X-RAY高精度檢測鋰離子電池技術(shù)研究

王菊霞，葛春平，何 冰

（1.渭南師范學(xué)院 數(shù)理學(xué)院，陜西 渭南 714099；2.陜西省X射線檢測與應(yīng)用研究開發(fā)中心，陜西 渭南714099）

光電檢測技術(shù)主要包括圖像檢測技術(shù)、光信息獲取與光信息測量技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、測量信息的光電處理技術(shù)、光學(xué)掃描檢測技術(shù)、光纖傳感檢測技術(shù)等。該技術(shù)已成為現(xiàn)代檢測技術(shù)特別重要的方法和手段之一，是光電信息技術(shù)中最核心的技術(shù)，其特點非常突出，比如信息效率極高性、非接觸性、速度快、測量精度高、自動化程度高、頻寬與信息容量極大等，在醫(yī)療、航空航天、軍事，尤其是更為普遍的農(nóng)業(yè)、工業(yè)及日常生活中均有廣泛應(yīng)用。［1-7］眾所周知，X光檢測技術(shù)集中了光學(xué)、電子、軟件技術(shù)等優(yōu)勢，因此，信息科學(xué)技術(shù)是依賴著光電檢測技術(shù)而迅速發(fā)展的，進(jìn)而帶動國民經(jīng)濟(jì)、國防、科學(xué)研究的發(fā)展［8］。

1 光電檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀與分析

早期X-RAY檢測應(yīng)用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，主要檢測PCB板焊接生產(chǎn)過程中表面不可顯現(xiàn)的缺陷，隨即特別應(yīng)用在表面貼裝技術(shù)中，實時監(jiān)控印刷板和貼片機生產(chǎn)線爐前的工作狀態(tài)，監(jiān)控爐后回流焊設(shè)備，同時對PCB板的良品與次品的自動識別判斷，其非接觸性、高效性體現(xiàn)的結(jié)果很明顯：降低誤判、漏判率［8］。

在國外，25年前美國的Nicolet為了檢查集成線路模塊的內(nèi)部缺陷，嘗試?yán)梦⒕劢筙光技術(shù)并取得成功。15年前首家開發(fā)了應(yīng)用于BGA的檢測軟件，在此領(lǐng)域曾一度處于領(lǐng)航地位［9-10］，但由于當(dāng)時X光源功能存在一定限制，軟件開發(fā)不完善，硬件難以滿足市場要求，逐漸被市場淘汰。另外，首先在微聚焦檢測機器上應(yīng)用開放式X光源的當(dāng)屬德國的Phoenix，其透射檢測效果特別好［11］；日本企業(yè)最早從事AXI設(shè)備研發(fā)［12］，如歐姆龍、SAKI等公司［13］；然而設(shè)備體積大，顯笨重，操作維護(hù)也復(fù)雜，更重要的是機器成本價格非常昂貴，普通的電子業(yè)界很難接受，無法大范圍推廣，當(dāng)時主要是在科研機構(gòu)和極少數(shù)國際化大公司實驗室實現(xiàn)［9］。隨后考慮到實際應(yīng)用的需求，經(jīng)過技術(shù)指標(biāo)不斷改進(jìn)，新型光電檢測設(shè)備滿足了復(fù)雜的半導(dǎo)體封裝工藝要求，同時達(dá)到高清晰度圖像分析、大批量生產(chǎn)檢測等多種檢測功能。同時，降低了機器成本，逐步實現(xiàn)操作簡單、易維護(hù)等目標(biāo)，普通用戶才能接受。目前同類機器的主流公司有美國YESTECH、德國 Phoenix、日本 Toshiba 等，但都不能同時實現(xiàn)多項指標(biāo)要求［9，14-20］。

在國內(nèi)，X-RAY光檢測技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用研發(fā)工作也已展開，國家重大科技項目《極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝》（02專項）明確提出了開展X光檢測技術(shù)和設(shè)備的重要任務(wù)：面向新型先進(jìn)封裝技術(shù)，球柵陣列（BGA）、倒裝焊（FCB）和3D封裝等要求，對形成我國極大規(guī)模集成電路封裝測試領(lǐng)域的完整產(chǎn)業(yè)鏈具有重要的戰(zhàn)略意義［13，21］。尤其是近年來PIP堆疊封裝的新要求：封裝內(nèi)芯片通過金線再將兩個同樣的堆疊之間的基板鍵合［22］，然后整個封裝成一個元件便是PIP（見圖1）和晶圓封裝WLP（見圖2），在這兩者基礎(chǔ)上又提出了SIP系統(tǒng)封裝。將近年來出現(xiàn)的這些類似于PIP封裝形式的封裝統(tǒng)稱為三維封裝。這些封裝對檢測提出了更高的要求。該研究方向密切結(jié)合國家專項任務(wù)和電子信息產(chǎn)業(yè)高端需求，重點研發(fā)面向極大規(guī)模集成電路封裝過程的X光檢測關(guān)鍵技術(shù)及成套裝備，并開展示范應(yīng)用和批量產(chǎn)業(yè)化工作。［10］

圖1 PIP堆疊封裝

圖2 WLP封裝

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，對自動X光檢測（Automatic X-RAY Inspect，AXI）的需求也越來越大，該技術(shù)在國內(nèi)自動生產(chǎn)線方面顯得越來越重要。可以說中國的AXI業(yè)發(fā)展令人刮目相看，連續(xù)5年以超過80%的速度高速增長［12］。特別值得一提的是電池?zé)o損檢測行業(yè)方面的需求，2006年底市場規(guī)模達(dá)60億元人民幣，大約占全球的60%。如此巨大的潛在空間，亟待研制在線自動檢測電池的設(shè)備，因此，國內(nèi)也有相關(guān)研發(fā)機構(gòu)和公司投入到AXI的研發(fā)和生產(chǎn)上來，如日聯(lián)科技、善思科技等公司，但總體來說國內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域還很少。從國內(nèi)市場的占有狀況來看，80%的市場同樣被日本企業(yè)擁有，其他的被歐美等企業(yè)瓜分［23］，我國在工業(yè)光電檢測領(lǐng)域和X光機使用率方面遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家。以光電檢測技術(shù)在輪胎缺陷檢測中的應(yīng)用為例：我國是輪胎生產(chǎn)和需求大國，據(jù)了解，2010年我國共生產(chǎn)子午線輪胎3.64億條，較2004年增長了近2.5倍，年均增長率超過20%。但是我國在輪胎檢測方面卻十分落后，據(jù)不完全統(tǒng)計，2010年底我國的輪胎制造廠家有600多家，1 000多條輪胎生產(chǎn)線，然而僅有30%左右配置了X光輪胎自動檢測設(shè)備［23］，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平。以光電檢測技術(shù)在鋰離子電池缺陷檢測中的應(yīng)用為例：目前較多地應(yīng)用于鋰離子卷繞電池，尚未見到在鋰離子疊片電池檢測方面的報道。有鑒于此，需抽象出各種類型電池的重要性能參數(shù)及其在X-RAY圖像中的表現(xiàn)特征，有必要著重研究疊片電池內(nèi)部缺陷的檢測方法。

光電檢測技術(shù)正以日新月異的速度突飛猛進(jìn)，世界各國的競爭越來越激烈，其發(fā)展趨勢將主要聚焦在精度化、智能化、數(shù)字化、多元化、微型化、自動化等諸多方面［8，24-26］。最為重要的是高精度，那么應(yīng)著重考慮聚焦點為納米、亞納米尺度的新技術(shù)。智能化指系統(tǒng)的智能化，如光電自動跟蹤、自動掃描。數(shù)字化指結(jié)果的數(shù)字化。多元化指光電檢測儀器功能的綜合性等，且應(yīng)拓展到如微空間和大空間等人們無法觸及的領(lǐng)域。微型化指電子元件需要越來越小且提高集成度，即小型、微型的光電檢測系統(tǒng)。自動化指非接觸且快速的在線測量、動態(tài)測量［8］。

2 X-RAY檢測技術(shù)的應(yīng)用研究

以3D封裝過程內(nèi)部缺陷的檢測為例。目前高密度封裝的三大關(guān)鍵技術(shù)包括倒裝焊（FCB）、球柵陣列（BGA）和3D封裝，且隨著極大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，對前工序關(guān)鍵技術(shù)要求越來越高，已向22 nm工藝邁進(jìn)，高端電子信息產(chǎn)品的飛速發(fā)展也有力地推動了封裝技術(shù)的改進(jìn)，同時給3D內(nèi)部缺陷檢測提出了極大的挑戰(zhàn)［21，27］。針對封裝和組裝過程，傳統(tǒng)的測試方式主要包括人工目檢、飛針測試、針床測試ICT（In Circuit Tester）等，但這些方法已不能滿足各種先進(jìn)封裝器件的測試要求。逐步發(fā)展起來的方法有功能測試（Functional Tester），尤其是自動光學(xué)檢查AOI（Automatic Optical Inspection）方法大大提高了測試效率［21，28-35］。以芯片尺寸封裝CSP為例：CSP含有柔性封裝CSP、剛性基板CSP、引線框架CSP、柵陣引線型CSP和微小模塑型CSP等多種類型［36］。結(jié)構(gòu)不同，對應(yīng)的技術(shù)也不盡相同，絕大部分都是主要依據(jù)FCB和BGA兩項技術(shù)［36］。其中，F(xiàn)CB技術(shù)的電氣連接方法有3種［37］：焊球凸點法（Solder bump）、熱壓焊法（見圖3）、導(dǎo)電膠粘接法（見圖4）。

圖3 熱超聲焊法示意圖

圖4 導(dǎo)電膠粘接法

根據(jù)封裝時焊盤長期暴露在空氣中的實際操作過程，導(dǎo)致物件易氧化，使連接點可能裂縫、沒有連接上、過多的焊點空洞、裸片、導(dǎo)線與導(dǎo)線壓焊等缺陷［27］。另外，在封裝過程中會因壓力可能使焊盤硅片產(chǎn)生微小裂紋，在封裝過程中，導(dǎo)電膠連接的膠體也可能產(chǎn)生氣泡，結(jié)果封裝質(zhì)量會產(chǎn)生極大影響。需要特別說明的是，這些虛焊、微小裂紋、氣泡等問題，從表面無法判斷。那么要求傳統(tǒng)的測試既需要對所檢測對象的功能有非常清楚的認(rèn)識，還要求檢測人員具有特別高的測試技能，而設(shè)備復(fù)雜，無疑測試成本很高，且成果存在一定的人為因素，這都是極大規(guī)模集成電路的封裝測試實際存在的難題［21，28］。同樣地，對如圖5所示的SIP系統(tǒng)級封裝來說，都采用了多芯片組件技術(shù)和3D封裝兩大技術(shù)。除存在上述2D封裝中的檢測問題外，還由于多層布線或者是層間疊裝互聯(lián)的復(fù)雜3D封裝技術(shù)，使得SIP芯片從裸片到封裝以及到印刷電路板的3D質(zhì)量檢測都變得更加復(fù)雜，AOI技術(shù)也完全不能解決層間疊裝、多層布線引起的不可見缺陷質(zhì)量控制問題。而對于LED封裝來說，在芯片貼裝、注膠等過程中經(jīng)常會出現(xiàn)圖1所示的內(nèi)部氣泡，從而影響最終的LED終端產(chǎn)品質(zhì)量，不利于我國自主LED產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

為了有效地解決2D和3D封裝等過程中出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷檢測問題，近年來國外將X-RAY檢測技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體封測過程，與前述測試方法相比具有更多的優(yōu)點，可提高“一次通過率”，甚至達(dá)到“零缺陷”目標(biāo)［22］。X-RAY檢測技術(shù)是通過不同材料對X-RAY的吸收差異，對物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像然后進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測，在工業(yè)探傷與檢測、醫(yī)學(xué)檢查和安全檢驗等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用［38-45］，但面向極大規(guī)模集成電路新工藝還有許多技術(shù)難題需要突破，主要表現(xiàn)在3個方面：一是極大規(guī)模集成電路的尺寸越來越小，工藝現(xiàn)已達(dá)到45 nm以下，相應(yīng)的要求檢測成像也越來越微型化，迫切需求X-RAY發(fā)生器能有6 μm以下微聚焦性能；二是微聚焦的X-RAY檢查設(shè)備復(fù)雜，同時也帶來一些新問題，比如運動控制、檢測、基礎(chǔ)元件研發(fā)和集成等；三是X-RAY 3D檢測存在新的挑戰(zhàn)，高端封裝芯片的可靠性是必須解決的難題之一［10，46-47］。

圖5 裸片堆疊封裝的CT圖像

圖6 LED封裝后X光檢測的氣泡圖像

當(dāng)前我國半導(dǎo)體照明、汽車以及航空等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其內(nèi)部缺陷檢測是保障高可靠性的措施之一，自主研發(fā)X-RAY檢測技術(shù)和裝備迫在眉睫［10］，由此引起業(yè)界的高度重視，國家《極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝》（02專項）中長期發(fā)展規(guī)劃重大科技專項已將面向較大規(guī)模集成電路封裝過程的X光學(xué)檢測設(shè)備列入重點支持范圍，以突破制約我國高端電子信息檢測裝備發(fā)展的瓶頸技術(shù)和裝備難題。這些技術(shù)將對發(fā)展我國高端電子信息制造業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義。

3 基本原理分析

3.1 基本原理

檢測的目的是獲得高質(zhì)量圖像，以便精準(zhǔn)分析。而圖像質(zhì)量關(guān)鍵取決于微聚焦X-RAY管系統(tǒng)的分辨率，其基本原理主要是X-RAY接收轉(zhuǎn)換裝置采用圖像增強器或平板檢測器FPD（Flat Panel Display）探測系統(tǒng)，利用X-RAY獲取圖像，再進(jìn)行圖像增強處理、缺陷圖像區(qū)域分割、缺陷識別及分類，這些圖像處理技術(shù)即為封裝過程中內(nèi)部缺陷的X-RAY自動檢測。［10］

對于軟件系統(tǒng)的研究采用由局部到整體的研究方法。以鋰電池的檢測為例，分別對軟包、方殼、圓柱和動力電池的卷繞及疊片電池的算法進(jìn)行細(xì)致研究，尤其是以各種類型的疊片電池的算法研究作為重點內(nèi)容，然后比較各種類型電池模型設(shè)計和檢測算法的相同點和相異點，抽象設(shè)計出適用于所有類型電池檢測的算法系統(tǒng)。

3.2 技術(shù)路線

3.2.1 探索疊片電池的重要性能參數(shù)、數(shù)據(jù)模型及算法設(shè)計

鋰離子疊片電池由于具有正負(fù)極片層數(shù)多、正負(fù)極片距離小、負(fù)極彎曲以及由于射線角度發(fā)散引起的負(fù)極片圖像重疊等特點（見圖7），導(dǎo)致疊片鋰離子電池的檢測問題顯得非常困難。針對鋰離子疊片電池檢測算法的設(shè)計進(jìn)行了重點研究和設(shè)計。

3.2.2 確定差分篩選測量方法

在疊片電池檢測算法中，將確定性方法和概率性方法相結(jié)合，使得確定性方法的實時性和概率性方法的魯棒性相結(jié)合，檢測結(jié)果在實時性和魯棒性方面兼容兼顧。既滿足了檢測結(jié)果的可靠性，又可滿足大型在線檢測的實時性要求。

探索應(yīng)用設(shè)計模式對鋰離子電池檢測算法的結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于大型在線鋰離子檢測設(shè)備一般需要對同種電池的多個特征點進(jìn)行多工位交叉檢測，甚至要對不同類型的電池的多個特征點進(jìn)行通用檢測。這要求算法系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對不同種類的鋰離子電池檢測方面容易進(jìn)行擴(kuò)展、組合以及更新操作。

圖7 鋰離子疊片電池圖像

3.3 基本算法

3.3.1 算法設(shè)計

鋰離子疊片電池的正負(fù)電極極差和對齊度是其最重要的性能參數(shù)之一。對疊片電池的正負(fù)極差算法擬經(jīng)過以下幾步設(shè)計并實現(xiàn)：

（1）特征區(qū)域確定

一般情況下疊片電池由于其體積較大而造成電極部分圖像和背景灰度差值較小，所以采用閾值化后投影的方式偏差較大?？紤]到負(fù)極部分的圖像灰度分布較其他部分圖像在水平方向起伏較大這一特點，通過統(tǒng)計圖像每一行在水平方向的方差，對統(tǒng)計結(jié)果進(jìn)行閾值處理來確定負(fù)極所在位置從而可以定位其特征區(qū)域。

圖8 疊片電池角點位置標(biāo)記

（2）角點檢測

確定好圖像特征區(qū)域后，對特征區(qū)域圖像進(jìn)行角點檢測，計算圖像每一點的相似度：

在計算方向變化強度時使用Sobel濾波器，即

根據(jù)該方向變化強度設(shè)定閾值過濾圖像角點位置。圖8是對圖7疊片電池的角點在原始圖上的標(biāo)記。

（3）角點分類

由于對片電池中部分極片的彎曲和偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致部分負(fù)極片的角點沒有檢測到和少部分正極片角點位置錯誤，同時也有正極片和負(fù)極片角點混雜的現(xiàn)象，所以需要對檢測出的角點進(jìn)行分類，以分隔正負(fù)極片。項目組擬通過統(tǒng)計角點在水平方向的最大出現(xiàn)概率來進(jìn)行分類。初步分類的結(jié)果如圖9所示，對角點的分類算法項目還在繼續(xù)研究，以便找到更合理的分類方法。

圖9 角點正負(fù)極片分類

（4）正負(fù)極角點篩選擬合及補償

通過步驟（3）分類后，初步確定了正負(fù)極角點出現(xiàn)概率最大的位置，以最大位置為參考點，對正負(fù)極片角點進(jìn)行篩選，篩選后進(jìn)行3次立方擬合。擬合時需要對空缺較大的位置進(jìn)行補償處理。圖10所示為經(jīng)過篩選、擬合及補償處理后正負(fù)極曲線圖及負(fù)極片最小和最大距離位置。

圖10 疊片電池正負(fù)極切線圖

3.3.2 差分篩選法

（1）差分處理

設(shè)特征區(qū)域圖像行列數(shù)為m1和n1，對其進(jìn)行m2行n2列的卷積操作。其中：

考慮到鋰離子電池圖像負(fù)極在水平方向上的差異，即負(fù)極受圖像噪點的干擾，選用的卷積核為：

對圖10所示的卷繞電池圖像進(jìn)行卷積處理后的圖像效果如圖11所示?？梢钥闯錾厦娴暮私?jīng)過差分突出了負(fù)極，通過垂直方向的疊加對受噪點干擾而斷開的負(fù)極進(jìn)行了擬合拼接。圖12為對差分圖像進(jìn)行閾值處理的結(jié)果。

（2）電極提取

對圖13的閾值處理結(jié)果進(jìn)行輪廓提取和細(xì)化處理，得到代表負(fù)極片的線段數(shù)據(jù)，見圖14。

圖11 差分處理

圖12 閾值處理

圖13 負(fù)極線段數(shù)據(jù)

圖14 正極過濾

（3）正極過濾

對圖13中的負(fù)極線段數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾操作，過濾可通過負(fù)極或正極線段頂坐標(biāo)的連續(xù)性或電極間隔來進(jìn)行過濾。圖14為過濾掉正極線段的結(jié)果。

（4）數(shù)據(jù)修正

在圖13中進(jìn)行閾值操作時，雖然已經(jīng)突出了全部的負(fù)極圖像，但是對于螺旋電極的情況，負(fù)極底端圖像數(shù)據(jù)丟失，結(jié)果表現(xiàn)為圖14中左側(cè)幾條負(fù)極線段底端坐標(biāo)偏差。所以需要對負(fù)極的底端坐標(biāo)進(jìn)行修正。擬通過統(tǒng)計原始灰度圖像中兩負(fù)極線段中間部分的數(shù)據(jù)在水平方向的方差分布進(jìn)行修正。圖15為經(jīng)過修正后在原始圖像中負(fù)極片的位置標(biāo)記。

圖15 差分篩選法處理結(jié)果

3.3.3 鋰離子電池檢測算法的結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于大型在線鋰離子檢測設(shè)備一般需要對同種電池的多個特征點、多工位交叉檢測，甚至要對不同類型電池的多個特征點進(jìn)行通用檢測。這要求算法系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對不同種類的鋰離子電池檢測方面容易進(jìn)行擴(kuò)展、組合及更新操作。所以應(yīng)用設(shè)計軟件模式對鋰離子電池檢測算法的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計是又一個重要內(nèi)容。

鋰離子電池X-RAY檢測算法包括各種類型的電池檢測算法，同時每種算法都有一個與之相對應(yīng)的參數(shù)配置對話框，將每種電池檢測算法和算法參數(shù)配置對話框看作是一個產(chǎn)品族中的兩個產(chǎn)品。隨著電池種類的多樣化，以后會出現(xiàn)不同的電池樣品需要檢測。使用抽象工廠模式來設(shè)計算法系統(tǒng)。以便整個算法系統(tǒng)滿足開放封閉原則（OCP，Open Closed Principle），具有很好的通用性和魯棒性。

圖16以其中的軟包算法及其參數(shù)對話框和方殼算法及其參數(shù)對話框為例說明了算法系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)圖。

圖16 算法結(jié)構(gòu)圖

從以上結(jié)構(gòu)圖中可以看出，在以后需要增加新的檢測種類時，只需要擴(kuò)展繼承AbstractAlgorithm、AbstractParamDlg及AbstractAlgorithmFactory就可以很好地滿足OCP原則。

圖17 自動光學(xué)檢測儀硬件系統(tǒng)

4 研究方法分析

以陜西省X射線檢測與應(yīng)用研究開發(fā)中心自主研發(fā)的微聚焦X-RAY管為例，主要說明光電檢測的圖像處理過程，其屬于軟件工程等方面的理論研究與工程研發(fā)工作，通過開展產(chǎn)學(xué)研合作，完成了8種系列產(chǎn)品的研發(fā)和配套軟件的設(shè)計，合作研發(fā)的自動光學(xué)檢測儀（AOI）已批量投產(chǎn)。以該研發(fā)中心為依托，校企合作成果（微聚焦X-RAY檢測設(shè)備視覺系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)與部件）已經(jīng)在微聚焦X-RAY檢測設(shè)備上得到初步應(yīng)用。如開發(fā)的應(yīng)用于PCB電路板檢測的微聚焦X-RAY透視檢測設(shè)備AX8100、開發(fā)的元器件焊接檢測微聚焦X-RAY透視檢測設(shè)備AX7100、AX6080。目前自主研發(fā)的X-RAY射線源已達(dá)到微米量級；自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)，利用軟件工程學(xué)和設(shè)計模式的相關(guān)理論知識，在前期研究的基礎(chǔ)上對算法系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的分析和合理的架構(gòu)設(shè)計，已經(jīng)應(yīng)用于自動光學(xué)檢測儀（AOI）中。

4.1 自動光學(xué)檢測儀（AOI）

自動光學(xué)檢測儀系統(tǒng)包括運動控制系統(tǒng)、控制PCB板自動上料并定位至掃描區(qū)域；圖像采集系統(tǒng)，獲取PCB板的編程圖像；檢測標(biāo)準(zhǔn)定義系統(tǒng)，將PCB板信息自動導(dǎo)入至編程圖像，并對檢測點進(jìn)行位置定義和參數(shù)設(shè)置；調(diào)試系統(tǒng)，選擇同一型號的PCB板的不同樣品對編程圖像進(jìn)行調(diào)試；在線檢測系統(tǒng)，對在線檢測PCB板進(jìn)行實時檢測，并將檢測結(jié)果于上位機中顯示并以文件或數(shù)據(jù)庫形式保存至存儲裝置；SPC系統(tǒng)，用來對檢測結(jié)果進(jìn)行實時統(tǒng)計和顯示。該系統(tǒng)對應(yīng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)分別見圖17和圖18。

圖18 自動光學(xué)檢測儀軟件界面

圖19 在線電池X光檢測軟件界面

4.2 在線電池X光檢測設(shè)備

利用X-RAY成像檢測技術(shù)檢測電池內(nèi)部缺陷的設(shè)備，一般分為在線和離線兩大類，顯然在線檢測更能夠快速方便地進(jìn)行自動檢測，目的是分離出不良品，實時地反饋給組裝等生產(chǎn)過程中，有效地改善工藝流程［10，48］。

硬件系統(tǒng)主要有：電池輸入傳送機構(gòu)、電池輸出分揀傳送機構(gòu)、電池扶正機構(gòu)、電池夾持機構(gòu)、機械手臂、氣缸、光管、圖像增強器、相機、PC機、運動控制卡。所開發(fā)的軟件如圖19所示。

4.3 18650圓柱鋰離子在線檢測軟件系統(tǒng)

圓電池測算主要針對電池內(nèi)部對齊度缺陷檢查，對其存在的缺陷進(jìn)行SPC數(shù)據(jù)分析，可以有效提高在線圓電池生產(chǎn)效率，工藝流程的改進(jìn)見圖20。

圖20 18650圓柱鋰離子在線檢測軟件系統(tǒng)

圖21 數(shù)字圖像系統(tǒng)預(yù)處理軟件主界面

4.4 數(shù)字圖像系統(tǒng)處理軟件

根據(jù)X-RAY成像的結(jié)果，對其影像進(jìn)行一系列操作，如去噪、增強、復(fù)原、分割、特征提取以及二維測算的系統(tǒng)稱之為數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng)［48］。如果過程是智能化的，即為智能化數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。

數(shù)字圖像系統(tǒng)預(yù)處理軟件是在對常用X-RAY檢算法進(jìn)行系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對這些算法的封裝和測試（見圖21）。前期研究成果已經(jīng)在珠三角地區(qū)一些大型X-RAY檢測設(shè)備企業(yè)投入使用。

5 結(jié)語

X-RAY高精度檢測的研究，將主要開發(fā)適應(yīng)于工業(yè)領(lǐng)域的智能檢測設(shè)備，特別是以鋰電池檢測為突破口，可以對電池生產(chǎn)線的工作狀態(tài)進(jìn)行有效實時監(jiān)控，同時將延伸到多層印刷電路板、半導(dǎo)體、塑膠、玩具行業(yè)，壓鑄、電池行業(yè)，太陽能行業(yè)，食品、制藥等相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域中遇到的常見缺陷利用X光學(xué)檢測儀的研發(fā)。具體目標(biāo)：X-RAY源實現(xiàn)聚焦尺寸約為 5 μm，分辨率達(dá)到 2.5 μm；探測系統(tǒng)分辨率達(dá)到115 LP／mm，采集速度達(dá)到30幀／s。為了實現(xiàn)計算機準(zhǔn)確快速地斷層掃描圖像，點運動精度在2.5 μm范圍內(nèi)，X／Y跟隨誤差約5 μm，角跟隨誤差約0.03°。通過對所取圖像灰階差值的缺陷進(jìn)行劃分，建立信噪比高、層次差級明顯、圖像信息易于識別的X-RAY影像處理系統(tǒng)。

目前，我國的X-RAY高精度檢測技術(shù)在某些方面已進(jìn)入世界前列陣營，還需要不懈努力、不斷創(chuàng)新具有民族特色的品牌。后面應(yīng)著重突破以下關(guān)鍵技術(shù)：一是需要特殊設(shè)計對X-RAY管的電子槍、加速聚焦、散熱陽極的結(jié)構(gòu)，須采用高頻電源供電，以便解決高通量與微焦斑的矛盾，這種X-RAY源將會填補國內(nèi)X-RAY檢測的核心技術(shù)，使檢測設(shè)備的“芯”國產(chǎn)化［10］。二是在算法系統(tǒng)設(shè)計上，將軟件工程和模式設(shè)計理論應(yīng)用到算法系統(tǒng)設(shè)計上，使得整個電池檢測算法系統(tǒng)成為一個有機結(jié)合的整體，以便增強算法的擴(kuò)展性和兼容性。