一种基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法技术

本发明专利技术属于激光软钎焊控制领域，涉及一种基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法，包括：设定激光软钎焊机的开环控制算法的输入参数，对激光头进行对焦并调节焊盘的离焦量；根据开环控制算法进行焊接，记录开环控制算法的输入参数，采集开环控制算法的功率特征作为第一部分特征；采集焊点焊接过程中的温度数据，对温度数据进行滤波处理，提取滤波后的温度数据特征形成特征向量，得到第二部分特征；将第一部分特征与第二部分特征组合形成特征向量，然后将特征向量送入分类器进行判断，得到焊点焊接质量的检测结果。本发明专利技术提高了激光软钎焊过程中的自动化程度，减少了成本，并提高了效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法
本专利技术属于激光软钎焊控制领域，涉及一种激光软钎焊机质量检测方法。
技术介绍
随着IC芯片设计水平和制造技术的提高，表面组装技术(SurfaceMountTechnology，简称SMT)正朝着高密度、高可靠性的微型化方向发展。目前，四侧引脚扁平封装(QuadFlatPackage，简称QFP)的引线中心距离已达到0.3mm，单一器件上的引脚数目可达到576条以上，利用传统气相再流焊等方式会造成引线脚“桥连”等情况。激光由于其局部加热，热影响区域小，非接触式加热等特点，广泛应用于精细元器件焊接。在激光软钎焊的自动化工艺中，为了实现激光软钎焊高度自动化流程，实现精准配准后，受到材料和环境等影响，后续钎焊质量仍不能完全保证，故需要进行激光软钎焊的质量检测。但由于焊点数量较多，检查焊接情况是否达到质量要求，是一件繁琐的工作，因此需要一套自动化的激光焊接质量检测方法，减少人工成本，并提高效率。激光软钎焊的质量检测是实现激光焊接自动化的重要步骤，也是一个十分复杂的技术问题。传统的激光焊接质量检测除了人工检测外，主要方法是设计新方案，采集能够间接反映焊接过程的光、声、电等信号进行判断。而激光软钎焊受到控制算法、材料等影响较大，采集间接信息的方法并不能完全反映实际焊接过程，效果不佳，而利用X射线照射、显微观察等方法，效率太低，成本过高，自动化程度低。
技术实现思路
为解决现有激光软钎焊质量检测技术的不足，本专利技术提供一种基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法，记录开环控制算法的输入功率信息，获取激光输出过程中焊点温度数据，利用温度数据反映焊接过程，以实现焊点质量自动检测，减少成本，提高效率。本专利技术采用如下技术方案实现：一种基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法，包括以下步骤：a、设定激光软钎焊机的开环控制算法的输入参数，对激光头进行对焦并调节焊盘的离焦量；b、根据开环控制算法进行焊接，记录开环控制算法的输入参数，采集开环控制算法的功率特征作为第一部分特征；c、采集焊点焊接过程中的温度数据，对温度数据进行滤波处理，提取滤波后的温度数据特征形成特征向量，作为第二部分特征；d、将第一部分特征与第二部分特征组合形成特征向量，然后将特征向量送入分类器进行判断，得到焊点焊接质量的检测结果。优选地，步骤b所述开环控制算法的功率特征包括预热段、焊接段和保温段三个阶段的输入功率及持续时间。优选地，步骤c包括以下步骤：在焊盘焊接过程中，采集焊点焊接过程中温度数据，采用巴特沃斯滤波器进行滤波，获得滤波处理后的温度曲线；对滤波处理后的温度曲线从时域和频域两方面进行特征提取，得到第二部分特征。优选地，对滤波处理后的温度曲线，从时域上提取的特征包括预热段达到的最高温度和出现最高温度至焊接结束的波峰个数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)质量检测特征提取加入控制算法的输入功率信息，可以适应开环控制的输入变化；(2)直接利用激光软钎焊机控制输出的温度数据，避免了设计额外系统来获取焊接过程中的间接信号，利用温度数据反映焊接过程，以实现焊点质量自动检测，减少人工成本，提高检测效率；(3)检测结果可以继续优化模型，提高检测精度。附图说明图1为本专利技术激光软钎焊质量检测方法流程图；图2为本专利技术一个实施例中开环控制算法的三个阶段输入功率图；图3为本专利技术一个实施例中采用巴特沃斯滤波器对温度曲线滤波后的效果图；图4为本专利技术一个实施例中温度曲线经过小波分解后重构的效果图；图5为本专利技术一个实施例中BP神经网络的结果框图；图6为本专利技术一个实施例中BP神经网络训练误差迭代图；图7为本专利技术一个实施例中BP神经网络在不同情况下的测试数据集上检测正确率图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的保护范围。激光软钎焊机焊接主要分为载入焊盘、设定控制输入参数及质量检测三部分。本专利技术激光软钎焊质量检测方法基于温度曲线，在PCB焊盘点完锡膏后，放入激光软钎焊机下方，设定控制输入的功率后进行焊接。红外测温传感器检测焊接过程中的温度变化，并采集温度数据用于训练模型；整个焊接过程采用开环控制算法，输入的恒功率包括三段，即分为预热段、焊接段和保温段功率，通过巴特沃斯滤波处理采集的温度数据，抑制预热段助焊剂挥发对温度数据的影响；温度数据经过预处理后，进行特征提取，提取的特征集包括第一部分特征和第二部分特征。为了引入开环控制算法输入参数的区别，第一部分特征采集控制算法的功率输入信息，第二部分特征为温度曲线的时域和频域信息，采用小波分解方法提取温度能量谱作为频域信息；最后，搭建卷积神经网络，对提取的特征集送入卷积神经网络进行训练，得到模型；将模型用于后续焊接点的质量检测，最终得到检测正确率为85％，并能够不断迭代优化模型。在本实施例中，基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法如图1-7所示，包括：S1、载入焊盘：将点好锡膏的焊盘放入激光软钎焊机的下方卡槽，利用摄像头进行定位，完成焊盘配准工作。S2、设定激光软钎焊机的控制参数，利用黑白相机进行激光头的对焦并调节焊盘的离焦量。设定控制参数主要是设定开环控制算法的输入参数，包括：预热段、焊接段和保温段三个阶段的输入功率及持续时间；本实施例中，开环控制算法的三个阶段输入功率如图2所示。其中，离焦量为激光头距离焊点的距离，本步骤对焦的同时调节焊盘的离焦量从而使得本专利技术质量检测方法能够适应开环控制算法输入参数的变化。利用黑白相机对焦，数据消耗较少，成本低。S3、设定好开环控制算法的输入参数之后，根据开环控制算法进行焊接，记录开环控制算法的输入参数，采集开环控制算法的功率特征作为第一部分特征。功率特征包括预热段、焊接段和保温段三个阶段的输入功率和持续时间，以使质量检测算法能够适应开环控制算法输入的变化。S4、通过红外温度传感器采集焊点焊接过程中的温度数据，对温度数据进行滤波处理，提取滤波后的温度数据特征形成特征向量，作为第二部分特征。由于预热阶段锡膏会熔融，助焊剂挥发而产生烟雾，因此红外温度传感器受到影响，所采集的焊点焊接过程中的温度数据并不是焊点的实际温度，而且抖动剧烈，不利于后续分析。本专利技术采用巴特沃斯滤波器对红外温度传感器所采集的温度数据进行滤波，并调整滤波器参数，很好的抑制了预热阶段因为助焊剂挥发所带来的影响。在具体实施过程中，本步骤主要是利用巴特沃斯滤波器改善预热段助焊剂挥发对红外温度传感器获取数据的影响；对经过滤波的温度数据在频域和时域上提取特征，频域上采用小波分解来提取温度数据的能量谱，从而获得特征向量。本步骤可分为以下两步骤来实现：S41、在焊盘焊接过程中，利用红外温度传感器采集焊点焊接过程中温度数据。采用巴特沃斯滤波器进行滤波，获得滤波处理后的温度曲线。具体为：焊盘送入激光软钎焊机中，红外温度传感器采集焊点焊接过程的温度数据Data，温度数据是焊接过程的控制输出，是直接的数据，可以很好的反映焊接过程。巴特沃斯滤波器的数学模型为：H(w)表示滤波器的振幅，Ws是阻带截止频率，wp为通频带边缘频率，n为滤波器的阶数。滤波器设计函数buttord()中，参数wp，Ws分别为数字滤波器的通带、阻带截止频率的归一化值，其中0<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、设定激光软钎焊机的开环控制算法的输入参数，对激光头进行对焦并调节焊盘的离焦量；b、根据开环控制算法进行焊接，记录开环控制算法的输入参数，采集开环控制算法的功率特征作为第一部分特征；c、采集焊点焊接过程中的温度数据，对温度数据进行滤波处理，提取滤波后的温度数据特征形成特征向量，作为第二部分特征；d、将第一部分特征与第二部分特征组合形成特征向量，然后将特征向量送入分类器进行判断，得到焊点焊接质量的检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、设定激光软钎焊机的开环控制算法的输入参数，对激光头进行对焦并调节焊盘的离焦量；b、根据开环控制算法进行焊接，记录开环控制算法的输入参数，采集开环控制算法的功率特征作为第一部分特征；c、采集焊点焊接过程中的温度数据，对温度数据进行滤波处理，提取滤波后的温度数据特征形成特征向量，作为第二部分特征；d、将第一部分特征与第二部分特征组合形成特征向量，然后将特征向量送入分类器进行判断，得到焊点焊接质量的检测结果。2.根据权利要求1所述的基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法，其特征在于，步骤b所述开环控制算法的功率特征包括预热段、焊接段和保温段三个阶段的输入功率及持续时间。3.根据权利要求1所述的基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法，其特征在于，步骤c包括以下步骤：在焊盘焊接过程中，采集焊点焊接过程中温度数据，采用巴特沃斯滤波器进行滤波，获得滤波处理后的温度曲线；对滤波处理后的温度曲线从时域和频域两方面进行特征提取，得到第二部分特征。4.根据权利要求3所述的基于温度曲线的激光软钎焊质量检测方法，其特征在于，所述巴特沃斯滤波器的数学模型为：H(w)表示滤波器的振幅，Ws是阻带截止频率，wp为通频带边缘频率，n为滤波器的阶数。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智华，高鹏，张涛，洪习何，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44