CCD同軸視覺定位原理是什么 松盛光電實(shí)現(xiàn)激光焊錫的微米級精度

激光錫焊 CCD 同軸視覺定位原理

激光錫焊 CCD 同軸視覺定位，是將視覺光路與激光焊接光路同軸共線的高精度定位技術(shù)，核心是讓 CCD 相機(jī)、激光束、焊接靶點(diǎn)處于同一光軸，從而消除視覺偏移誤差，滿足通訊模組接頭、精密電子元件等微小焊點(diǎn)的定位需求，定位精度可達(dá) ±0.01~±0.05mm。

一、核心結(jié)構(gòu)與光路設(shè)計

同軸視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵是分光鏡(半透半反鏡)?和遠(yuǎn)心鏡頭的搭配，典型光路組成如下：

照明模塊：采用同軸光源(多為環(huán)形 LED 或點(diǎn)光源)，光線垂直向下照射，經(jīng)分光鏡反射后，與激光光路同軸射向焊接工件表面。

優(yōu)勢：避免斜向光源產(chǎn)生的陰影，保證微型焊盤、引腳邊緣清晰成像，尤其適合 0.2mm 以下間距的密集焊點(diǎn)。

分光鏡(核心元件)

作用：實(shí)現(xiàn)激光通路與視覺通路的分離與合并。

原理：對焊接激光波長(如 1064nm 光纖激光、532nm 綠光激光)高透過，對可見光波長(400~760nm)高反射。

光路走向：

激光：激光器發(fā)射的激光束垂直穿過分光鏡，直達(dá)工件焊接靶點(diǎn);

視覺：工件表面反射的可見光經(jīng)分光鏡反射，轉(zhuǎn)向進(jìn)入 CCD 相機(jī)。

遠(yuǎn)心鏡頭：搭配在 CCD 相機(jī)前端，消除物距變化導(dǎo)致的成像放大倍率誤差，保證不同高度的工件(如高低引腳、翹曲 PCB)成像比例一致，定位精度不受工件平整度影響。

CCD 相機(jī)：接收反射光信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，傳輸至圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行靶點(diǎn)識別與坐標(biāo)計算。

二、定位工作流程

圖像采集與預(yù)處理

焊接前，同軸光源照亮工件表面，焊盤、引腳的輪廓和特征點(diǎn)(如邊緣、圓心)經(jīng)反射后進(jìn)入 CCD 相機(jī)，形成高清數(shù)字圖像。

圖像處理系統(tǒng)對圖像進(jìn)行降噪、灰度增強(qiáng)、二值化處理，突出焊點(diǎn)靶點(diǎn)的特征，過濾背景干擾(如基板紋理、污漬)。

特征提取與坐標(biāo)標(biāo)定

系統(tǒng)通過算法(如邊緣檢測、模板匹配)提取靶點(diǎn)的像素坐標(biāo)，再通過標(biāo)定系數(shù)將像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)械運(yùn)動坐標(biāo)(即工作臺的 XYZ 軸坐標(biāo))。

標(biāo)定過程：預(yù)先用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定板(帶已知尺寸的圓點(diǎn)陣列)建立 “像素尺寸 - 物理尺寸” 的對應(yīng)關(guān)系，補(bǔ)償鏡頭畸變和機(jī)械傳動誤差。

偏差計算與自動糾偏

系統(tǒng)將提取的實(shí)際靶點(diǎn)坐標(biāo)，與預(yù)設(shè)的理論焊接坐標(biāo)對比，計算出 X/Y 軸的偏移量(Δx、Δy)和旋轉(zhuǎn)角度偏差(Δθ)。

控制模塊驅(qū)動精密運(yùn)動平臺(如伺服電機(jī) + 滾珠絲杠)，帶動激光焊接頭或工件移動，完成偏差補(bǔ)償，確保激光焦點(diǎn)精準(zhǔn)對準(zhǔn)焊點(diǎn)中心。

焊接過程實(shí)時監(jiān)測(可選)

部分高端系統(tǒng)可在焊接中持續(xù)采集圖像，監(jiān)測錫膏熔化狀態(tài)、焊點(diǎn)成型過程，一旦出現(xiàn)偏移或異常，可實(shí)時調(diào)整激光參數(shù)或停止焊接。

三、核心優(yōu)勢(對比旁軸視覺)

四、激光錫焊場景的特殊適配

抗激光干擾設(shè)計：在激光焊接瞬間，會產(chǎn)生強(qiáng)光和等離子體，系統(tǒng)需配備窄帶濾光片(僅允許可見光通過，過濾激光波長)，避免 CCD 相機(jī)感光元件被灼傷。

錫膏 / 焊絲適配優(yōu)化：針對錫焊場景，可通過算法識別錫膏印刷區(qū)域或焊絲送絲端點(diǎn)，精準(zhǔn)匹配激光焦點(diǎn)位置，避免虛焊或焊錫飛濺。

在激光錫焊(尤其是精密電子元件焊接，如通訊模組接頭、FPC/PCB 微小焊盤、傳感器引腳等場景)中，CCD 同軸視覺定位是必要配置，其核心作用是解決微型化、高密度焊點(diǎn)的精準(zhǔn)對位問題，直接決定焊接良率與穩(wěn)定性。

五、 CCD 同軸視覺定位的核心作用

消除視差誤差，實(shí)現(xiàn)微米級精準(zhǔn)對位普通旁軸視覺(相機(jī)與激光光路分離)存在視角偏差，工件高度變化(如 PCB 翹曲、引腳高低不一致)會導(dǎo)致定位點(diǎn)偏移，而同軸視覺的光路與激光束共線，從源頭消除視差，定位精度可達(dá) ±0.01~±0.05mm。對于 0.2mm 間距的通訊模組接頭插針、0.15mm 微型焊盤，只有同軸視覺能保證激光焦點(diǎn)精準(zhǔn)落在焊點(diǎn)中心，避免偏焊、橋連。

補(bǔ)償工件裝夾與來料偏差電子元件焊接時，工件裝夾的微小偏移、來料的尺寸公差(如引腳彎曲、焊盤偏移)是不可避免的。同軸視覺可通過圖像識別與算法糾偏，自動計算實(shí)際靶點(diǎn)與理論坐標(biāo)的偏差量(Δx、Δy、Δθ)，驅(qū)動運(yùn)動平臺實(shí)時補(bǔ)償，無需人工調(diào)整，適配批量生產(chǎn)中的一致性要求。

實(shí)時監(jiān)測焊接過程，保障焊點(diǎn)質(zhì)量除了焊接前定位，高端同軸視覺系統(tǒng)還能實(shí)時采集焊接圖像，監(jiān)測錫膏熔化狀態(tài)、焊絲填充位置、焊點(diǎn)成型過程：

焊接中若出現(xiàn)激光偏移、錫液飛濺異常，系統(tǒng)可立即報警或停止焊接;

焊后可通過圖像分析焊點(diǎn)的平整度、潤濕角，實(shí)現(xiàn)在線質(zhì)量檢測，避免不良品流入下工序。

適配非接觸式精密焊接的工藝要求激光錫焊屬于非接觸式焊接，無機(jī)械壓力，依賴激光焦點(diǎn)的精準(zhǔn)控制。同軸視覺搭配遠(yuǎn)心鏡頭，可保證不同高度的工件成像比例一致，即使是高低錯落的引腳、翹曲的柔性基板，也能穩(wěn)定定位，避免熱損傷周圍的塑料、陶瓷部件。

六、 必要性判斷：分場景討論

七、 無同軸視覺定位的潛在問題

如果在精密激光錫焊中省略同軸視覺定位，僅靠機(jī)械治具定位，會出現(xiàn)以下問題：

治具磨損、工件裝夾偏差會導(dǎo)致批量偏焊，尤其微型接頭易出現(xiàn)引腳熔斷、焊盤脫落;

無法適配來料公差，需要人工逐個調(diào)整，生產(chǎn)效率極低，不適合規(guī)模化制造;

焊接過程無監(jiān)測，不良品需離線檢測，增加返工成本，且無法追溯焊接異常原因。