基于光学相干层析扫描的三维孔形检测系统技术方案

本实用新型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系统，其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。本实用新型专利技术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。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本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。与现有技术相比，本技术利用电机平台和二维扫描振镜，对电路板进行二维扫描，并利用光学相干层析技术的层析能力得到电路板上的盲孔或通孔在纵向方向的结构信息，实现大范围内的三维扫描成像；利用三维结构数据计算出孔尤其是盲孔的深度、上下孔径、残胶、底铜破损情况等信息，可以对电路板盲孔或者通孔的质量进行评价，同时对电路板行业的锡膏检测也有同等作用。附图说明图1是基于光学相干层析扫描的三维孔形检测系统原理示意图。图2是频域光学相干层析成像装置原理图。图3是谱域光学相干层析成像装置原理图。具体实施方式实时例1:—种基于光学相干层析扫描的三维孔形检测系统，如图1所不，其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I与计算机9相连。光学相干层析成像装置I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I,由光学相干层析成像装置I获得干涉信号后送入计算机9。在本实施例中，所述光学相干层析成像装置I为频域光学相干层析成像装置，参见图2。此时该光学相干层析成像装置I主要由扫频光源10、光纤环形11、光纤耦合器12、2个偏振控制器13、17、光纤准直器14、反射镜15和平衡探测器16组成。扫频光源10发出宽带扫频光，进入到光纤环形11，然后进入到光纤耦合器12，由光纤耦合器12分成两束光，其中一束由第一偏振控制器13和光纤准直器14进入反射镜15进行反射后经原路回到光纤率禹合器12。另一束由第二偏振控制器17输出到系统光纤准直器4和二维扫描振镜5进入到扫描物镜6，由扫描物镜6聚焦到于电路板7。电路板7的反射光经原路回到光纤耦合器12。两路反射光在光纤耦合器20中形成干涉。平衡探测器16同时接收光纤环形11和探测光纤耦合器12返回的干涉信号后送入计算机9。扫频光源采用Exalos的扫频光源ESS-840nm_100KHz，其中心波长为840nm，扫描光谱范围为60nm，扫频速度为ΙΟΟΚΗζ。在根据光学相干层析的横向分辨率计算公式: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】
1.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(I)、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(I)与计算机 (9 )相连；光学相干层析成像装置(I)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(I )，由光学相干层析成像装置(I)获得干涉信号后送入计算机(9 )。2.根据权利要求1所述基于光学相干层析扫描的三维孔形检测系统，其特征在于: 纵移平台(3)和平移平台(8)的组合为以下3种之一，即: 纵移平台(3)仅由Z轴运动电机构成时，平移平台(8)由X轴电机和Y轴运动电机组成； 或纵移平台(3)由Z轴运动电机和X轴运动电机组成时、平移平台(8)仅由Y轴运动电机构成； 或纵移平台(3)由Z轴运动电机和Y轴运动电机组成时、平移平台(8)仅由X轴运动电机构成。3.根据权利要求1或2所述基于光学相干层析扫描的三维孔形检测系统，其特征在于: 光学相干层析成像装置(I)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(I)主要由扫频光源(10)、光纤环形(11)、光纤耦合器(12)、2个偏振控...

【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：实用新型
国别省市：