3D SPI的发展趋势

众所周知，随着科技的发展，电子产品装配向着高密集化、小型化演进，越来越多的电子生产厂商为保证产品质量，导入各种品控自动化设备，在SMT生产线的多个位置严把品质关，全方位管控。根据全球表面贴装协会的报告，我们可以看到在SMT生产过程中，锡膏印刷相关的不良占到70%，印刷的好坏决定着SMT工艺质量，目前很大一部分的电子厂商是采用AOI在贴片后和回流炉后进行检测，由于………因此有不少电子生产厂商导入3D SPI来严把质量关，那么3D SPI是如何检测高度、原理是什么，怎么计算出来的呢?接下来一一向大家介绍。

• 　　3D SPI激光三角法

　　在很长一段时间内，人们都采用了一种既简单也是当时很有效的一种方式来计算高度，这种方式的名称叫做“激光三角法”，那么激光三角法是根据什么样的原理来计算高度的呢?如图所示：CCD相机在顶部，激光从侧面投射出来，直接照射到待测位置的焊盘上作为基准点，我们用O来表示，当有焊膏的时候照射下来的激光点就会被截断，照到另一个位置，这个位置我们叫做成像点，用A来表示， 再通过三角形关系H=tan*AO

　　前面所讲的方法只能测量一个点的高度，为了提高测试速度，人们逐渐采用了线激光、面激光(如下图所示)：

　　线激光一次可测量一条激光线上的所有点，而面激光因为采用多条激光线，一次可以测量整个FOV的多点高度，效率得到极大的提升。

• 　　3D SPI多线(面)激光的原理：

　　如图所示，我们要测量A点的高度，必须要知道A点的参照点，也就是需要确定是由那束激光所照亮，在该图中，三条激光线的基准点分别为O1\O2\O3，显然，A点是由第三束激光所照亮，在这里我们把第三束激光的位置称之为光照点B，结合前面所讲的激光三角法，确定了光照点B、也就确定了基准点O，就可以得到A点高度

　　面激光的优缺点：

　　1、优点(石膏图)，示意图是一副石膏图，投入一束面激光，拍摄一次就可以得到整幅图像的3D信息，而且我们肉眼可以从该图看出，这些激光线随着物体的高度在发生左右偏移。按照人眼的经验，基本就可以判断出为3D形状。

　　2、缺点：如图所示:面激光所照亮的位置为离散点，绝大多数位置是激光未照射到的，也就是说，我们只能够精确的计算激光照亮的点，而绝大多数的点只能通过拟合估算出来，直接影响了测量精度。

　　其次，因为物体表面本身的颜色以及反光的影响，我们在识别成像点A的时候，容易产生较大的误差，所以，使用这种方法时通常需要对被测物体进行喷砂处理，成为白色亚光表面。显然，在SMT生产过程中是不容许的。

　　那么，是否有一种特殊光源既能够覆盖被测物体的所有点，而且又能方便我们确定每个成像点A所对应的光照点B。

　　答案是：有!我们下面会阐述一种新的照明方式-------正弦照明。

• 　　3D SPI正弦照明的特性：

　　正弦照明是一种投影照明，它照射到一个平面物体时，会呈现明暗交替的规则变化

　　这个投影图案的亮度是呈现了正弦曲线特性，如图(正弦曲线图)，请大家特别注意：正弦曲线上的每一个相位Fi对应着唯一的一个光照点B

　　正弦光照模型：

　　大家所看到的是正弦图案投射到物体上的照明模型，鉴于时间关系，推导过程就不多讲，但是，希望大家记住结果：I=Ib(环境亮度)+Ir*cosFi，在这里Ib是背景亮度，IR是反射亮度，它跟物体相关，每一点的Ib、Ir都不一样，而且是未知的。

　　Fi是正弦曲线的相位，如前所述，Fi实际上对应了光照点B，如果我们确定了Fi，也就得到了光照点B，得到光照点B就可以通过三角法得到该点的高度。

　　如何确定Fi?

　　从该式子可以看出：IB、IR以及Fi是未知的，但是Ib、Ir我们不关心，我们关心的是Fi，如何求得Fi呢?有学者提出了移相法，解决这个问题，什么是移相法?

　　在下图中，拍完第一幅图后，移动照明图案pi\2，拍摄第二幅图案，再移动pi\2，拍摄第三幅图像，再移动pi\2，拍摄第四幅图像，那么每个点就得到了四个亮度，根据前面的光照模型，这四个亮度的公式如下

　　上述四个公式经过简单的数学变换，就可以得到

　　该图即是四步移相法的实例，上面四幅图是四次移动拍摄的图案，下面的3D图是根据我们前面所讲的公式，把每个像素的高度都计算出来的结果。

• 　　PMP：

　　我们前面所讲的正弦图案以及移相法这一整套解决方案叫做：相位测量轮廓术(Phase Measurement Profilometry),简称为PMP。