专利名称：检测焊膏印刷的系统和方法
技术领域：
本发明涉及焊膏印刷技术，特别是检测焊膏印刷的系统和方法。
背景技术：
在电子组装技术，如表面贴装技术(SMT)中，焊膏印刷、元器件贴装和再流焊工艺是三大主要工艺。而作为第一道工艺，焊膏印刷的质量对电子组装质量起着至关重要的影响。焊膏印刷质量的影响因素有很多，包括设备方面的因素，如模板、刮刀等，工艺参数方面的因素，如印刷速度、压力、分离速度，以及焊膏因素，如焊膏粘度、粉末大小和流动类型等等。目前，印刷质量主要通过在印刷之前选择参数以及在印刷之后对印刷电路板进行检测来保证。在印刷之前，通常需要对设备、工艺参数以及焊膏等进行选择和设定，这在一定程度上能够控制印刷质量。但在印刷过程中，多种因素可能会导致产生印刷缺陷。因此， 在印刷之后，通常在印刷机的内部或外部使用自动光学检测方法对已印刷的焊膏的面积和 /或体积，以及焊膏在印刷电路板上的位置是否适当进行检测。这种在印刷之后进行的检测通常是在印刷完多片印刷电路板后才进行，如果检测到印刷缺陷，可能很多片印刷电路板都存在同样的缺陷，这非常不利于节约成本。
发明内容
本发明提供了一种能够在印刷过程中检测焊膏印刷的系统，能够节约成本。本发明提供了一种能够在印刷过程中检测焊膏印刷的方法，能够节约成本。根据本发明的一实施例，一种检测焊膏印刷的系统包括检测装置，用于在刮刀推动焊膏在模板上滚动时，对焊膏进行检测，以获得与焊膏的滚动速度相关联的信息；状态指示装置，用于基于所述与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示。优选地，所述检测装置包括光源，用于照射焊膏表面；成像单元，用于以预定的采样频率获取焊膏表面的图像，所述图像以数字图像矩阵的形式表示；数字信号处理单元， 用于对相邻的数字图像矩阵进行比较分析，获得所述与焊膏的滚动速度相关联的信息，所述与焊膏的滚动速度相关联的信息为焊膏表面在与所述采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息。优选地，所述状态指示装置包括处理单元，用于通过对所述焊膏表面在与所述采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息进行统计处理，以获得所述位移信息的统计数值，通过判断所述统计数值是否在正常范围内来确定所述印刷状态是否正常；指示单元，生成所述印刷状态的指示。优选地，所述状态指示装置为告警单元，用于在确定印刷状态异常时，生成告警信号。优选地，所述状态指示装置进一步包括存储单元，用于将所述统计数值以与时间相对应的方式进行保存。优选地，所述检测装置为光学鼠标或激光鼠标中所使用的图像采集和处理芯片。优选地，所述检测装置与所述刮刀的相对位置保持不变，并且不接触所述焊膏。根据本发明的一实施例，一种检测焊膏印刷质量的方法包括对滚动中的焊膏进行检测，以获取与焊膏的滚动速度相关联的信息；并且基于所述与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示。优选地，对滚动中的焊膏进行检测，以获取与焊膏的滚动速度相关联的信息包括 以预定的采样频率获取焊膏表面的图像，并将所述图像表示成数字图像矩阵；对相邻的数字图像矩阵进行比较分析，获得所述与焊膏的滚动速度相关联的信息，所述与焊膏的滚动速度相关联的信息为焊膏表面在与所述采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息。优选地，基于所述与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示包括对所述焊膏表面在与所述采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息进行统计处理，以获得所述位移信息的统计数值，通过判断所述统计数值是否在正常范围内来确定印刷状态是否正常；生成所述印刷状态的指示。优选地，所述印刷状态的指示为在确定印刷状态异常时生成的告警信号。优选地，所述方法进一步包括将所述滚动速度以与时间相对应的方式进行保存。根据本发明实施例的检测焊膏印刷的系统和方法，通过在刮刀推动焊膏在模板上滚动时，对焊膏进行检测，获得与焊膏的滚动速度有关的信息，从而生成印刷状态的指示。 通过这种方式，操作人员可以实时地监控印刷状态。在发现印刷状态异常时，可以及时地采取措施，以最大限度地节省成本。由于本发明的检测装置不与焊膏相接触，因此在检测的过程中不会对焊膏的质量产生影响。在本发明的检测装置采用光学鼠标或激光鼠标中的图像采集和处理芯片的情况下，由于这种芯片的尺寸小，检测位移的性能好，并且可以以低成本直接购买。因此这种检测装置可以很容易地安装在印刷机中，并且以低成本实现。
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，相同的标号表示相同的部件，附图中图1是根据本发明一实施例的利用检测系统对焊膏印刷进行检测的示意图。图2是根据本发明一实施例的检测装置的结构示意图。图3是根据本发明一实施例的状态指示装置的结构示意图。图4是根据本发明一实施例的用于检测焊膏印刷的方法的总体流程 图。
具体实施例方式为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在焊膏印刷工艺中，焊膏的特性会随着时间而发生变化，使得焊膏的印刷质量发生劣化，例如焊膏会随着时间的流逝而逐渐变得黏稠、干硬，这会影响焊膏的印刷质量。操作人员可以通过对滚动中的焊膏进行观察，如果发现焊膏的特性已经变化到影响印刷质量的程度，则可以采取措施，例如停止印刷等。然而，人工目测方法受到操作人员的能力和经验的影响，具有主观性。而且，印刷机通常具有封闭的壳体，使操作人员无法直接用眼睛观测焊膏的特性变化。因此，人工目测法并不适于在实际生产过程中使用。发明人发现，焊膏特性随时间发生变化时，焊膏由刮刀推动在模板上的滚动速度也会发生变化，例如，焊膏越变越黏稠，则焊膏的滚动速度会越来越慢。在极端的情况下，如果焊膏变得非常干硬，则焊膏可能会不再滚动，而是在刮刀的推动下向前平移。因此，本发明提出一种可以在印刷过程中检测焊膏印刷质量的系统和方法。根据本 发明的系统和方法的关键在于在刮刀推动焊膏在模板上滚动时，对滚动的焊膏进行检测，以获取与焊膏的滚动速度相关联的信息，基于所获得的与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示。用户通过查看印刷状态的指示就可以获知焊膏在模板上的滚动是否正常，从而推知焊膏的特性是否正常，并由此判断此时的焊膏特性是否仍然能够保证印刷质量。如果检测到焊膏的滚动速度超出了正常范围，例如，小于一阈值，则表明焊膏的粘度已经不再能保证印刷质量。此时，操作人员可以立即采取措施，例如停机检查等，从而可以及时发现印刷过程中的缺陷，最大可能的节省成本。以下参见附图结合具体实施例对本发明进行详细描述。图1是根据本发明一实施例的利用检测系统对焊膏印刷进行检测的示意图。参见图1，印刷系统包括基板1 ；位于基板上的焊盘2 ；位于焊盘之上具有与焊盘对应的通孔的模板3 ；刮刀4，在动力装置5的带动下，沿图中箭头A所示的方向推动焊膏6 在模板3上滚动。检测系统包括检测装置7，用于在刮刀4推动焊膏6在模板3上滚动时，对焊膏 6进行检测，以获取与焊膏的滚动速度相关联的信息；状态指示装置8，用于基于检测装置7 所获得的与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态指示。其中，基板1、焊盘2、模板3、刮刀4、动力装置5本身对本领域普通技术人员来说是已知的，且不是本发明的重点，在此不作详细描述。以下重点描述构成检测系统的检测装置7和状态指示装置8。检测装置7以一定的方式进行安装，使得在刮刀推动焊膏滚动的过程中，检测装置7与刮刀4的相对位置保持不变。换句话说，检测装置7可以被安装得与焊膏6的滚动轴的相对位置保持不变。例如，检测装置7可以安装在动力装置5上，也可以安装在刮刀4 上。由于检测装置7与刮刀4的相对位置保持不变，也就是与焊膏的滚动轴的相对位置保持不变，因此，焊膏6在滚动过程中，其表面会与检测装置7发生相对位移。检测装置7通过对滚动中的焊膏进行检测，获得焊膏表面在一定时间间隔内的位移信息，也即获得了与焊膏的滚动速度相关联的信息。图2是根据本发明一实施例的检测装置7的结构示意图。参见图2，检测装置7包括光源71、成像单元72和数字信号处理单元73。光源71用于照射物体的表面，使得成像单元72以一定的采样频率获得物体表面的图像信息，并由数字信号处理单元73对相邻的两幅图像信息进行比较，以获得物体表面的位移量。在这里，物体表面是焊膏的表面。在一实施例中，光源71可以是发光二极管(LED)。发光二极管发出的光照射物体的表面，使得成像单元72可以获得物体表面的图像数据。
在另一实施例中，光源71为激光器，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)。接下来以光源71是激光器为例，来描述检测装置7对焊膏进行检测的过程。光源71发出的激光照射到物体的表面，例如焊膏的表面，在物体的表面上产生干涉条纹而形成的光斑点被反射后，由成像单元72以一定的采样频率进行采集，成像单元72 将采集的携带了物体表面细微结构特征的图像进行二进制处理，生成数字图像矩阵，并将数字图像矩阵传送给数字信号处理器73进行处理。成像单元72可以包括透镜组件和CMOS 图像感应器。其中，CMOS感应器的分辨率和采样频率决定着成像质量。数字信号处理器73对相邻的两个数字图像矩阵进行对比分析处理，以判断物体表面，例如焊膏的表面，在与采样频率相对应的采样时间间隔内与检测装置7的相对位移， 例如位移的大小和方向，从而得出检测装置7与物体表面，例如焊膏表面，在正交的两个方向，如x，y方向的位移大小ΔΧ，Ay，通过该位移数据可以得到相对移动的距离As。数字信号处理器73处理后的数据被输入到状态指示装置8，由状态指示装置8根据所接收的数据确定印刷状态是否正常。根据如上所述的检测装置7能够在不与焊膏6的表面相接触的情况下对焊膏进行检测，获得与焊膏的滚动速度相关联的信息，例如焊膏表面在与采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息。特别是在使用激光器作为光源71的情况下，由于激光是相干光，具有近乎单一的波长，即使经过长距离的传播依然能保持其强度和波形，因此，检测装置7可以与焊膏的表面分开更远的距离，并且能够获得更加清晰的图像，从而能够提高测量的准确性。因此，本发明优选使用激光器作为光源71。在一实施例中，图2所示的检测装置7是广泛用在通常作为计算机的输入设备的鼠标中的芯片，特别是采用LED或激光器作为光源的光学鼠标或激光鼠标中的图像采集和处理芯片。换句话说，可以直接采用光学鼠标或激光鼠标中的图像采集和处理芯片作为检测装置7。鼠标中图像采集和处理芯片的尺寸小，但在检测鼠标与物体的相对运动方面性能优越，且是一种很成熟的技术，可以以低成本直接购买。因此，当使用光学鼠标或激光鼠标中的图像采集和处理芯片作为检测装置7时，可以很容易地将该检测装置7安装在印刷机中，以在印刷过程中对滚动的焊膏进行检测，获得与焊膏的滚动速度相关联的信息。图3是根据本发明一实施例的状态指示装置的示意图。参见图3，状态指示装置8 包括处理单元81、指示单元82，在必要的时候还可以包括存储单元83。处理单元81从检测单元7，例如检测单元7中的数字信号处理器73接收与焊膏的滚动速度相关联的信息，对所接收的信息进行统计处理，确定印刷状态。指示单元82，用于生成印刷状态的指示。在一实施例中，可以通过对所获得的与焊膏的滚动速度相关联的信息，如焊膏表面的位移信息，进行统计处理，从而获得与焊膏的滚动速度相关联的统计数值，根据该统计数值生成印刷状态的指示。例如，可以通过以下方式对所获得的与焊膏的滚动速度相关联的信息进行统计处理将所获得的位移信息进行分组，针对每组位移信息执行统计计算，以确定位移数据的例如平均值、中值、标准差等统计数值，根据获得的统计数值和采样时间间隔获得滚动速度的统计数值。举一个更具体的例子，假设每秒接收到M个位移数据(采样频率为(M+1)帧/秒)，将M个位移数据分成N组，然后对每组的(M/N)个数据求平均值、中值、标准差等，得到位移数据的统计数值，然后根据该统计数值与采样时间间隔(与采样频率相对应)，就可以得到焊膏滚动速度的统计数值。由于采样时间间隔保持不变，也可以将采样时间间隔看作单位时间，直接用计算出的位移数据的统计数值来表示与焊膏的滚动速度相关联的统计数值。这样，每秒就可以得到N个与焊膏的滚动速度相关联的统计数值。通过以上方式生成的与焊膏的滚动速度相关联的统计数值可以以曲线图的形式通过人机界面实时显示给用户，作为印刷状态的指示。用户可以通过查看该曲线图，来获知焊膏滚动速度变化的趋势。在另一实施例中，可以将通过统计计算得到的与焊膏的滚动速度相关联的统计数值与阈值进行比较，如果该统计数值大于该阈值，则确定印刷状态正常；如果该统计数值小于该阈值，则确定印刷状态异常。再例如，可以判断与焊膏的滚动速度相关联的统计数值是否在由一个最小值和一个最大值限定的范围内，如果是，则确定印刷状态正常，否则，则确定印刷状态异常。各种统计数值的计算方法以及应用各种统计数值的具体方式可以参见本领域中相关的的现有技术，其对本领域技术人员来说是已知的，在此不再详述。印刷状态的指示可以是如上所述的实时显示的曲线图，也可以是印刷状态正常的指示或印刷状态异常的指示。印刷状态的指示也可以是告警信号，也就是说，在确定印刷状态正常的情况下不产生告警信号，在印刷状态异常时，由指示单元生成告警信号。例如，指示单元82可以是人机界面，但本发明不限于此。指示单元82也可以通过信号灯或者声音的形式来指示印刷状态是否正常，例如灯灭表示印刷状态正常，灯亮表示印刷状态异常；再例如，灯呈现绿色表示印刷状态正常，灯呈现红色表示印刷状态异常；又例如，在印刷状态异常的情况下，发出告警的声音指示印刷状态异常。印刷状态的指示也可以是上述方式的结合。例如，可以在人机界面上实时显示印刷状态是否正常，在印刷状态异常时，点亮告警灯或发出告警声音以通知用户。在本发明的一实施例中，状态指示装置8还可以包括存储单元83。存储单元83可以将由处理单元81计算出的与焊膏的滚动速度相关联的统计数值以与时间相对应的方式保存起来，形成历史数据库，以便可以在需要的情况下，由处理单元81生成焊膏的滚动速度随时间的变化曲线图，以便于研究焊膏的滚动速度随时间的变化。上述处理单元81可以通过安装在计算机中的软件实现。上述指示单元82可以是计算机中的人机界面。上述存储单元83可以是计算机中的存储器。也就是说，上述状态指示装置8可以通过计算机来实现。在这种情况下，上述检测装置7，例如光学鼠标或激光鼠标中的图像采集和处理芯片可以通过USB数据线与计算机连接，以将获得的与焊膏的滚动速度有关的信息输送到状态指示装置8。以上描述了使用检测装置7对焊膏的表面进行检测，以获得与焊膏的滚动速度相关联的信息。可以理解，可以采用一个检测装置对焊膏的一个位置进行检测，以获得与焊膏该位置处的滚动速度相关联的信息，也可以采用多个检测装置，对焊膏不同位置进行检测， 以获得与焊膏的不同位置处的滚动速度相关联的信息。例如，如果焊膏是长条形的，则可以在长条形焊膏的中部以及端部分别安装检测装置，以分别获得与焊膏的中部位置和端部位置的滚动速度相关联的信息。在实际印刷中，通常使用两个刮刀在相反的两个方向分别推动焊膏在模板上来回滚动。这样可以针对每个刮刀安装一个检测装置，以分别在两个印刷方向对焊膏进行检测，从而对整个印刷过程进行在线检测。在一个实施例中，在同一个印刷方向安装多个检测装置7以分别检测焊膏的不同位置处的滚动速度的情况下，每个检测装置7获得的与焊膏的滚动速度相关联的信息可以分别被输入到状态指示装置，状态指示装置8中的处理单元81可以对从每个检测装置7获得的与焊膏的滚动速度相关联的信息进行处理，并针对每个位置确定印刷状态。在另一个实施例中，在同一印刷方向安装多个检测装置7以分别检测焊膏的不同位置处的滚动速度的情况下，每个检测装置7获得的关于焊膏的滚动速度的信息可以被同时输入到状态指示装置8，状态指示装置中的处理单元81可以对所获得的针对焊膏不同位置处的滚动信息进行统计处理，如取平均、取中值等，根据得到的统计数值确定印刷状态。以上参考图1至图3描述了根据本发明实施例的用于检测焊膏印刷质量的系统。 以下参考附图来描述根据本发明实施例的用于检测焊膏印刷的方法。图4示出了根据本发明一实施例的可以在印刷过程中检测焊膏印刷的方法的总体流程图。参见图4，该方法包括对滚动中的焊膏进行检测，以获取与焊膏的滚动速度相关联的信息；以及基于所述与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示。在一实施例中，可以以预定的采样频率获取滚动中的焊膏表面的图像，并将所述图像表示成数字图像矩阵；对相邻的数字图像矩阵进行比较分析，获得焊膏表面在采样时间间隔内的位移信息，即与焊膏的滚动速度相关联的信息。其中，采样时间间隔与采样频率频率相对应。在一实施例中，可以对所获得的焊膏表面在采样时间间隔内的位移信息进行统计处理，以获得所述位移信息的统计数值，通过判断所述统计数值是否在正常范围内来确定印刷状态；生成印刷状态的指示。例如，可以在确定印刷状态异常时，生成告警信号。通过告警信号来提示操作人员印刷状态出现异常。确定印刷状态以及生成印刷状态的指示的具体方式可以参见以上结合系统进行的描述，在此不再重复。在一实施例中，可以将上述计算出的统计数值以与时间相对应的方式进行保存。 必要时，可以生成滚动速度随时间变化的曲线图，以观察滚动速度随时间的变化趋势。以上所述的用于检测焊膏印刷的系统和方法通过检测焊膏的表面与检测装置发生的相对位置来获得与焊膏的滚动速度相关联的信息，与焊膏本身的类型和材料无关，因此可以适用于任何类型和材料的焊膏。在实际应用中，上述检测系统可以集成在印刷机中，与印刷机一体销售，也可以作为印刷机的升级系统，而独立销售。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种检测焊膏印刷的系统，包括检测装置，用于在刮刀推动焊膏在模板上滚动时，对焊膏进行检测，以获得与焊膏的滚动速度相关联的信息；状态指示装置，用于基于所述与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测装置包括 光源，用于照射焊膏表面；成像单元，用于以预定的采样频率获取焊膏表面的图像，所述图像以数字图像矩阵的形式表示；数字信号处理单元，用于对相邻的数字图像矩阵进行比较分析，获得所述与焊膏的滚动速度相关联的信息，所述与焊膏的滚动速度相关联的信息为焊膏表面在与所述采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述状态指示装置包括处理单元，用于通过对所述焊膏表面在与所述采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息进行统计处理，以获得所述位移信息的统计数值，通过判断所述统计数值是否在正常范围内来确定所述印刷状态是否正常； 指示单元，生成所述印刷状态的指示。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述指示单元为告警单元，用于在确定印刷状态异常时，生成告警信号。
5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述状态指示装置进一步包括 存储单元，用于将所述统计数值以与时间相对应的方式进行保存。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述检测装置为光学鼠标或激光鼠标中所使用的图像采集和处理芯片。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述检测装置与所述刮刀的相对位置保持不变，并且不接触所述焊膏。
8.—种检测焊膏印刷的方法，包括对滚动中的焊膏进行检测，以获取与焊膏的滚动速度相关联的信息；并且基于所述与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，对滚动中的焊膏进行检测，以获取与焊膏的滚动速度相关联的信息包括以预定的采样频率获取焊膏表面的图像，并将所述图像表示成数字图像矩阵； 对相邻的数字图像矩阵进行比较分析，获得所述与焊膏的滚动速度相关联的信息，所述与焊膏的滚动速度相关联的信息为焊膏表面在与所述采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，基于所述与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示包括对所述焊膏表面在与所述采样频率相对应的采样时间间隔内的位移信息进行统计处理，以获得所述位移信息的统计数值，通过判断所述统计数值是否在正常范围内来确定印刷状态是否正常；生成所述印刷状态的指示。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述印刷状态的指示为在确定印刷状态异常时生成的告警信号。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括将所述滚动速度以与时间相对应的方式进行保存。
全文摘要
本发明公开了检测焊膏印刷的系统和方法。该系统包括检测装置，用于在刮刀推动焊膏在模板上滚动时，对焊膏进行检测，以获得与焊膏的滚动速度相关联的信息；状态指示装置，用于基于与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示。该方法包括对滚动中的焊膏进行检测，以获取与焊膏的滚动速度相关联的信息；以及基于所述与焊膏的滚动速度相关联的信息生成印刷状态的指示。通过对滚动的焊膏进行检测进而获知印刷状态，可以实时地对印刷状态进行监控，及时发现异常状况，最大可能的节省成本。
文档编号G01N21/956GK102221561SQ201010150060
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月15日 优先权日2010年4月15日
发明者克劳斯·彼得·盖士祺, 沈明, 胡毓, 龚艺华 申请人:西门子公司