CCD同轴视觉定位原理是什么 松盛光电实现激光焊锡的微米级精度
激光锡焊 CCD 同轴视觉定位原理
激光锡焊 CCD 同轴视觉定位，是将视觉光路与激光焊接光路同轴共线的高精度定位技术，核心是让 CCD 相机、激光束、焊接靶点处于同一光轴，从而消除视觉偏移误差，满足通讯模组接头、精密电子元件等微小焊点的定位需求，定位精度可达 ±0.01~±0.05mm。
一、核心结构与光路设计
同轴视觉系统的关键是分光镜(半透半反镜) 和远心镜头的搭配，典型光路组成如下：
照明模块：采用同轴光源(多为环形 LED 或点光源)，光线垂直向下照射，经分光镜反射后，与激光光路同轴射向焊接工件表面。
优势：避免斜向光源产生的阴影，保证微型焊盘、引脚边缘清晰成像，尤其适合 0.2mm 以下间距的密集焊点。
分光镜(核心元件)
作用：实现激光通路与视觉通路的分离与合并。
原理：对焊接激光波长(如 1064nm 光纤激光、532nm 绿光激光)高透过，对可见光波长(400~760nm)高反射。
光路走向：
激光：激光器发射的激光束垂直穿过分光镜，直达工件焊接靶点;
视觉：工件表面反射的可见光经分光镜反射，转向进入 CCD 相机。
远心镜头：搭配在 CCD 相机前端，消除物距变化导致的成像放大倍率误差，保证不同高度的工件(如高低引脚、翘曲 PCB)成像比例一致，定位精度不受工件平整度影响。
CCD 相机：接收反射光信号并转换为数字图像，传输至图像处理系统进行靶点识别与坐标计算。
二、定位工作流程
图像采集与预处理
焊接前，同轴光源照亮工件表面，焊盘、引脚的轮廓和特征点(如边缘、圆心)经反射后进入 CCD 相机，形成高清数字图像。
图像处理系统对图像进行降噪、灰度增强、二值化处理，突出焊点靶点的特征，过滤背景干扰(如基板纹理、污渍)。
特征提取与坐标标定
系统通过算法(如边缘检测、模板匹配)提取靶点的像素坐标，再通过标定系数将像素坐标转换为机械运动坐标(即工作台的 XYZ 轴坐标)。
标定过程：预先用标准标定板(带已知尺寸的圆点阵列)建立 “像素尺寸 - 物理尺寸” 的对应关系，补偿镜头畸变和机械传动误差。
偏差计算与自动纠偏
系统将提取的实际靶点坐标，与预设的理论焊接坐标对比，计算出 X/Y 轴的偏移量(Δx、Δy)和旋转角度偏差(Δθ)。
控制模块驱动精密运动平台(如伺服电机 + 滚珠丝杠)，带动激光焊接头或工件移动，完成偏差补偿，确保激光焦点精准对准焊点中心。
焊接过程实时监测(可选)
部分高端系统可在焊接中持续采集图像，监测锡膏熔化状态、焊点成型过程，一旦出现偏移或异常，可实时调整激光参数或停止焊接。
三、核心优势(对比旁轴视觉)
| 特性 | 同轴视觉定位 | 旁轴视觉定位（视觉与激光光路分离） |
|---|---|---|
| 定位误差 | 无 parallax（视差）误差 | 存在视差，易受工件高度影响 |
| 微小靶点适配性 | 适合 0.1~0.5mm 微型焊盘 / 引脚 | 对大焊点友好，微小靶点易模糊 |
| 工件平整度兼容性 | 可适配翘曲 PCB、高低引脚 | 工件高度变化会导致定位偏移 |
| 成像清晰度 | 无阴影，边缘特征清晰 | 易产生阴影，复杂结构成像效果差 |
四、激光锡焊场景的特殊适配
抗激光干扰设计：在激光焊接瞬间，会产生强光和等离子体，系统需配备窄带滤光片(仅允许可见光通过，过滤激光波长)，避免 CCD 相机感光元件被灼伤。
锡膏 / 焊丝适配优化：针对锡焊场景，可通过算法识别锡膏印刷区域或焊丝送丝端点，精准匹配激光焦点位置，避免虚焊或焊锡飞溅。
在激光锡焊(尤其是精密电子元件焊接，如通讯模组接头、FPC/PCB 微小焊盘、传感器引脚等场景)中，CCD 同轴视觉定位是必要配置，其核心作用是解决微型化、高密度焊点的精准对位问题，直接决定焊接良率与稳定性。
五、 CCD 同轴视觉定位的核心作用
消除视差误差，实现微米级精准对位普通旁轴视觉(相机与激光光路分离)存在视角偏差，工件高度变化(如 PCB 翘曲、引脚高低不一致)会导致定位点偏移，而同轴视觉的光路与激光束共线，从源头消除视差，定位精度可达 ±0.01~±0.05mm。对于 0.2mm 间距的通讯模组接头插针、0.15mm 微型焊盘，只有同轴视觉能保证激光焦点精准落在焊点中心，避免偏焊、桥连。
补偿工件装夹与来料偏差电子元件焊接时，工件装夹的微小偏移、来料的尺寸公差(如引脚弯曲、焊盘偏移)是不可避免的。同轴视觉可通过图像识别与算法纠偏，自动计算实际靶点与理论坐标的偏差量(Δx、Δy、Δθ)，驱动运动平台实时补偿，无需人工调整，适配批量生产中的一致性要求。
实时监测焊接过程，保障焊点质量除了焊接前定位，高端同轴视觉系统还能实时采集焊接图像，监测锡膏熔化状态、焊丝填充位置、焊点成型过程：
焊接中若出现激光偏移、锡液飞溅异常，系统可立即报警或停止焊接;
焊后可通过图像分析焊点的平整度、润湿角，实现在线质量检测，避免不良品流入下工序。
适配非接触式精密焊接的工艺要求激光锡焊属于非接触式焊接，无机械压力，依赖激光焦点的精准控制。同轴视觉搭配远心镜头，可保证不同高度的工件成像比例一致，即使是高低错落的引脚、翘曲的柔性基板，也能稳定定位，避免热损伤周围的塑料、陶瓷部件。
六、 必要性判断：分场景讨论
| 焊接场景 | 是否需要 CCD 同轴视觉定位 | 核心原因 |
|---|---|---|
| 通讯模组接头、5G 射频连接器（0.2mm 以下间距） | 必须配置 | 无视觉定位会出现大量桥连、虚焊，良率低于 60%；同轴视觉可将良率提升至 99% 以上 |
| FPC/PCB 微小焊盘（<0.3mm） | 必须配置 | 旁轴视觉视差误差大，无法满足高密度焊点的对位需求 |
| 电机引脚、传感器端子（大焊点、低精度要求） | 可选（旁轴视觉即可） | 焊点尺寸大，定位精度要求低，旁轴视觉成本更低 |
| 自动化批量生产线 | 强烈推荐配置 | 实现 “上料 - 定位 - 焊接 - 检测” 全流程自动化，降低人工成本，提升生产效率 |
七、 无同轴视觉定位的潜在问题
如果在精密激光锡焊中省略同轴视觉定位，仅靠机械治具定位，会出现以下问题：
治具磨损、工件装夹偏差会导致批量偏焊，尤其微型接头易出现引脚熔断、焊盘脱落;
无法适配来料公差，需要人工逐个调整，生产效率极低，不适合规模化制造;
焊接过程无监测，不良品需离线检测，增加返工成本，且无法追溯焊接异常原因。
