 體特徵。
4.2.1 4.2.1 4.2.1
4.2.1 光源的選用光源的選用光源的選用光源的選用
光源系統除了一部份轉換成可見光外，其餘均轉換成紅外線、紫 外線、螢光和熱能…等，故在選擇光源時必須同時考慮。良好的光源 系統設計可以降低影像處理的複雜度。光源因素佔整個機器視覺的效 益及成本大約30％，其他40％為硬體，30％為軟體。一般所使用的 光源有：鎢絲燈泡、鹵素燈、螢光燈、水銀燈、氙氣燈、LED 燈…
等。
鎢絲燈泡的優點為亮度穩定性高且便宜，缺點為亮度不均勻且壽 命短。鹵素燈的優點為壽命較長，其缺點為會發出強烈紅外光。日光 燈因為屬於擴散式光源所以適合檢測表面具高反射性的工件，缺點是 會產生紫外線且容易閃爍。而氣體放電燈由於其頻譜分布不均勻，所 以除氙氣燈外其餘不適合用在機器視覺。故較適合使用在機器視覺的 光源為鎢絲燈泡、鹵素燈、氙氣燈及LED 燈。如表4.1 各種光源列表比 較。
表4.1 各種光源列表比較
由表4.1得知以LED燈做光源有平均壽命長、不需要安定器、發光效率 佳等優點。因此當檢測物是圓形時，使用環形的光是一個不錯的方法 (如圖4-3所示)。它使光源能平均的照射在檢測物上，改變光源的高 度，可發現其在改變檢測物的清晰度上有很大效果。由於可以提供很 平均的照明，所以也可使用來觀察小物體或大型物體上之小區域。
由於待測錫球為近似圓形，為了使光源能均勻地照射整顆錫球，
故本研究所使用的光源以環形光源為主。
圖4-3 環形LED燈
4.3 CDD 4.3 CDD 4.3 CDD
4.3 CDD 取像系統取像系統取像系統 取像系統
光 學 系 統 取 像 主 要 由 CCD 0~CCD 4所 組 成 ,每 支 CCD每 秒 取 像 60 張 ,CCD 0為 光 學 調 校 的 基 準 ,LED燈 的 使 用 分 為 紅 光 和 RGB使 用 電 壓 分 別 為 24V&30V,聚 光 片 則 分 為 長 焦 和 短 焦 ,長 焦 在 上 ,紋 路 朝 上 裝 置 。
圖4.4 CDD取像系統
圖4.5 5支CCD(1 TOP + 4 Angle)之 取 像 圖
Led Board
0
4 1
3
2
聚光 Board
4.4 4.4 4.4
4.4 實驗結果實驗結果實驗結果 實驗結果
4.4.1 以 5 支 CCD(1 TOP + 4 Angle)之 取 像 系 統
一 一一
一 、、、、 手 機 板 (二 連 板 )
圖 4.6 待測電路板(a) 1. 尺 寸 : 110mm × 100mm
2. 零 件 類 型 ：
Chips (0402 或 更 大 的 元 件 )
QFP, SOIC (間 距 為 0.3mm 或 更 大 ) 三 角 晶 體 連 接 器
電 阻 、 電 容 器 陣 列
表4.2 零件之不良偵測率(以5支CCD之 取 像 系 統 ) Defect Resistor Ca pacitor SOP QFP
缺 件 缺 件 缺 件
缺 件 95% 97% 99% 99%
歪 斜 歪 斜 歪 斜
歪 斜 99% 99% 99% 99%
極 性 極 性 極 性
極 性 NA NA 99% 99%
橋 接 橋 接 橋 接
橋 接 NA NA 97% 96%
空 焊空 焊
空 焊空 焊 99% 97% 94% 97%
二 、 檢 附 圖 片 資 料 如 下檢 附 圖 片 資 料 如 下檢 附 圖 片 資 料 如 下檢 附 圖 片 資 料 如 下 ：：： ：
Skew-偏 移 Skew-偏 移
Skew-偏 移 Missing-缺 件
Billboard-側 立 Shift-位 移
Skew-偏 移 Missing-缺 件
Missing-缺 件 Skew-偏 移
Skew-浮 高 Skew-浮 高
Missing-缺 件 Missing-缺 件
Skew-偏 移 Tombstone-側 立
4.4.2 以 1 支 CCD 之 取 像 系 統
一 一一
一 、、、、 手 機 板 (二 連 板 )
圖 4.7 待測電路板(b)
1. 尺 寸 : 110mm × 100mm 2. 零 件 類 型 ：
3. Chips (0402 或 更 大 的 元 件 )
i. QFP, SOIC (間 距 為 0.3mm 或 更 大 ) 三 角 晶 體 連 接 器
電 阻 、 電 容 器 陣 列
表4.3 零件之不良偵測率(以1支CCD之 取 像 系 統 ) Defect Resistor Capacitor SOP QFP
缺 件 缺 件缺 件
缺 件 93%93%93%93% 97%97%97%97% 89%89%89%89% 89%89%89%89%
歪 斜 歪 斜歪 斜
歪 斜 92%92%92%92% 90%90%90%90% 88889%9%9%9% 89%89%89%89%
極 性 極 性極 性
極 性 NA NA 89%89%89%89% 89%89%89%89%
橋 接橋 接橋 接
橋 接 NA NA 87%87%87%87% 82%82%82%82%
空 銲 空 銲空 銲
空 銲 88%88%88%88% 87%87%87%87% 83%83%83%83% 87%87%87%87%
二二二
二 、、、、 檢 附 圖 片 資 料 如 下檢 附 圖 片 資 料 如 下檢 附 圖 片 資 料 如 下 ：檢 附 圖 片 資 料 如 下：： ：
Missing-缺 件 Missing-缺 件
Shift-位 移 Skew-偏 移
三 、 測 試 分 析
1. Angle view:
利 用 有 角 度 的 CAMERA 可 增 加 檢 測 的 涵 蓋 率，系 統 更 可 檢 測 錯 件 以 及 極 反 等 問 題 ， 這 是 只 使 用 TOP VIEW CAMERA 所 無 法 做 到 的 。
2. 以 5 支 CCD 之 取 像 系 統 之 統 計 : 實 驗 電 路 板 數 量 共 有 70 片，
實 際 不 良 板 有 14 片 , 偵 測 到 不 良 板 有 13 片 , 因此不良偵測率 為 99％ ， 誤 判 率 為 1%。 實 驗 之 數 據 ， 如 表 4.4 所 式 。
數量
70
14 13
0 10 20 30 40 50 60 70 80
pass fail fail to confirm
表 4.4 實 驗 之 數 據 表
3. 實 驗 所 得 之 不 良 偵 測 率 數 據 ， 如 表 4.5 所 式 。
不良偵測率
99%
99%
99%
97%
97%
缺件 歪斜 極性 橋接 空焊
圖 4.8 不 良 偵 測 率
