摘要：文章提出了一種基于機器視覺的bga器件焊球質量檢測方法。該方法在同一視點下，用相同光源分別以兩種不同入射方向角照射被測bga連接器焊球，獲得兩幅圖像，然后得到bga連接器焊球在x方向的曲面信息，以此計算出被測焊球的主要質量參數。最后給出了bga連接器焊球檢測的主要算法。

1引言

bga（ballcridarray）是近幾年發展起來的一種電子器件封裝技術，非常適用于大規模集成電路的封裝，其發展十分迅速。bga連接器和bga封裝器件現已被廣泛應用，幾乎所有的計算機、移動電話等電子產品中都能找到bga封裝器件。圖1是bga連接器的bga焊接面。

bga連接器以焊球作為與印刷電路板連接的引腳。安裝時，加熱bga連接器，使焊球直接熔接在印刷電路板上，就可完成bga連接器的安裝過程。與其他類型的連接器相比，bga連接器具有安裝方便，工作可靠，封裝密度高，易于裝配，體積小，自感和互感小等優點。它特別適用于計算機cpu等超大規模集成電路芯片封裝或用作ic器件的連接插座。圖2是bga連接器安裝后的側視圖。

由圖2可知，bga連接器的制造精度要求很高，尤其是對bga焊球的機械尺寸精度要求非常高。bga連接器上的焊球高度差應小于0.2毫米，否則就會造成bga連接器上的某個或某些焊球無法與電路板正常熔接，從而使得整個電路產品報廢。圖3是bga焊球高度不一致造成的電路連接故障的示意圖。

為了避免bga連接器的連接故障，通常要在生產流水線上逐一對bga連接器焊球質量進行檢測（主要檢測參數為焊球的直徑、高度）。若采用傳統的接觸式測量方法，不但測量周期較長，而且無法滿足在生產線現場對連接器上每一個焊球在線檢測的要求。

將機器視覺應于bga連接器焊球的質量檢測，則可實現無損非接觸在線檢測。由于機器視覺采用圖像采集和圖像處理的方法，可在一次采樣過程中獲取被測bga連接器的整個圖像，因此它的整個檢測周期非常短，并且能將bga連接器上的所有焊球一次檢測完成。顯然，它是一種較為理想的bga連接器質量檢測方法。

2檢測原理

采用機器視覺方法檢測bga連接器焊球的直徑、高度等參數，先由圖像采集裝置獲取bga連接器焊球端面的圖像，該圖像如圖（所示。然后設法從該圖像提取bga連接器焊球的曲面信息，最后由曲面信息求得被測焊球的直徑、高度等參數。

焊球圖像生成過程如圖4所示。光源照射到焊球表面點s，其反射光經透鏡中心投射在圖像面的點s‘上。當光源為平行光，反射光呈均勻散亂分布，且焊球的投影為近似平面投影時，圖像面點s‘的灰度值i與照明方向角（α，β）和焊球表面點s的狀態有關。其函數關系可表示為：

i（x,y,α，β）=a＊ρ（x,y）＊g（p,q,α，β）i（x,y,α，β）是與點s對應的圖像面上點s‘的灰度值，可從圖像采集裝置直接得到；同時，它也是以光投影方向角（α，β）為參數的關于物體表面點s（x，y）的函數。a為常數。ρ（x，y）為點s（x，y）處的表面反射率，它與點s（x，y）的表面性質有關，如表面有污點或有花紋等都會影響反射率，且不同的位置有不同的ρ（x，y）。g為入射光在物體表面的密度，當光投影方向角（α，β）確定后，它與點s（x，y）的表面斜率有關。

由上述分析可知：在圖像面生成的圖像帶有被側物體的三維信息p、ρ。檢測到點s的灰度值后，只要根據點s的坐標x、y值和入射光方向角（α，β），設法從式（1）或式（2）提取p、ρ，就可得到焊球表面的斜率，然后由點s的斜率計算出被測焊球的直徑、高度。但是，式（1）中的表面反射率ρ（x，y）較為復雜，不同的物體有不同的表面反射率，同一物體的不同位置的表面反射率也不盡相同，而且在連續工業生產環境下，不可能得到準確的被測物體表面反射率ρ（x，y）。因此，直接應用式（1）無法由灰度值i計算出點s的斜率。

表面反射率ρ（x，y）雖然復雜，但是它僅與點s的表面性質有關，而與照明條件無關。這里利用表面反射率ρ（x，y）的這一特性，在同一視點下，用同一光源分別以兩種不同入射方向角，照射bga連接器的焊球，用圖像采集裝置在圖像面的點s‘處獲得相應的兩個灰度值i1和i2。由于i1和i2是圖像面上點s‘在不同照明條件下的灰度值，對應于bga連接器焊球上的同一點s，具有相同的平面坐標x、y和表面反射率ρ（x，y）。求解下列聯立方程