基于圖像識(shí)別的薄膜電阻自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

何文燦，杜尚勇

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第29 研究所，四川成都 610036）

0 引言

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第29 研究所薄膜電阻產(chǎn)品（圖1）年產(chǎn)幾百萬件，產(chǎn)品檢驗(yàn)采用顯微鏡和多用表手動(dòng)測(cè)試的方式進(jìn)行，表現(xiàn)為效率低、容易疲勞、占用大量人力資源，被測(cè)件按平均6 個(gè)測(cè)試點(diǎn)，5 s 檢測(cè)一個(gè)測(cè)試點(diǎn)計(jì)算，每天1 人僅能人工檢測(cè)840 件（不考慮人工疲憊的情況），薄膜組檢驗(yàn)崗位僅設(shè)置1名檢驗(yàn)人員，負(fù)責(zé)要素、過程、產(chǎn)品檢驗(yàn)，無法滿足產(chǎn)品全檢的需求。

由于缺乏足夠的人力資源，所內(nèi)產(chǎn)品采用抽檢的方式檢驗(yàn)，問題電路片由于漏檢經(jīng)過微組裝裝配，調(diào)試人員在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題，造成模塊報(bào)廢或更換，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，也給計(jì)劃進(jìn)度帶來不確定因素，因此開發(fā)薄膜電阻自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)尤為重要。

1 薄膜電阻自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備構(gòu)成

圖1 薄膜電阻

薄膜電路自動(dòng)測(cè)試設(shè)備主要構(gòu)成包括設(shè)備主體、控制柜、XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)、基片盒、基片拾取機(jī)械手臂、XY-Z 軸電控探針、三色燈、局部工業(yè)相機(jī)、全局工業(yè)相機(jī)、機(jī)器視覺光源及設(shè)備上位機(jī)等（圖2）。

2 薄膜電阻自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備工作過程

（1）基片拾取。由機(jī)械手臂上的真空吸嘴依次到基片盤盒里拾取基片，然后XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)移動(dòng)到上料區(qū)，機(jī)械手臂將基片放置到工作臺(tái)上，工作臺(tái)上的真空吸盤開啟，將基片吸附在真空吸盤上。對(duì)于不同厚度的電路片，采用編程輸入的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的有效抓取。基片放置在XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)上后，工作平臺(tái)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到全局照相機(jī)的正下方。

（2）全局照相。采用一臺(tái)2000 萬像素的高分辨率全局工業(yè)相機(jī)，分辨率為5328×4000，采用視場(chǎng)為100 mm×100 mm 的光學(xué)鏡頭，對(duì)工作臺(tái)上的基片進(jìn)行全局照相，其最小分辨率為0.02 mm。由于我所薄膜電路片均為2 英寸片方片，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路片進(jìn)行整體拍照同時(shí)滿足精度需求。通過對(duì)薄膜陶瓷電路片整體拍照后，利用上位機(jī)的控制軟件對(duì)圖像進(jìn)行識(shí)別，由于在電路片對(duì)角邊緣具有定位標(biāo)記即Mark 點(diǎn)，圖像識(shí)別主要是對(duì)Mark點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)Mark 點(diǎn)的位置，可以確定電路片在工作臺(tái)面上的放置位置。

圖2 薄膜電路自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)備組成

（3）基片角度調(diào)整。經(jīng)過全局工業(yè)相機(jī)對(duì)基片進(jìn)行拍照以后，通過圖像識(shí)別識(shí)別出電路片對(duì)角邊緣的Mark 點(diǎn)，利用兩個(gè)Mark點(diǎn)中心的連線可以利用軟件計(jì)算出電路片相對(duì)于XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)X 軸的旋轉(zhuǎn)角度，得出此角度后，XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)對(duì)Theta 旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，使基片對(duì)于X 軸保持水平。如圖3 所示。在基片角度校正調(diào)整完畢后，XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)在程序控制下移動(dòng)至測(cè)試工位。

圖3 旋轉(zhuǎn)Theta 軸保持一致

（4）電阻測(cè)試。XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)移動(dòng)到測(cè)試工位后，測(cè)試工位上方裝置了一臺(tái)200 萬像素的局部工業(yè)相機(jī)對(duì)測(cè)試過程進(jìn)行實(shí)時(shí)取相，以便觀測(cè)探針測(cè)試過程。測(cè)試工位左右兩側(cè)分布了1、2 號(hào)X-Y-Z 軸電控探針，探針頭選用最常用的30°錐形針頭，用于測(cè)量測(cè)試焊盤。測(cè)試儀器選安捷倫34411A 數(shù)字多用表，提供6.5 位分辨率，支持LAN、USB、GPIB 標(biāo)準(zhǔn)，探針測(cè)試結(jié)果通過USB 通信傳送至上位機(jī)。上位機(jī)控制軟件根據(jù)定位標(biāo)記Mark 點(diǎn)的坐標(biāo)以及基片的CAD 圖紙，將CAD 圖紙中電阻的位置與實(shí)際薄膜電路片上電阻的位置進(jìn)行映射，由于CAD 圖紙?jiān)趫D層中預(yù)先設(shè)定好1、2 號(hào)探針的測(cè)試點(diǎn)，上位機(jī)控制軟件根據(jù)預(yù)先分配的測(cè)試點(diǎn)自動(dòng)對(duì)1、2 號(hào)探針進(jìn)行分配。當(dāng)XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)移動(dòng)至測(cè)試位置后，1、2 號(hào)探針在軟件控制下逐一對(duì)電路片上的電阻進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，同時(shí)程序根據(jù)預(yù)先設(shè)定的盤踞對(duì)測(cè)試試結(jié)果進(jìn)行判斷記錄，直至整片測(cè)試完成。完成整片測(cè)試后，XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行至缺陷標(biāo)記工位。

（5）缺陷標(biāo)記。缺陷標(biāo)記工位上方固定一個(gè)打點(diǎn)器，當(dāng)XYZθ移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)至缺陷標(biāo)記工位后，上位機(jī)根據(jù)測(cè)試完成的結(jié)果，辨別合格與不合格器件，引導(dǎo)工作臺(tái)以及控制缺陷標(biāo)記裝置對(duì)基片中的不合格器件進(jìn)行標(biāo)注打點(diǎn)。

（6）基片出倉。經(jīng)過缺陷標(biāo)記后的基片在XYZθ 移動(dòng)升降旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入出倉位置，機(jī)械手臂從工作臺(tái)面上取出基片原位放置到基片盒里面。

（7）重復(fù)上述過程，直至片盒中的電路片測(cè)試完成。

（8）生成測(cè)試報(bào)告。上位機(jī)控制程序?qū)⑺须娐菲臏y(cè)試結(jié)果按照預(yù)先設(shè)定的格式打印測(cè)試報(bào)告，以供用戶參考。

3 應(yīng)用效果

薄膜電阻自動(dòng)測(cè)試設(shè)備從立項(xiàng)到開發(fā)完成經(jīng)歷一年左右的時(shí)間。從前期的方案設(shè)計(jì)、圖紙繪制到后期的加工組裝、系統(tǒng)集成、軟件編制及整機(jī)調(diào)試均為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)自主完成，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。設(shè)備在組裝調(diào)試完成后測(cè)試效果良好，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，大大提升了測(cè)試效率，減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，具備一定的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。