激光錫焊
CCD同軸視覺定位原理是什么 松盛光電實現(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、激光束、焊接靶點處于同一光軸，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的定位需求，定位精度可達 ±0.01~±0.05mm。
一、核心結(jié)構(gòu)與光路設計
同軸視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵是分光鏡(半透半反鏡)?和遠心鏡頭的搭配，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。
分光鏡(核心元件)
作用：實現(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，直達工件焊接靶點;
視覺：工件表面反射的可見光經(jīng)分光鏡反射，轉(zhuǎn)向進入 CCD 相機。
遠心鏡頭：搭配在 CCD 相機前端，消除物距變化導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：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)進行靶點識別與坐標計算。
二、定位工作流程
圖像采集與預處理
焊接前，同軸光源照亮工件表面，焊盤、引腳的輪廓和特征點(如邊緣、圓心)經(jīng)反射后進入 CCD 相機，形成高清數(shù)字圖像。
圖像處理系統(tǒng)對圖像進行降噪、灰度增強、二值化處理，突出焊點靶點的特征，過濾背景干擾(如基板紋理、污漬)。
特征提取與坐標標定
系統(tǒng)通過算法(如邊緣檢測、模板匹配)提取靶點的像素坐標，再通過標定系數(shù)將像素坐標轉(zhuǎn)換為機械運動坐標(即工作臺的 XYZ 軸坐標)。
標定過程：預先用標準標定板(帶已知尺寸的圓點陣列)建立 “像素尺寸 - 物理尺寸” 的對應關(guān)系，補償鏡頭畸變和機械傳動誤差。
偏差計算與自動糾偏
系統(tǒng)將提取的實際靶點坐標，與預設的理論焊接坐標對比，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)動精密運動平臺(如伺服電機 + 滾珠絲杠)，帶動激光焊接頭或工件移動，完成偏差補償，確保激光焦點精準對準焊點中心。
焊接過程實時監(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)、焊點成型過程，一旦出現(xiàn)偏移或異常，可實時調(diào)整激光參數(shù)或停止焊接。
三、核心優(yōu)勢(對比旁軸視覺)
| 特性 | 同軸視覺定位 | 旁軸視覺定位（視覺與激光光路分離） |
|---|---|---|
| 定位誤差 | 無 parallax（視差）誤差 | 存在視差，易受工件高度影響 |
| 微小靶點適配性 | 適合 0.1~0.5mm 微型焊盤 / 引腳 | 對大焊點友好，微小靶點易模糊 |
| 工件平整度兼容性 | 可適配翹曲 PCB、高低引腳 | 工件高度變化會導致定位偏移 |
| 成像清晰度 | 無陰影，邊緣特征清晰 | 易產(chǎn)生陰影，復雜結(jié)構(gòu)成像效果差 |
四、激光錫焊場景的特殊適配
抗激光干擾設計：在激光焊接瞬間，會產(chǎn)生強光和等離子體，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，精準匹配激光焦點位置，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、高密度焊點的精準對位問題，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，實現(xiàn)微米級精準對位普通旁軸視覺(相機與激光光路分離)存在視角偏差，工件高度變化(如 PCB 翹曲、引腳高低不一致)會導致定位點偏移，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 ±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精準落在焊點中心，避免偏焊、橋連。
補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，自動計算實際靶點與理論坐標的偏差量(Δx、Δy、Δθ)，驅(qū)動運動平臺實時補償，無需人工調(diào)整，適配批量生產(chǎn)中的一致性要求。
實時監(jiān)測焊接過程，保障焊點質(zhì)量除了焊接前定位，高端同軸視覺系統(tǒng)還能實時采集焊接圖像，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的平整度、潤濕角，實現(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，無機械壓力，依賴激光焦點的精準控制。同軸視覺搭配遠心鏡頭，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
| 焊接場景 | 是否需要 CCD 同軸視覺定位 | 核心原因 |
|---|---|---|
| 通訊模組接頭、5G 射頻連接器（0.2mm 以下間距） | 必須配置 | 無視覺定位會出現(xiàn)大量橋連、虛焊，良率低于 60%；同軸視覺可將良率提升至 99% 以上 |
| FPC/PCB 微小焊盤（<0.3mm） | 必須配置 | 旁軸視覺視差誤差大，無法滿足高密度焊點的對位需求 |
| 電機引腳、傳感器端子（大焊點、低精度要求） | 可選（旁軸視覺即可） | 焊點尺寸大，定位精度要求低，旁軸視覺成本更低 |
| 自動化批量生產(chǎn)線 | 強烈推薦配置 | 實現(xiàn) “上料 - 定位 - 焊接 - 檢測” 全流程自動化，降低人工成本，提升生產(chǎn)效率 |
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。
