白光結構光厚度與形變量測｜載具翹曲、板翹與錫膏厚度的非接觸檢測

在 SMT 與 EMS 現場，載具（Carrier／Fixture）的平整度是最容易被忽略、又最難量的變因。它不平，錫膏厚度分布就不均、元件置放的 Z 軸就偏，結果是空焊、立碑與產品翹曲。這篇說明白光結構光量測的原理、系統組成、實測驗證數據，以及它與國際翹曲標準之間真正的對應關係。

一、傳統量法的問題

• 目測：無法量化，判定隨人而異，也留不下可追溯的紀錄。
• 接觸式量測（如分厘卡）：只能量點或線，覆蓋率僅 5% 到 10%。載具的翹曲通常是連續曲面，抽幾個點量不到中央凸起或四角翹曲的真實幅度。
• 兩者都難以建立統一、可追溯的檢測標準——這才是真正的痛點：不是量不到，是量了也無法跨批次、跨人員比較。

二、結構光怎麼量出高度

結構光是一種主動式光學三維量測技術。作法是用可控光源（例如 DLP 投影器）把已知的數學圖案——光學條紋——投射到待測物表面。當表面有高度變化時，這些條紋在相機視角下會產生對應的形變；透過幾何三角測量法分析條紋的形變程度，就能反推出表面的三維深度資訊。

兩種條紋演算法一起用

此外系統採用「多頻條紋融合」策略，結合高頻與低頻條紋，解決相位摺疊（2π ambiguity）問題，讓大範圍高低落差的物體也能精確還原三維形貌。

三、為什麼用白光

選白光的四個理由：對 SMT 現場常見的錫膏、PCB 綠漆等表面，白光提供最均勻的反射特性；光譜與標準 CMOS 相機的感光範圍匹配，不需特殊感光元件；成本顯著低於藍光 DLP 模組；而本系統所需的精度約 ±25 μm 至 ±50 μm，白光技術已能完全滿足。

四、系統組成與穩定性

支架採「鋁合金主支架 ＋ 工業鋁擠型副結構」的複合設計，並加裝矽膠避震墊抑制高頻震動。經 4 小時穩定性測試，熱漂移控制在 ±5 μm 以內。

五、演算法流程與顏色判讀

從取像到視覺化結果，整個流程在 1 秒內完成，共七步：

• 投影與取像：投影器高速投射條紋，雙相機以硬體觸發同步取像。
• 相位解碼：結合格雷碼與相位移演算法解算出相位圖。
• 三維重建：以三角測量法把相位圖轉換為每像素的高度圖（Z-map）。
• 平面擬合與去傾斜：以最小平方法自動尋找基準面並校正為零平面，消除因放置傾斜帶來的誤差。
• 顏色閾值分類：依預設或自訂的公差範圍，把高度數據映射為顏色。
• 噪聲濾波：區域權重濾波，平滑邊緣、抑制雜點。
• 結果顯示與報告輸出：即時顯示 2D／3D 顏色圖，一鍵生成統計報告。

顏色分級（範例）

色階對應的公差可依產品類型（SMT 載具、PCB 板等）自動調整或手動設定。

六、三項實測驗證

七、與傳統抽樣檢測的比較

覆蓋率那一項是這套方法真正的價值所在。接觸式量測只能取點，而載具的翹曲是連續曲面——抽樣量測有可能剛好避開最大變形處，量出「合格」的結果。全面覆蓋改變的不是精度，是會不會漏掉。

八、對應的國際標準（以及一個重要的界線）

順帶更正一處名稱：JEDEC JESD22-B112 規範的是封裝層級（package level）的翹曲量測，不是板層級（board level）。引用時用正確名稱，稽核時比較站得住。

原始技術文件的未來開發方向中，也列出了「高溫版本（150 °C 環境下量測，用於分析迴焊過程中的動態翹曲變化）」——正好對應上述界線。其餘規劃包含以深度學習模型自動辨識形變類型（中央凸出、四角翹曲）並判斷可修復或需報廢、結合輸送帶的全自動線上版本，以及融合 ToF 感測器補償高反光區域以提升鏡面與拋光金屬的量測精度。

常見問題

From：嘉鴻工程部