无铅焊点检测光源的分析与优化设计

为了提高自动光学检查(AOI)系统的性能,对AOI光源进行了研究.介绍了AOI光源的结构设计方法.光源由红、绿、蓝3种不同颜色,不同照射角度的LED阵列组成.然后.建立了光源的照度模型以及焊点的反射模型.最后,根据简化的照度模型对光源的几何参数进行优化.仿真和实验结果表明,所设计的光源在检测无铅焊点时同样有效.并能使不同类焊点间的特征距离更大.最大为半球形光源照射下的11.88倍.从而提高了特征在无铅焊点缺陷检测的分辨能力.验证了光源设计的有效性.     

视觉检测背光源强度评估方式

机器视觉是实现人工智能的重要方式,光源是机器视觉实现的基础,是决定整个系统成败的主要因素。传统对光源能量的评估是以照度为指标,随着光源在机器视觉系统中重要性的提升,以及光源种类和应用场合的丰富,单纯的使用照度指标对不同照明方式的光源进行评估时,设计出来的光源并不能满足实际应用的需求。基于此方面的需求,本论文提出了一种新的评估方式:背向照明应该采用亮度进行评估,并通过实验论证了该结论。     

动态光源位置及照度控制系统的研制

为了加强对动态光源的控制,利用LabVIEW的比例-积分-微分(PID)控制方法,研制了动态光源的位置及照度控制系统。该系统通过控制电机改变光源的位置,采用LabVIEW的PID控制及参数自整定模块对输出电流进行控制,以改变动态光源的照度。研究表明,该系统可有效控制动态光源的位置及照度,在用于检测摄像机动态范围时,能有效提高检测效率及检测精度。     

BH1710FVC数字照度传感器的研究

文中主要研究了对光源灵敏度接近人类视觉的BH1710FVC型数字照度传感器。利用单片机与该传感器的I2C总线通讯接口连接,设计成简易的高精度照度测量电路。将光源照度测量值与光功率检测仪测量值比较,表明该传感器的照度测量值与光功率基本成线性关系;而在光源照度不变的情况下,该传感器的测量灵敏度、测量范围远大于光功率计。该设计方法可以广泛用于对光照灵敏度要求较高的场所、仪器仪表、控制系统等。     

光学系统照度分布及软件

对照度计算的常用方法进行了比较,编制了通用的照度计算程序,可计算平面、球面、二次曲面、高次轴对称曲面等系统的照度,考虑了透镜的反射和吸收、中心遮栏、镜面镀膜、光源的光谱分布等情况,提出并讨论了照度计算在色度方面的应用。     

CCD图像灰度与照度的转换标定方法

本文提出了一种基于CCD摄像机利用图像灰度获得实际照度的新方法,该方法适用于摄像机的任意曝光和增益参数,且考虑了摄像机安装位置和角度对测量的影响。CCD摄像机照度测量法的实际应用主要涉及两个过程:一是标定过程,即应用CCD摄像机进行照度测量前,标定CCD图像灰度与照度之间的转换参数和转换模型;二是照度测量过程,即通过CCD摄像机拍摄图像,将图像灰度代入已定的转换模型,获得测量对象的照度值。其中,灰度与照度转换模型的标定是利用CCD摄像机实现照度测量的基础和关键,文中主要讨论了该模型的推导过程以及标定方法。具体为:首先通过理论推导获得图像灰度与CCD传感器感应的相对辐照度的关系,然后借助以均匀光源搭建的实验系统标定CCD传感器相对辐照度与物面实际照度之间的关系,进而获得图像灰度与物面实际照度的转换关系。在转换过程中讨论了曝光时间、增益以及CCD相机与照度测量点之间的距离和角度对转换模型的影响,为CCD摄像机照度测量法的实际应用奠定了基础。实验结果表明本测量及标定方法适用于摄像机任意曝光和增益条件,经过本方法标定后,应用CCD摄像机进行照度测量,测量结果的相对误差在4.5%以内。     

电力机车前照灯几种光源性能的比较

现代光源技术的不断发展也为电力机车提供了亮度更大，照度更远而且环保节能的新型光源。文中对电力机车使用的几种光源的性能进行了比较，提出了采用新型光源的方法。     

基于混合光源的隧道照明改善方案研究

隧道照明是保障隧道交通安全、高效运行的基本措施之一。现以长度300 m的隧道中段为研究对象,对LED灯、高压钠灯、荧光灯进行不同的光源组合,形成混合光源,并通过测试区的照度均匀度测试,对不同组合方案进行了评价,对比3种方案的照明效果。测试结果表明,高压钠灯与荧光灯混合照明具有较为理想的照明效果。     

汽车灯具光源建模和照明仿真计算

讨论了车灯设计中的光源建模的重要性,提出了灯丝发光能量分解的模型。通过分析局部灯丝发光强度的分布,运用光学理论和数学方法完成了灯丝的建模,并实现计算机的光源仿真。把光源模型应用到车灯设计的实时仿真,得到灯丝经过反射镜后的灯丝投影图和光斑等照度曲线图。最后分析了实验结果,验证了光源模型的准确性,并探讨其应用前景。     

广告灯箱照明用LED大功率条形灯的研究与开发

LED作为固体光源,由于省电、环保等特性,在近年里逐渐成为广告灯箱照明的主流光源。针对广告灯箱照明的特别要求,如灯箱表面照度、照度均匀度等,阐述构成广告灯箱用LED条形灯的主要部件及其形式和特点,并对LED大功率条形灯进行了研究和开发。经试验检测和实际使用表明,该设计产品实现了照度可调,达到了设计目的,为同类照明产品设计提供了参考模式。     

基于模式匹配及其参数自适应的PCB焊点检测算法

为了提高在线自动光学检测(AOI)系统检测印刷电路板(PCB)焊点的准确率和速度,对PCB焊点进行了研究。通过研究由特定结构光源和3CCD彩色相机获取的PCB焊点图像,基于常见的良品、多锡、少锡、假焊等焊点类型,提取焊点图像关键子区域的面积特征,在此基础上,建立了五种焊点类型的特征矩阵模型,并根据同类焊点相似程度最大为原则设计了检测焊点的模式匹配算法。此外,本文还给出了一种参数自适应方法对各检查项所用到的阀值参数进行学习与校正。在实验研究中,对含有1040个Chip焊点的PCB进行了检测,结果显示本文所提算法对焊点检测的准确率可达96.5%,检测所用时间为9秒。研究结果表明,本文算法具有较高检测准确率和检测速度。     

气孔缺陷位置对SMT焊点热疲劳寿命影响的数值分析

通过用统一的粘塑性本构方程描述SMT焊点的力学行为，对气孔缺陷在SMT焊点中不同位置的情况建立二维有限元分析模型，并采用有限元方法分析了气孔位置对SMT焊点疲劳寿命的影响。分析发现，与无缺陷焊点相比，气孔使焊点中应力应变分布发生了改变，使焊点疲劳寿命缩短；焊角、焊趾和焊点中部位置的气孔对焊点中的应力应变和焊点的疲劳寿命影响较小，而焊点根部气孔的影响则显著。     

Prediction enhancement of the J-lead interconnection reliability of land grid array sockets

The solder joint is a key component in land grid array (LGA) sockets. A simplified solder joint has been widely used in finite element model (FEM) computations because the J-lead interconnection solder joint is relatively complex. Therefore, there are discrepancies between the physical phenomenon and FEM simulations. In this study, an alternative method to simulate the J-lead interconnection solder joint through an interface program using surface evolver software is presented. Simulations of the J-lead interconnection solder joint were improved to reduce the mismatch between the actual physical shape and the simplified finite element models that are typically used to predict component reliability. To perform these simulations, an interface program capable of simulating solder interconnections for twelve different pad–solder combinations was developed. Predictions of J-lead interconnection solder joints were carried out using the interface program. Geometric comparisons between experimental data and predictions showed good agreement, with the exception of wetting height. To evaluate the prediction accuracy of the simulated J-lead solder joints, FEM analysis was performed for the static load and the thermal cycle.

     

基于机器学习的回流焊焊点形貌预测

提出一种基于机器学习预测回流焊焊点形貌的方法,通过该方法建立一个针对钽电容回流焊焊点形貌的预测模型,该模型为现有实验方式提供了新的思路。通过峰值温度、降温速率和焊膏厚度3种影响因素以及焊点厚度、焊点宽度和焊料爬高3种评价焊点形貌的评价标准,分别基于BPNN和LightGBM算法建立钽电容回流焊焊点形貌预测模型。对比实验证明,通过LightGBM算法建立的预测模型优于通过BPNN建立的预测模型,并通过实际测试帮助实验人员减少实验次数,节约大量时间成本。     

电子电路中焊点的热疲劳裂纹扩展规律

采用试验方法研究表面贴装结构焊点在热疲劳过程中的疲劳裂纹扩展规律。试验研究中选用两种不同尺寸的焊盘及两种不同的钎料(包括传统的锡铅钎料和锡银铜无铅钎料SAC305),通过观测焊点截面上的裂纹萌生及扩展过程来研究焊点中的热疲劳裂纹扩展规律。研究结果表明,在热疲劳过程中,焊点经历热疲劳裂纹萌生和扩展的两个不同阶段,其中裂纹萌生所占的时间比例较小。在热疲劳后期,裂纹贯穿整个焊点从而造成焊点结构失效。研究发现,焊点结构失效过程中存在着两种不同的裂纹扩展模式,并且锡铅钎料焊点和SAC305无铅钎料焊点的裂纹扩展规律表现出明显的差异。另外研究还发现,当焊盘尺寸较小时,焊点的抗热疲劳性能相对较差;SAC305无铅钎料焊点的抗热疲劳性能优于传统锡铅钎料焊点。     

基于焊点形态分析的小节距BGA焊盘尺寸设计

为了寻找BGA焊点体积、焊盘尺寸及焊点节距之间的最佳匹配关系以提高焊接成品率,研究了焊点形态对焊接高度的影响。通过Runge-Kutta方法求解带体积约束的Young-Laplace方程,仿真分析了特定节距下焊点体积与焊盘尺寸对焊接效果的影响。结果表明,焊点体积的变化会使得整个焊点高度与承载力的关系曲线向左或者向右平移,而焊盘直径则对焊点的最大高度影响更加明显。需要同时改变焊点体积及焊盘直径以得到能够适应相应封装形式的翘曲变形。最后,按照中兴通讯股份有限公司某封装的0.4mm节距BGA的标准,分析了0.35mm节距及0.3mm节距BGA封装下焊点体积与焊盘直径的最佳匹配关系。     

Effects of solder joint structure and shape on thermal reliability of plastic ball grid array package

Among the PBGA (plastic ball grid array) packages, a 72-I/O OMPAC (overmolded effect array carrier) package is studied during thermal cycling. The ANSYS software is applied to analyze the effects of some factors on the solder joint for the fatigue life due to elastoplastic deformation of the electronic package; those factors are solder structure, shape, and pitch. The result shows that the maximum equivalent plastic strain range occurs at two interfaces, one is between the solder joint and the substrate, another one is between the solder joint and the printed circuit board. Moreover, the solder shape is determined by the solder height and the pad diameter under a fixed value of solder volume. It is found that the convex-shaped solder with larger height and smaller pitch has smaller maximum equivalent plastic strain range, which leads to the longer fatigue life. In addition, there are two kinds of solder structure: pure solder joint and copper core solder joint. In the copper core solder joint, the eutectic part becomes so small that a larger strain is induced. Therefore, the pure solder joint has smaller maximum equivalent plastic strain range and longer fatigue life than the copper core solder joint.     

基于蒙特卡罗法和有限元法分析封装焊点中微孔洞对应力的影响

将蒙特卡罗法和有限元方法用于分析球珊阵列封装(BGA封装)焊点中微孔洞缺陷对焊点应力的影响。先用X射线断层扫描方法测定焊点中孔洞大小及其分布规律,然后利用Abaqus有限元分析软件建立BGA封装有限元模型,采用Anand本构方程描述焊点的应力应变响应,分析BGA封装焊点应力分布情况;并针对关键焊点即应力最大的焊点,建立了含孔洞大小和位置呈随机分布的焊点参数化有限元模型,结合试验结果,分析了孔洞直径和位置对焊点应力分布的影响。结果表明:微孔洞直径越小,越接近于焊点的表面,焊点中的应力越大。     

基于最小二乘拟合法的焊点形状检测

自动光学检查是利用图像处理算法进行电路板故障检测与定位的技术。电路板焊点形状不规则故障，涉及到焊点几何形状的测量。本文提出一种新颖的基于最小二乘拟合法的焊点形状检测算法，对焊点形状轮廓图像进行曲线拟合，确定焊点形状近似的理想圆参数，即圆心和半径，以及焊点形状与理想圆之间的偏差，实验证实了该算法的性能。     

钢板点焊翘曲缺陷对平均应力强度因子的影响

车身焊接易造成翘曲缺陷,显著影响其疲劳寿命。针对翘曲缺陷对平均应力强度因子的影响,基于力学理论和有限元法,将焊点模型模块化,对比分析仿真得出的合格焊点平均应力强度因子ΔKqua与翘曲缺陷焊点平均应力强度因子ΔKdef。通过寻找影响因素及影响规律,提出翘曲因子C的概念并通过仿真验证其适用性。仿真分析与理论推导得出的平均应力强度因子间的平均误差小于6%。试验结果表明,经翘曲因子修正的翘曲缺陷焊点ΔKdef的平均准确率为84.6%。