一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备及检测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备及检测方法。本发明专利技术装备包括检测模块、机械模块、控制模块、任务模块和评判模块，通过检测模块对焊点进行检测并将检测数据传输至评判模块进行处理；通过机械模块安装检测模块、装夹待测电路板和实现待测电路板移动与定位；通过控制模块控制机械模块和检测模块；通过任务模块制定和执行检测任务；通过评判模块处理检测模块获取的检测数据对焊点质量进行分析评判。本装备通过采集焊点在脉冲热激励下的温度时间曲线，采用焊点缺陷特征参数提取算法输出表征焊点质量的特征参数，进一步采用焊点缺陷评判模型输出焊点的缺陷面积百分比，具备自动化操作、检测效率和精度高的优点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备及检测方法


[0001]本专利技术属于电路板焊点质量检测领域，特别涉及一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备及检测方法。

技术介绍

[0002]在航天器及军用装备电子产品生产以及贮存过程中，PCB电路板由于贴装过程各种环境因素以及焊盘表面锈蚀、氧化、污染等问题可能造成焊点焊接不良缺陷，焊点缺陷可能导致整个电子产品的报废或整星电源模块的失效，影响航天器的稳定运行。
[0003]传统的基于红外热像技术的PCB电路板焊点质量检测存在以下不足：直接将温度信号作为缺陷判据，温度时间曲线缺陷辨识信号微弱；激光器激励不精准；逐个焊点路径计划制定费时费力；具有检测速度慢、检测精度低的特点。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备及检测方法，具备激光精准激励、焊点自动识别、检测路径规划和缺陷智能识别功能，有效提升了检测效率及精度。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：
[0006]一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备，包括检测模块、机械模块、控制模块和评判模块；所述机械模块在控制模块的控制下对待测电路板进行移动和定位，将待测电路板上的待测焊点移动至所述检测模块进行检测；所述检测模块在控制模块的控制下对待测焊点施加脉冲热激励并采集红外热像数据，将红外热像数据传输到评判模块，所述红外热像数据为待测焊点在脉冲热激励下的温度时间曲线；所述评判模块从待测焊点红外热像数据中获取焊点缺陷特征参数，并根据焊点缺陷特征参数得到焊点的缺陷面积百分比；所述焊点缺陷特征参数通过以下方式获取：
[0007](1)从待测焊点的温度时间曲线中提取温度下降段的过余温度时间曲线；
[0008](2)对温度下降段的过余温度时间曲线作快速傅里叶变换，获取相位频率曲线，将相位的极小值作为第一特征参数；
[0009](3)对温度下降段的过余温度曲线采用最小二乘法进行多项式拟合，对拟合的多项式求一阶导数，将一阶导数的最大值作为第二特征参数；
[0010](4)对温度下降段的过余温度时间曲线的过余温度取对数，得到温度下降段的对数过余温度时间曲线，在此基础上采用最小二乘法进行多项式拟合，多拟合的多项式求一阶导数，将一阶导数的最大值作为第三特征参数；
[0011](5)根据降温段的过余温度时间曲线，计算正则化视在吸热系数并取对数，将对数正则化视在吸热系数的最小值作为第四特征参数。
[0012]优选的，所述评判模块根据焊点缺陷特征参数采用焊点缺陷评判模型得到焊点的缺陷面积百分比，焊点缺陷评判模型通过BP神经网络算法建立，具体为：
[0013](31)预制具有不同缺陷面积百分比的焊点；
[0014](32)采集各焊点在脉冲热激励下的红外热像数据，获取第一特征参数、第二特征参数、第三特征参数和第四特征参数；
[0015](33)构建BP神经网络模型，包括输入层、隐含层和输出层，输入层参数为第一特征参数、第二特征参数、第三特征参数和第四特征参数，节点数量为4，隐含层用于处理输入与输出的非线性关系，输出层参数为焊点的缺陷面积百分比，节点数量为1；
[0016](34)将预制的焊点作为样本，对BP神经网络模型进行训练，直至其拟合误差满足预设的阈值，训练得到的BP神经网络模型即为焊点缺陷评判模型。
[0017]优选的，还包括任务模块，所述任务模块通过读取导入的待测电路板的GERBER设计文件，识别全部焊点并生成位置坐标信息，在全部焊点中选择待测焊点，根据各待测焊点的位置坐标信息对检测路径进行规划。
[0018]优选的，所述任务模块根据各待测焊点的位置坐标信息对检测路径进行规划，具体为：以固定行高对待测焊点进行分行，依次对每行的待测焊点进行检测，每行根据待测焊点距离最右侧的距离从小到大依次进行检测。
[0019]优选的，所述机械模块包括大理石台、产品装夹台、XY二维移动平台、安装架；所述大理石台作为保证检测装备整体稳定性的运行平台；所述产品装夹台用于装夹待检测电路板，所述产品装夹台安装在所述XY二维移动平台上，所述XY二维移动平台包括X轴滑台和Y轴滑台，分别用于带动待检测电路板在X轴方向和Y轴方向进行移动；所述安装架用于搭载所述检测模块。
[0020]优选的，所述检测模块包括热加载源、红外热像仪和数字显微镜；所述热加载源用于向待测焊点加载脉冲热激励；所述红外热像仪用于采集待测焊点在加载源的脉冲热激励下的温度时间曲线；所述数字显微镜用于采集记录待测焊点的光学图像和辅助定位。
[0021]优选的，所述热加载源为最小焦点直径小于焊点尺寸的激光器，包括分别位于所述红外热像仪两侧的第一激光器和第二激光器，所述第一激光器与所述第二激光器激光发射方向相对且与竖直方向夹角为45
°
。
[0022]优选的，所述控制模块包括运动模块控制器和检测模块控制器，所述运动模块控制器包括：运动控制卡、伺服电机、驱动器和光栅尺，所述运动控制卡用于向所述驱动器发送控制指令，所述驱动器用于控制所述伺服电机驱动所述X轴滑台、Y轴滑台移动，所述光栅尺用于进行位置反馈；所述检测模块控制器对所述热加载源、红外热像仪和电子显微镜进行控制。
[0023]优选的，所述数字显微镜通过水平移动轴安装在所述安装架上，所述水平移动轴用于带动所述数字显微镜沿安装架移动，所述水平移动轴的移动通过伺服电机驱动。
[0024]一种基于红外热像技术的焊点质量检测方法，包括如下步骤：
[0025]步骤(1)将待测电路板装夹到产品装夹台上，使待测电路板相邻两边与所述X方向、Y方向定位挡片相贴；
[0026]步骤(2)使红外热像仪视场中心、数字显微镜视场中心、热加载源加热点与被测焊点重合，校准红外热像仪、热加载源、数字显微镜与XY二维移动平台的位置对应关系，建立坐标体系；
[0027]步骤(3)制定检测任务，具体包括检测参数设置、选取测点和路径规划，
[0028]检测参数设置：根据待测电路板焊点类型设置热加载源及红外热像仪的检测参数；
[0029]选取测点：通过读取导入的待测电路板的GERBER设计文件识别全部焊点并生成对应的位置坐标信息，在此基础上生成待检测焊点列表；
[0030]路径规划：根据待检测焊点的位置坐标信息对待测焊点进行排序，采用行优先搜索算法自动规划检测路径，具体为：以固定行高对待测焊点进行分行，依次对每行的待测焊点进行检测，每行根据待测焊点距离最右侧的距离从小到大依次进行检测；
[0031]步骤(4)根据制定的检测任务依次对各待测焊点进行检测，具体为：XY二维移动平台将待测焊点移动到检测位置，打开热加载源加热，红外热像仪记录红外热像数据，数字显微镜记录光学图像；
[0032]步骤(5)评判模块对检测数据进行处理，输出焊点的缺陷面积百分比。
[0033]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0034](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备，其特征在于，包括检测模块、机械模块、控制模块和评判模块；所述机械模块在控制模块的控制下对待测电路板进行移动和定位，将待测电路板上的待测焊点移动至所述检测模块进行检测；所述检测模块在控制模块的控制下对待测焊点施加脉冲热激励并采集红外热像数据，将红外热像数据传输到评判模块，所述红外热像数据为待测焊点在脉冲热激励下的温度时间曲线；所述评判模块从待测焊点红外热像数据中获取焊点缺陷特征参数，并根据焊点缺陷特征参数得到焊点的缺陷面积百分比；所述焊点缺陷特征参数通过以下方式获取：(1)从待测焊点的温度时间曲线中提取温度下降段的过余温度时间曲线；(2)对温度下降段的过余温度时间曲线作快速傅里叶变换，获取相位频率曲线，将相位的极小值作为第一特征参数；(3)对温度下降段的过余温度曲线采用最小二乘法进行多项式拟合，对拟合的多项式求一阶导数，将一阶导数的最大值作为第二特征参数；(4)对温度下降段的过余温度时间曲线的过余温度取对数，得到温度下降段的对数过余温度时间曲线，在此基础上采用最小二乘法进行多项式拟合，多拟合的多项式求一阶导数，将一阶导数的最大值作为第三特征参数；(5)根据降温段的过余温度时间曲线，计算正则化视在吸热系数并取对数，将对数正则化视在吸热系数的最小值作为第四特征参数。2.根据权利要求1所述的一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备，其特征在于，所述评判模块根据焊点缺陷特征参数采用焊点缺陷评判模型得到焊点的缺陷面积百分比，焊点缺陷评判模型通过BP神经网络算法建立，具体为：(31)预制具有不同缺陷面积百分比的焊点；(32)采集各焊点在脉冲热激励下的红外热像数据，获取第一特征参数、第二特征参数、第三特征参数和第四特征参数；(33)构建BP神经网络模型，包括输入层、隐含层和输出层，输入层参数为第一特征参数、第二特征参数、第三特征参数和第四特征参数，节点数量为4，隐含层用于处理输入层参数与输出层参数的非线性关系，输出层参数为焊点的缺陷面积百分比，节点数量为1；(34)将预制的焊点作为样本，对BP神经网络模型进行训练，直至其拟合误差满足预设的阈值，训练得到的BP神经网络模型即为焊点缺陷评判模型。3.根据权利要求1或2所述的一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备，其特征在于，还包括任务模块，所述任务模块通过读取导入的待测电路板的GERBER设计文件，识别全部焊点并生成位置坐标信息，在全部焊点中选择待测焊点，根据各待测焊点的位置坐标信息对检测路径进行规划。4.根据权利要求3所述的一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备，其特征在于，所述任务模块根据各待测焊点的位置坐标信息对检测路径进行规划，具体为：以固定行高对待测焊点进行分行，依次对每行的待测焊点进行检测，每行根据待测焊点距离最右侧的距离从小到大依次进行检测。5.根据权利要求1或2所述的一种基于红外热像技术的焊点质量检测装备，其特征在于，所述机械模块包括大理石台(1)、产品装夹台(2)、XY二维移动平台(3)、安装架(4)；所述大理石台(1)作为保证检测装备整体稳定性的运行平台；所述产品装夹台(2)用于装夹待检
测电路板，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨耀东，徐丽霞，刘丽霞，周双锋，回天力，于文涛，万蕾，李伟煜，任红涛，孙书，霍书林，陈栋康康，李夏侨，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：