3D SPI的發展趨勢

眾所周知，隨著科技的發展，電子產品裝配向著高密集化、小型化演進，越來越多的電子生產廠商為保證產品質量，導入各種品控自動化設備，在SMT生產線的多個位置嚴把品質關，全方位管控。根據全球表面貼裝協會的報告，我們可以看到在SMT生產過程中，錫膏印刷相關的不良占到70%，印刷的好壞決定著SMT工藝質量，目前很大一部分的電子廠商是采用AOI在貼片后和回流爐后進行檢測，由于………因此有不少電子生產廠商導入3D SPI來嚴把質量關，那么3D SPI是如何檢測高度、原理是什么，怎么計算出來的呢?接下來一一向大家介紹。

• 　　3D SPI激光三角法

　　在很長一段時間內，人們都采用了一種既簡單也是當時很有效的一種方式來計算高度，這種方式的名稱叫做“激光三角法”，那么激光三角法是根據什么樣的原理來計算高度的呢?如圖所示：CCD相機在頂部，激光從側面投射出來，直接照射到待測位置的焊盤上作為基準點，我們用O來表示，當有焊膏的時候照射下來的激光點就會被截斷，照到另一個位置，這個位置我們叫做成像點，用A來表示， 再通過三角形關系H=tan*AO

　　前面所講的方法只能測量一個點的高度，為了提高測試速度，人們逐漸采用了線激光、面激光(如下圖所示)：

　　線激光一次可測量一條激光線上的所有點，而面激光因為采用多條激光線，一次可以測量整個FOV的多點高度，效率得到極大的提升。

• 　　3D SPI多線(面)激光的原理：

　　如圖所示，我們要測量A點的高度，必須要知道A點的參照點，也就是需要確定是由那束激光所照亮，在該圖中，三條激光線的基準點分別為O1\O2\O3，顯然，A點是由第三束激光所照亮，在這里我們把第三束激光的位置稱之為光照點B，結合前面所講的激光三角法，確定了光照點B、也就確定了基準點O，就可以得到A點高度

　　面激光的優缺點：

　　1、優點(石膏圖)，示意圖是一副石膏圖，投入一束面激光，拍攝一次就可以得到整幅圖像的3D信息，而且我們肉眼可以從該圖看出，這些激光線隨著物體的高度在發生左右偏移。按照人眼的經驗，基本就可以判斷出為3D形狀。

　　2、缺點：如圖所示:面激光所照亮的位置為離散點，絕大多數位置是激光未照射到的，也就是說，我們只能夠精確的計算激光照亮的點，而絕大多數的點只能通過擬合估算出來，直接影響了測量精度。

　　其次，因為物體表面本身的顏色以及反光的影響，我們在識別成像點A的時候，容易產生較大的誤差，所以，使用這種方法時通常需要對被測物體進行噴砂處理，成為白色亞光表面。顯然，在SMT生產過程中是不容許的。

　　那么，是否有一種特殊光源既能夠覆蓋被測物體的所有點，而且又能方便我們確定每個成像點A所對應的光照點B。

　　答案是：有!我們下面會闡述一種新的照明方式-------正弦照明。

• 　　3D SPI正弦照明的特性：

　　正弦照明是一種投影照明，它照射到一個平面物體時，會呈現明暗交替的規則變化

　　這個投影圖案的亮度是呈現了正弦曲線特性，如圖(正弦曲線圖)，請大家特別注意：正弦曲線上的每一個相位Fi對應著唯一的一個光照點B

　　正弦光照模型：

　　大家所看到的是正弦圖案投射到物體上的照明模型，鑒于時間關系，推導過程就不多講，但是，希望大家記住結果：I=Ib(環境亮度)+Ir*cosFi，在這里Ib是背景亮度，IR是反射亮度，它跟物體相關，每一點的Ib、Ir都不一樣，而且是未知的。

　　Fi是正弦曲線的相位，如前所述，Fi實際上對應了光照點B，如果我們確定了Fi，也就得到了光照點B，得到光照點B就可以通過三角法得到該點的高度。

　　如何確定Fi?

　　從該式子可以看出：IB、IR以及Fi是未知的，但是Ib、Ir我們不關心，我們關心的是Fi，如何求得Fi呢?有學者提出了移相法，解決這個問題，什么是移相法?

　　在下圖中，拍完第一幅圖后，移動照明圖案pi\2，拍攝第二幅圖案，再移動pi\2，拍攝第三幅圖像，再移動pi\2，拍攝第四幅圖像，那么每個點就得到了四個亮度，根據前面的光照模型，這四個亮度的公式如下

　　上述四個公式經過簡單的數學變換，就可以得到

　　該圖即是四步移相法的實例，上面四幅圖是四次移動拍攝的圖案，下面的3D圖是根據我們前面所講的公式，把每個像素的高度都計算出來的結果。

• 　　PMP：

　　我們前面所講的正弦圖案以及移相法這一整套解決方案叫做：相位測量輪廓術(Phase Measurement Profilometry),簡稱為PMP。