基于圖像識別的薄膜電阻自動測試系統(tǒng)

何文燦，杜尚勇

（中國電子科技集團公司第29 研究所，四川成都 610036）

0 引言

中國電子科技集團公司第29 研究所薄膜電阻產(chǎn)品（圖1）年產(chǎn)幾百萬件，產(chǎn)品檢驗采用顯微鏡和多用表手動測試的方式進行，表現(xiàn)為效率低、容易疲勞、占用大量人力資源，被測件按平均6 個測試點，5 s 檢測一個測試點計算，每天1 人僅能人工檢測840 件（不考慮人工疲憊的情況），薄膜組檢驗崗位僅設(shè)置1名檢驗人員，負責(zé)要素、過程、產(chǎn)品檢驗，無法滿足產(chǎn)品全檢的需求。

由于缺乏足夠的人力資源，所內(nèi)產(chǎn)品采用抽檢的方式檢驗，問題電路片由于漏檢經(jīng)過微組裝裝配，調(diào)試人員在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題，造成模塊報廢或更換，造成一定的經(jīng)濟損失，也給計劃進度帶來不確定因素，因此開發(fā)薄膜電阻自動測試系統(tǒng)尤為重要。

1 薄膜電阻自動檢測設(shè)備構(gòu)成

圖1 薄膜電阻

薄膜電路自動測試設(shè)備主要構(gòu)成包括設(shè)備主體、控制柜、XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)工作平臺、基片盒、基片拾取機械手臂、XY-Z 軸電控探針、三色燈、局部工業(yè)相機、全局工業(yè)相機、機器視覺光源及設(shè)備上位機等（圖2）。

2 薄膜電阻自動檢測設(shè)備工作過程

（1）基片拾取。由機械手臂上的真空吸嘴依次到基片盤盒里拾取基片，然后XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)工作平臺移動到上料區(qū)，機械手臂將基片放置到工作臺上，工作臺上的真空吸盤開啟，將基片吸附在真空吸盤上。對于不同厚度的電路片，采用編程輸入的方式實現(xiàn)機械手的有效抓取。基片放置在XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)工作平臺上后，工作平臺自動運動到全局照相機的正下方。

（2）全局照相。采用一臺2000 萬像素的高分辨率全局工業(yè)相機，分辨率為5328×4000，采用視場為100 mm×100 mm 的光學(xué)鏡頭，對工作臺上的基片進行全局照相，其最小分辨率為0.02 mm。由于我所薄膜電路片均為2 英寸片方片，因此可以實現(xiàn)對電路片進行整體拍照同時滿足精度需求。通過對薄膜陶瓷電路片整體拍照后，利用上位機的控制軟件對圖像進行識別，由于在電路片對角邊緣具有定位標(biāo)記即Mark 點，圖像識別主要是對Mark點進行識別，根據(jù)Mark 點的位置，可以確定電路片在工作臺面上的放置位置。

圖2 薄膜電路自動測試系統(tǒng)設(shè)備組成

（3）基片角度調(diào)整。經(jīng)過全局工業(yè)相機對基片進行拍照以后，通過圖像識別識別出電路片對角邊緣的Mark 點，利用兩個Mark點中心的連線可以利用軟件計算出電路片相對于XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)運動平臺X 軸的旋轉(zhuǎn)角度，得出此角度后，XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)平臺對Theta 旋轉(zhuǎn)軸進行反向旋轉(zhuǎn)，使基片對于X 軸保持水平。如圖3 所示。在基片角度校正調(diào)整完畢后，XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)平臺在程序控制下移動至測試工位。

圖3 旋轉(zhuǎn)Theta 軸保持一致

（4）電阻測試。XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)平臺移動到測試工位后，測試工位上方裝置了一臺200 萬像素的局部工業(yè)相機對測試過程進行實時取相，以便觀測探針測試過程。測試工位左右兩側(cè)分布了1、2 號X-Y-Z 軸電控探針，探針頭選用最常用的30°錐形針頭，用于測量測試焊盤。測試儀器選安捷倫34411A 數(shù)字多用表，提供6.5 位分辨率，支持LAN、USB、GPIB 標(biāo)準(zhǔn)，探針測試結(jié)果通過USB 通信傳送至上位機。上位機控制軟件根據(jù)定位標(biāo)記Mark 點的坐標(biāo)以及基片的CAD 圖紙，將CAD 圖紙中電阻的位置與實際薄膜電路片上電阻的位置進行映射，由于CAD 圖紙在圖層中預(yù)先設(shè)定好1、2 號探針的測試點，上位機控制軟件根據(jù)預(yù)先分配的測試點自動對1、2 號探針進行分配。當(dāng)XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)平臺移動至測試位置后，1、2 號探針在軟件控制下逐一對電路片上的電阻進行測試，測試數(shù)據(jù)上傳至上位機，同時程序根據(jù)預(yù)先設(shè)定的盤踞對測試試結(jié)果進行判斷記錄，直至整片測試完成。完成整片測試后，XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)平臺自動運行至缺陷標(biāo)記工位。

（5）缺陷標(biāo)記。缺陷標(biāo)記工位上方固定一個打點器，當(dāng)XYZθ移動升降旋轉(zhuǎn)平臺運動至缺陷標(biāo)記工位后，上位機根據(jù)測試完成的結(jié)果，辨別合格與不合格器件，引導(dǎo)工作臺以及控制缺陷標(biāo)記裝置對基片中的不合格器件進行標(biāo)注打點。

（6）基片出倉。經(jīng)過缺陷標(biāo)記后的基片在XYZθ 移動升降旋轉(zhuǎn)平臺的驅(qū)動下進入出倉位置，機械手臂從工作臺面上取出基片原位放置到基片盒里面。

（7）重復(fù)上述過程，直至片盒中的電路片測試完成。

（8）生成測試報告。上位機控制程序?qū)⑺须娐菲臏y試結(jié)果按照預(yù)先設(shè)定的格式打印測試報告，以供用戶參考。

3 應(yīng)用效果

薄膜電阻自動測試設(shè)備從立項到開發(fā)完成經(jīng)歷一年左右的時間。從前期的方案設(shè)計、圖紙繪制到后期的加工組裝、系統(tǒng)集成、軟件編制及整機調(diào)試均為項目團隊自主完成，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。設(shè)備在組裝調(diào)試完成后測試效果良好，應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，大大提升了測試效率，減輕了人工勞動強度，達到了設(shè)計目標(biāo)，具備一定的實用價值和應(yīng)用前景。