[發明專利]基于深度圖像處理的BGA錫球三維檢測方法

在審

• 申請號: 202110249577.6
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113052797A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 梁天為;朱呈祥;陳浩
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136;G06T5/30
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 馬進

基于深度圖像處理的BGA錫球三維檢測方法，包括將采集的芯片點云轉換為深度圖像，擬合芯片的底座平面并利用Blob分析算法標記各錫球區域；提取錫球區域的二維中心點與其8鄰域像素對應的三維坐標點并求平均賦值給錫球頂部三維點；在標記錫球區域時結合形態學方法將錫球逼近圓形化以提高算法的魯棒性；最后計算頂點到平面的距離得到錫球高度及共面度。本發明的一種基于深度圖像處理的BGA錫球三維檢測方法，利用機器視覺技術，在利用點云與圖像處理技術對采集到的芯片點云進行深度圖轉換后，能高效率得到錫球三維檢測指標，且精度符合檢測要求。

技術領域

本發明涉及點云處理、圖像處理技術領域；具體涉及一種基于深度圖像處理的BGA錫球三維缺陷檢測方法。

背景技術

隨著國內外企業在中國不斷開拓芯片產業鏈，芯片封裝檢測技術得到了快速發展。球柵陣列封裝(Ball Grid Array,BGA)芯片是諸多集成芯片的一種，植球工藝的封裝質量直接影響芯片的性能與可靠性。錫球直徑小、檢測指標精度高的特點，使得普通的接觸式測量技術無法滿足要求。目前應用于BGA芯片的檢測技術主要有：基于X射線的錫球檢測、基于平面圖像處理技術的錫球檢測、基于機器學習的錫球表面缺陷檢測等。基于X射線的檢測技術，雖是無損檢測，但檢測效率不高且依賴于檢測人員的主觀判定；基于平面圖像處理的檢測技術，主要是針對錫球的表面缺陷，如錫球半徑、間距、偏移等，而無法測量到錫球的三維指標，且錫球表面光滑易反光，所以拍攝時對打光系統的要求極為嚴格；基于機器學習的檢測技術，同上也是主要針對錫球的表面缺陷，如空焊、過焊、缺焊以及錫球粘連等。也有學者采用CCD對BGA錫球的三維尺寸進行測量，但該方法建模復雜，對硬件設施的要求極高。因此，目前還未有發現從芯片點云入手進行檢測的公開文獻報道。雖點云具有高精度的特點，但因其處理方法的高耗時不能滿足工業的實時檢測要求。

發明內容

本發明的目的是提供一種魯棒性好且高精度高速度的BGA芯片錫球三維檢測方法。該方法的原理是將獲取的BGA芯片點云轉成深度圖像，并引入Blob分析等圖像處理技術進行測試，可快速得到芯片各錫球的高度及共面度。算法運行速度也可達到實時檢測要求。

為實現上述發明目的，本發明的技術方案具體如下：

一種基于深度圖像處理的BGA錫球三維缺陷檢測方法，首先將采集的芯片點云轉換為深度圖像，擬合芯片的底座平面并利用Blob分析技術標記各錫球區域，然后提取錫球區域的二維中心點與其8鄰域像素對應的三維坐標點并求平均賦值給錫球頂部三維點。為提高算法的魯棒性，在標記錫球區域時結合形態學方法將錫球逼近圓形化。最后計算頂點到平面的距離得到錫球高度及共面度。具體步驟如下：

Step1：獲取BGA芯片點云數據。根據具體檢測環境的情況，調節雙目線掃相機的光強、曝光時間等參數，獲取到完整的3D點云數據。

Step2：對采集到的芯片點云進行深度圖轉換。根據點云的各點間距，預先設置好投影圖像的大小和像素間距，使用沿Z方向投影并在XY方向歸一化的方法可將3D點云數據轉換為深度圖像(也稱距離圖像)，即深度圖像中的各像素都一一對應點云中的各三維點，深度圖的位深度為16位，各像素的灰度值代表距離大小。

Step3：提取深度圖像中的芯片底座區域并利用對其進行平面擬合。針對深度圖像，通過預設的BGA芯片點云底座的相對高度、面積、形狀特征信息，首先提取BGA的底座位置和包絡的3D點數據，利用最小二乘法或Ransac采樣一致性算法對芯片底座平面進行擬合并得到平面方程。

Step4：提取深度圖像中的芯片錫球區域。通過預設的錫球區域相對于底座的高度、面積、形狀特征信息，利用改進的Blob分析方法，提取并標記各錫球的位置和包絡的3D點數據，求取各區域的二維中心坐標，即其中x_c、y_c為各錫球區域的二維中心坐標，x_i、y_i為各錫球區域內所有的像素點坐標，N為像素總數。

改進的Blob分析算法主要包括：