在电路板行业中,越来越多的零件和电路板难以通过自动光学检测(AOI)难以检查,因为焊料是看不见的。此外,高质量的要求,如汽车工业的粘接强度和焊料全面检查都在增加。为满足这些需求,欧姆龙推出了在必要的内联内完成检查的新技术(必须完成产品以满足客户需求的速度)。这是计算机断层扫描(CT)X射线自动检测设备最具挑战性要求之一。对于连续成像技术,需要高精度定位控制和高速图像感测。

新检验方法的情况

近年来,电动汽车(ev)、高级驾驶员辅助系统(ADASs)甚至自动驾驶技术都取得了显著的进步。对于电路板安装的世界来说,这意味着进一步的致密化,而越来越多的零件和pcb有肉眼无法看到的焊接接头,这导致了肉眼检查的困难。典型的例子包括无圆角芯片和球栅阵列(BGAs),焊点设置在封装的底部。

为了保护消费者,汽车行业制定了特别严格的质量保证要求,供应商经常被要求进行全表面线路板检测(而不是抽样检测),测量焊料形状,并检查焊接强度。亚博官网娱乐app下载更严重的是流水线工人短缺的问题,这是目前对高精度、高质量自动化检测需求快速增长的部分原因。

因此,安装行业的事件如电路板质量问题和生产线停工可能会对客户构成严重的风险。有缺陷的电路板的流出将立即导致可能威胁人们和社会安全的危机。因此,它比以往任何时候都更重要,提供一种防止缺陷电路板到市场的任何流出的机制。

图1. VT-X750。

为了应对这些趋势,欧姆龙开发了AXI(自动x射线检测)系统,由于能够检测零件底部的焊点等肉眼无法看到的东西,该系统已广泛应用于表面贴装技术(SMT)生产线。但由于节拍时间的问题,传统的检测方法主要用于离线抽样检测或仅用于关键零件的在线检测。

本文介绍了为VT-X750系列自动内联CT X射线检测系统(图1)采用的技术概要,以改善此问题,实现足以在汽车电路板安装过程中使用内联的速度,从而允许质量保证电路板大量。

用基于CT的AXI实现高图像质量

基于X射线的诊断成像方法的主要类型包括二维(2D)X射线,断层合成和计算机断层扫描。2D X射线方法用于通过垂直布置的X射线源,工件和X射线摄像机获得每个射击的一个图像(图2)。通过该方法投影的图像被记录为二维数据。虽然能够在较短的时间内进行图像采集,但这种方法在图像质量方面不如其他方法,因为它处理的数据量很小。

图2. X射线图像采集方法。
图3.每个X射线图像采集方法的特征。

Tomosynthesis方法用于在有限的角度范围内以与X射线源或X射线相机在相对位置中的一定数量的图像中的物件数量的图像。该方法允许利用突出显示所需高度的断层图像(图3)。虽然它比2D X射线法更耗时,但是Tomosynthesis能够比CT方法更快的图像采集,并且在图像质量方面优于2D X射线方法。必须注意,如果从X射线源或相机的焦点位置捕获断层图像,则它们往往比CT图像更加模糊。

该CT方法用于获得工件在360度旋转过程中相对于x射线源或摄像机位置的大量图像,并将其重建为三维数据。这种方法比其他方法处理的数据量更大,因此提供了最好的图像质量。它的优点在于不仅可以提取和利用平面水平方向数据,还可以从重构后的三维数据中提取高度方向数据。即使在远离x射线源或x射线相机的焦点位置时,使用这种方法的层析成像也具有清晰、低模糊的图像质量。另一方面,这种方法需要更多的时间获取图像,通常提供了更高的剂量工件。

AXI解决方案

OMRON采用了一种新的检查方法,可以识别3D数据中所需的点,并执行基于图像的诊断,以准确地检查每个焊点表面的形状。OMRON AXI解决方案利用CT方法,并实现了没有电路板下侧限制的高精度检查。其主要技术组件由能够安全,高精度感测的硬件组成,以及允许具有出色响应性的高速控制的软件。

硬件主要由机械、电气和成像组件组成。因此,设计参数——如机电安全、屏蔽、轴向运动精度、控制响应性、图像质量和成像率——在确保系统性能方面发挥着重要作用。该系统的软件部分包括用于机器差校正的装配优化器、用于检测程序开发的主要应用程序、将采集图像转换为3D数据的重建过程以及用于对获取的3D数据进行检测的算法。这些技术组件以复杂的方式相互关联,必须在每个功能模块内无缝地工作,以实现高精度、高速的检测。这对于高质量的CT图像采集尤为重要,CT图像采集是该技术的核心,提供了成像设备的基本性能、高精度的几何设计和控制以及鲁棒校正处理和检测算法。

以下部分看看每个功能。

1.成像器件(FPD和x射线源)的基本性能

平板检测器(FPD)是一种相机,首先通过称为闪烁体的荧光发射器将X射线转换为光。然后将光转换成电信号以获得数字图像,其可以通过像素逐载荷获取高锐度和灵敏度。AXI系统配备有互补金属氧化物半导体(CMOS)类型的FPD,以帮助获得物体的高清图像。每个参数旨在优化图像对比度,以适应被隔离检查目的的部分或物体。

X射线源通常可以分为两种类型:开拔管和封闭管。开放式X射线源具有很少的缺点:(a)必须与真空泵和其他相关设备一起安装,(b)由于短寿命的因素,它具有高运行成本灯丝,(c)辐射源本身具有大的重量。同时,在封闭管的情况下,X射线发生器恒定地保持在气密玻璃容器中的真空中。因此,这种类型的辐射源具有紧凑的主体,并且不需要安装在其管外部的泵。该系统利用微焦封闭管辐射源,具有轻质体和小焦点。

2.高精度几何设计与控制

图4.两个CT成像系统的原理。

对于内联AXI系统的几何设计,已经采用了并行表类型而不是旋转台式(图4),因为前者通过改变X射线源或X-的物理位置可以获得CT图像。射线摄像机(FPD)相对于对象。旋转台式具有圆形的3D数据成像的圆形视野,这可能导致在其边缘模糊的图像和由于旋转速度限制而导致的高速成像的限制1.对该并联特别重要表类型是XY轴旋转轨迹的定位精度。也就是说,Z方向轴定位精度也很重要,因为当切换检查分辨率时,该系统在z轴方向上被驱动,或者在通过位移计的测量下追踪工件的弓形时。

为每个轴提供高精度引导件,以使用专有电机控制技术实现微米的序列的定位精度。特别是XY轴旋转精度有助于获得越来越好的CT图像,随着旋转轨迹的圆度的增加。作为基础是基于可编程逻辑控制器(PLC)或伺服电动机的可编程逻辑控制器(PLC)或伺服电机以高质量的平行度/直线度和控制技术安装的高质量机械部件。另外,成像装置各自支撑有高刚性框架,并且设计有粗糙化的架构,以使所有不受振动影响的终端部件。

图5.与图像质量和机械组件相关的参数。

因此,要获得清晰的CT图像,不仅要追求上述成像设备的基本性能或与图像质量相关的参数,这些参数与系统的机械刚度或重量平衡、指定如何转动成像设备的几何设计、并采用系统架构实现高精度轴位控制。

3.鲁棒校正处理和算法

AXI执行感测的信息的快速处理和控制 - 不仅在其硬件中,而且还在其软件应用程序中,也是从专有的重建过程和算法开发的软件应用以及对视觉检测系统的深刻知识 - 实现高度的焊料形状再现性和改善检查焊点表面。每当工件进入系统检查时,止动位置都会有变化。因此,AXI系统配备有可见光源和相机,以及使用在可见光中获得的图像校正工件输送机上的进料停止位置的变化或旋转偏移的手段。

图6.提取的断层面位的图像。

为了准确地执行算法处理,需要足够高的精度来在重建图像中提取正确的断层位置。因此,AXI系统配备有位移传感器和控制器,该控制器用于测量工件的弓形或其偏转量并校正Z轴高度位置(图6)。

内联全面检查

在实现内联全面检查的主要挑战中,提高了TAB的时间和系统硬件可靠性。后者涉及外壳的重量和尺寸,将剂量与在检查下的工件,以及保持其的易于维护。以下部分描述了这些挑战。

1. takt时间问题

虽然能够提供高精度的图像质量,但CT成像方法必须在360度旋转期间执行成像,并且需要大量的TAPT时间来执行此操作。结果,该方法具有未能满足内嵌时间的缺点。由于许多工程验证测试的结果,事实证明,机械移动速度,尤其是XY轴转速,需要重大改进。

所谓的“停止和去”方法以获得在旋转期间旋转在旋转的基础上停止的图像(1PJ =投影:在旋转期间以一定角度获得的单个,预重建相位图像)。因此,它需要每个旋转的大的TAPT时间。这种停止和去方法是对图像模糊的抵抗力,因为仅在轴运动的完全停止之后发生图像采集。然而,旋转的硬件单元经历了强烈的振动和影响,因此X射线源必须具有固定类型。因此,欧姆龙采用了一种配置,其中阶段和FPD旋转。这导致具有大的旋转半径的FPD,因此在每个旋转中采用大量CT图像采集时间的机构中。

2.外壳大小和重量问题

对于实际的内联使用,必须考虑到系统机箱的大小和重量,因为X射线检测系统相对庞大,相对于其他SMT设备相对庞大。这意味着在客户的生产线上,必须考虑到标准尺寸运输容器或随身携带路线的可用性和携带路线的可用性和充分耐用的楼层。如果由于机械部件的刚性增加,则单位的重量和尺寸增加,系统将变得更加重,并且易于笨重,导致运输和安装工作量和成本增加。这会引入引入资本投资的障碍,必须在打算将任何系统介绍在SMT市场的生产线上的内联设备。

3.工件检验剂量减少问题

待检大型电路板或零件数量的增加会导致辐照时间的延长,从而导致对电路板整体的剂量增加。此外,还有一种趋势是,更多的电路板被安装在半导体设备和其他易受辐射暴露的部件上。必须继续努力探索减少电路板用量的技术。

4.可维护性问题

传统模型有几个具有可维护性的问题。检查空间和器件壳体单元都处于相同的屏蔽空间,并且各个器件以手动不可接近的方式垂直布置,从站立位置不可见,并且无法轻松允许工具。内联操作a system in a customer’s production line meant an increase in the availability rate of the system. In addition, because the system was between other pieces of equipment, the downtime required for maintenance or the like had to be reduced to the very minimum. Moreover, the system had to be improved so that maintenance of all its components and parts could be performed from both the front and back.

用连续成像解决TAB的时间问题

图7.连续成像与传统方法之间的差异。

要注意的第一个特征是该机制在旋转成像期间不停地延迟运行。To reduce the image acquisition time per field of view (FOV), Omron developed a technology that allows the mechanism to rotate without stopping and obtain one FOV’s worth of all images rather than repeat the cycle of moving, stopping, and acquiring each image as in the conventional model’s stop-and-go method ( Figure 7). The mechanism repeats rotary motion at a constant speed. The key is to synchronize the axes’ motion and make the rotation trajectory as close to a perfect circle as possible. This is supported by a synchronous complete circular trajectory control technology based on the PLC NJ controller and the 1S servo system. This technology supports not only simple high-speed rotation but also dynamic and high-precision synchronous control.

值得注意的是,该系统以高速执行图像采集和数据处理。该系统以这样的方式构建,以便在另一个图像之后获得 - 即使在机械动作的中间 - 基于由专有电路网络发出的图像采集触发。众所周知,在机构的运动期间的高速图像采集趋于导致图像2的模糊。因此,系统基于1pj-by-1pj记录图像采集开始时间,然后使用其图像重建能力减小模糊考虑到当时FPD和X射线源的相对位置。此外,通过添加用于处理速度改进的图形处理单元(GPU),系统已经成功实现了足够快的速度来处理高速传输的一系列图像。

图8.成像装置布置和旋转轴。

该技术的优点在于轴动作以恒定的速度进行,从而有助于减少振动和对旋转硬件单元的影响。这款LED欧姆龙工程师采用几何结构,其中X射线源与舞台单元旋转 - 固定在适当位置的重型物体。结果,FPD的旋转半径和X射线源的旋转半径减小到它们各自对应的常规值的大约60%,并导致全旋转所需的速度显着降低(图8)。这些降低的旋转半径也有助于最小化图像模糊。

概括

复杂的架构可以最大化连续成像技术的优势。此外,更快的内联CT检查的可用性使得可以在传统的离线采样检查中检查远远大量电路板。这有助于提高产品质量在更广泛的客户电路板生产线中,准备自动驾驶将普遍存在的日期。

本文由Omron Americas, Hoffman Estates, IL提供。欲了解更多信息,请访问这里

参考

  • Sugita,S.高速CT检测技术,用于更广泛的安装质量保证(日语)。2011年日本焊接协会第52次焊接突破会议的诉讼程序。4.
  • 日本放射技术学会(监督ED。)。icickawa,k。Muramatsu,Y. Eds。,标准X射线CT图像测量(日语)。ohmsha,2009,pp。27-28。

运动设计杂志

本文首先出现在6月份,2021年问题运动设计杂志。

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