基于光学相干层析扫描的三维孔形检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于光学相干层析扫描的三维孔形检测方法及系统，其通过利用光学相干层析扫描的方法，直接得到电路板的盲孔或通孔的三维结构图像，经过图像处理后得到孔尤其是盲孔的深度、上下孔径、残胶、底铜破损等信息，可以对盲孔或通孔的质量进行自动化检测及评价，具有测量精度高、测量结果可靠性高、成本低、速度快等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于光学相干层析扫描领域，具体涉及一种基于光学相干层析扫描的三维孔形检测方法及系统。
技术介绍
目前，对于印刷电路板的质量，绝大部分生产商都采用人工目视检测，但是人工检测存在着其故有的缺陷，生产效率低，稳定性差。为了克服人工目视检测存在的不足，人们设计了一种自动光学成像(Auto Optics Imaging, Α0Ι),自动光学成像是通过利用普通光线和激光配合电脑程序，获得被测对象的图像，经过特定处理算法处理及分析，与标准图像进行比较，获得被测量对象的缺陷，从而实现对电路板制造中不同阶段的线路板进行平面性外观视觉检测。这种方法具有简便，快速的特点，但它只能检测一个平面，并不能对盲孔的深度进行有效的测量。而为了得到盲孔的更精确深度信息，可采用光学三维显微镜对盲孔进行检测，但是这种方法的检测速度不能达到实时检测的需要，极大地限制了它在盲孔检测中的应用。光学相干层析(Optical Coherence Tomography, OCT)是一种高速、高精度、非接触式的光学三维扫描成像技术。它是通过光学的相干层析性能，实现对样品的非接触式层析成像，最终实现对样品的三维成像。目前，光学相干层析成像已经广泛地应用于生物医学领域，特别是在人眼眼科成像领域。但是光学相干层析由于扫描范围的限制，不能进行大范围的扫描成像。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于光学相干层析扫描的三维孔形检测方法及系统，其能够快速地检测出电路板上盲孔或通孔质量，同时对电路板行业的锡膏检测也有同等作用。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的:—种基于光学相干层析扫描的三维孔形检测系统，主要由光学相干层析成像装置、系统光纤准直器、二维扫描振镜、扫描物镜、纵移平台、平移平台和计算机组成。纵移平台和平移平台均与计算机相连，计算机控制纵移平台和平移平台的运动。系统光纤准直器、二维扫描振镜、扫描物镜固定在纵移平台，并跟随纵移平台运动。待测的电路板放置在平移平台上，并跟随平移平台运动。纵移平台垂直位于平移平台的正上方。光学相干层析成像装置与计算机相连。光学相干层析成像装置发出的探测光由光纤进入系统光纤准直器，系统光纤准直器将探测光准直后进入到二维扫描振镜进行二维扫描，二维扫描振镜输出的光经扫描物镜进行聚焦后进入放置在平移平台上的电路板，电路板产生的反射光经原路即依次经扫描物镜、二维扫描振镜和系统光纤准直器后返回至光学相干层析成像装置，由光学相干层析成像装置获得干涉信号后送入计算机。上述方案中，纵移平台和平移平台的组合为以下3种之一，即:一种是纵移平台仅由Z轴运动电机构成时，平移平台由X轴电机和Y轴运动电机组成。一种是纵移平台由Z轴运动电机和X轴运动电机组成时、平移平台仅由Y轴运动电机构成。一种是纵移平台由Z轴运动电机和Y轴运动电机组成时、平移平台仅由X轴运动电机构成。上述方案中，所述光学相干层析成像装置可以为频域光学相干层析成像装置，此时该光学相干层析成像装置主要由扫频光源、光纤环形、光纤耦合器、2个偏振控制器、光纤准直器、反射镜和平衡探测器组成。扫频光源发出宽带扫频光，进入到光纤环形，然后进入到光纤I禹合器，由光纤I禹合器分成两束光，其中一束由第一偏振控制器和光纤准直器进入反射镜进行反射后经原路回到光纤耦合器。另一束由第二偏振控制器输出到系统光纤准直器和二维扫描振镜进入到扫描物镜，由扫描物镜聚焦到于电路板。电路板的反射光经原路回到光纤耦合器。两路反射光在光纤耦合器中形成干涉。平衡探测器同时接收光纤环形和探测光纤耦合器返回的干涉信号后送入计算机。上述方案中，所述光学相干层析成像装置也可以为谱域光学相干层析成像装置，此时该光学相干层析成像装置主要由宽带连续光源、光隔离器、光纤耦合器、3个偏振控制器、2个光纤准直器、反射镜、光栅、光谱物镜和线扫描相机组成。宽带连续光源发出宽带光谱，经光隔离器进入到光纤耦合器，由光纤耦合器分成两束，其中一束经第一偏振控制器和第一光纤准直器进入反射镜，由反射镜反射后经原路回到光纤耦合器。另一束经第二偏振控制器输出到系统光纤准直器和二维扫描振镜进入到扫描物镜，由扫描物镜聚焦到电路板，电路板的反射光经原路回到光纤耦合器。两路反射光在光纤耦合器中形成干涉。干涉光经第三偏振控制器、第二光纤准直器进入到光栅后分成各个准单色光，经光谱物镜聚焦到线扫描相机，线扫描相机的输出连接计算机。一种基于光学相干层析扫描的三维孔形检测系统方法，包括如下步骤:①计算机读取预先存储在计算机中待测的电路板上盲孔或通孔的位置信息，并控制纵移平台和平移平台运动，让固定于纵移平台上的系统光纤准直器、二维扫描振镜和扫描物镜对放置在平移平台上的电路板上的每个盲孔和/或通孔进行逐一扫描；②对于每个扫描点，光学相干层析成像装置发出的探测光由光纤进入系统光纤准直器，系统光纤准直器将探测光准直后进入到二维扫描振镜进行二维扫描，二维扫描振镜输出的光经扫描物镜进行聚焦后进入放置在平移平台上的电路板，电路板产生的反射光经原路即依次经扫描物镜、二维扫描振镜和系统光纤准直器后返回至光学相干层析成像装置，由光学相干层析成像装置获得干涉信号，由此完成一个扫描点的扫描；③计算机分别对光学相干层析成像装置返回的不同盲孔或通孔的干涉信号进行数据采集并处理，重建出电路板上每个盲孔和/或通孔的三维结构信息；④计算机根据三维结构信息，经图像处理后得到每个盲孔和/或通孔的深度、上下孔径、残胶、底铜破损情况及其相关信息，判断电路板上的盲孔或通孔的质量。上述步骤①中所述计算机对纵移平台和平移平台的控制方式为以下3种之一:计算机控制纵移平台在Z轴方向运动、以及控制平移平台在X轴和/或Y轴方向运动；或计算机控制纵移平台在Z轴和/或X轴方向运动、以及控制平移平台在Y轴方向运动；或计算机控制纵移平台在Z轴和/或Y轴方向运动、以及控制平移平台在X轴方向运动。上述步骤②中所述光学相干层析成像装置可以采用频域光学相干层析成像方法，即:扫频光源发出宽带扫频光，进入到光纤环形，然后进入到光纤耦合器，由光纤耦合器分成两束光，其中一束由第一偏振控制器和光纤准直器进入反射镜进行反射后经原路回到光纤耦合器；另一束由第二偏振控制器输出到系统光纤准直器和二维扫描振镜进入到扫描物镜，由扫描物镜聚焦到于电路板；电路板的反射光经原路回到光纤耦合器；两路反射光在光纤耦合器中形成干涉；平衡探测器同时接收光纤环形和探测光纤耦合器返回的干涉信号后送入计算机，由计算机重建出需检测的盲孔和/或通孔的三维结构信息。上述步骤②中所述光学相干层析成像装置也可以采用谱域光学相干层析成像方法，即:宽带连续光源发出宽带光谱，经光隔离器进入到光纤耦合器，由光纤耦合器分成两束，其中一束经第一偏振控制器和第一光纤准直器进入反射镜，由反射镜反射后经原路回到光纤耦合器；另一束经第二偏振控制器输出到系统光纤准直器和二维扫描振镜进入到扫描物镜，由扫描物镜聚焦到电路板，电路板的反射光经原路回到光纤耦合器；两路反射光在光纤耦合器中形成干涉；干涉光经第三偏振控制器、第二光纤准直器进入到光栅后分成各个准单色光，经光谱物镜聚焦到线扫描相机，线扫描相机的输出连接计算机，由计算机重建出需检测的盲孔和/或通孔的三维结构信息。与现有技术相比，本专利技术利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光学相干层析扫描的三维孔形检测系统，其特征在于：主要由光学相干层析成像装置（1）、系统光纤准直器（4）、二维扫描振镜（5）、扫描物镜（6）、纵移平台（3）、平移平台（8）和计算机（9）组成；纵移平台（3）和平移平台（8）均与计算机（9）相连，计算机（9）控制纵移平台（3）和平移平台（8）的运动；系统光纤准直器（4）、二维扫描振镜（5）、扫描物镜（6）固定在纵移平台（3），并跟随纵移平台（3）运动；待测的电路板（7）放置在平移平台（8）上，并跟随平移平台（8）运动；纵移平台（3）垂直位于平移平台（8）的正上方；光学相干层析成像装置（1）与计算机（9）相连；光学相干层析成像装置（1）发出的探测光由光纤（2）进入系统光纤准直器（4），系统光纤准直器（4）将探测光准直后进入到二维扫描振镜（5）进行二维扫描，二维扫描振镜（5）输出的光经扫描物镜（6）进行聚焦后进入放置在平移平台（8）上的电路板（7），电路板（7）产生的反射光经原路即依次经扫描物镜（6）、二维扫描振镜（5）和系统光纤准直器（4）后返回至光学相干层析成像装置（1），由光学相干层析成像装置（1）获得干涉信号后送入计算机（9）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘茂珍，李喜锦，李育华，
申请(专利权)人：刘茂珍，李喜锦，李育华，
类型：发明
国别省市：