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置1名檢驗人員，負責要素、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備構成

圖1 薄膜電阻

薄膜電路自動測試設備主要構成包括設備主體、控制柜、XYZθ 移動升降旋轉工作平臺、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、機器視覺光源及設備上位機等（圖2）。

2 薄膜電阻自動檢測設備工作過程

（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 移動升降旋轉運動平臺X 軸的旋轉角度，得出此角度后，XYZθ 移動升降旋轉平臺對Theta 旋轉軸進行反向旋轉，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 移動升降旋轉平臺在程序控制下移動至測試工位。

圖3 旋轉Theta 軸保持一致

（4）電阻測試。XYZθ 移動升降旋轉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 標準，探針測試結果通過USB 通信傳送至上位機。上位機控制軟件根據(jù)定位標記Mark 點的坐標以及基片的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 圖紙在圖層中預先設定好1、2 號探針的測試點，上位機控制軟件根據(jù)預先分配的測試點自動對1、2 號探針進行分配。當XYZθ 移動升降旋轉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)預先設定的盤踞對測試試結果進行判斷記錄，直至整片測試完成。完成整片測試后，XYZθ 移動升降旋轉平臺自動運行至缺陷標記工位。

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

（6）基片出倉。經(jīng)過缺陷標記后的基片在XYZθ 移動升降旋轉平臺的驅動下進入出倉位置，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。上位機控制程序將所有電路片的測試結果按照預先設定的格式打印測試報告，以供用戶參考。

3 應用效果

薄膜電阻自動測試設備從立項到開發(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。設備在組裝調(diào)試完成后測試效果良好，應用于實際生產(chǎn)中，大大提升了測試效率，減輕了人工勞動強度，達到了設計目標，具備一定的實用價值和應用前景。