【摘 要】
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印刷电路板（Printed circuit board,PCB）是电子产品的核心基础构件。目前,电子元器件的尺寸、贴装间距日趋变小,PCB的制造质量控制和瑕疵检测的难度不断加大。自动光学检测（Automatic optical inspection,AOI）技术因具有非接触式、高速、高精度的特点,在PCB制造的产品质量控制中应用广泛。其中基于结构光三维成像的三维AOI技术,相比基于二维图像处理的A
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印刷电路板（Printed circuit board,PCB）是电子产品的核心基础构件。目前,电子元器件的尺寸、贴装间距日趋变小,PCB的制造质量控制和瑕疵检测的难度不断加大。自动光学检测（Automatic optical inspection,AOI）技术因具有非接触式、高速、高精度的特点,在PCB制造的产品质量控制中应用广泛。其中基于结构光三维成像的三维AOI技术,相比基于二维图像处理的AOI检测功能更加全面、误检率更低且稳定性更高,已越来越成为电子制造厂商的主流选择。本文主要研究高精度、高鲁棒性的多频相移结构光成像方法,并且对PCB场景中影响测量精度的相位解析、包裹相位展开和高动态范围成像等关键问题进行了研究,主要内容概括如下:（1）多频相移法优化。基于多频外差的时间相位展开法在实际测量受到传感器噪声、镜头失焦或被测物体反射率低等影响,容易导致相位误差累积而产生较大的跳变误差。本文讨论了多频相位展开的三种方法并分别建立误差模型,提出基于频率选取的相位优化,显著抑制了条纹级数跳变误差的发生,从而获得高精度、高稳定性的绝对相位。（2）基于多视几何的绝对相位获取。优化后的多频相移法能够尽可能减少条纹图案投影,然而精度要求较高、复杂光照表面的测量目标要求条纹频率足够高,往往仍需投影较多参考条纹。为了进一步减少条纹投影次数,本文基于多相机条纹投影系统,引入立体视觉原理解决相位歧义性问题,提出一种基于多视点相位一致性、立体极线约束的快速候选点筛除和三维计算成像方法,在兼顾扫描的效率的同时提高了成像点云的可靠性。（3）多相机点云融合。针对印刷电路板元器件遮挡、阴影和表面反射率变化大等问题,相机在不同角度获得的深度或点云数据质量参差不齐,某视角甚至存在数据缺失现象。本文根据结构光成像点云有序化、结构化的特点,提出基于相位质量引导下的多视角点云融合方法,实现多视角信息互补的同时提高了点云的抗干扰能力和稳定性。为了保证成像计算的速度,本文基于GPU并行处理架构,对算法进行并行化设计和软件集成,最终成像速度达1000万点云每秒。通过量块测量,证明了成像精度高达5μm。本文搭建的三维扫描系统能够高精度、稳定、完整地恢复出PCB表面的真实形貌,为三维AOI提供可靠的数据基础。
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