AOI質(zhì)量檢測(cè)方法的應(yīng)用與研究

目錄1引言 11.1PCB檢測(cè)方法 11.2PCB缺陷檢測(cè)的重要性 21.3AOI的研究和國應(yīng)用現(xiàn)狀 31.4PCB及AOI的發(fā)展趨勢(shì)及研究的意義 32AOI系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與原理 42.1AOI系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 42.2AOI的工作原理及主要特點(diǎn) 53AOI圖像的獲取與處理 63.1圖像采集 63.1.1圖像采集的基本理論 63.1.2PCB圖像采集方法 63.2圖像預(yù)處理 73.2.1PCB圖像增強(qiáng) 73.2.2中值濾波 83.3圖像分割 93.4PCB圖像定位 94PCB缺陷檢測(cè)方法 104.1PCB圖像缺陷檢測(cè)方法分類及簡(jiǎn)介 104.2PCB缺陷識(shí)別過程簡(jiǎn)介 114.3模板匹配法檢測(cè)PCB缺陷 124.3.1斷路和短路識(shí)別 124.3.2凸起識(shí)別 144.3.3凹陷和空洞識(shí)別 154.3.4劃痕識(shí)別 164.4非參考法檢測(cè)線寬和線距 164.4.1線寬線距檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) 164.4.2線寬檢測(cè)方法 174.4.3線距檢測(cè)方法 184.5自動(dòng)檢測(cè)檢測(cè)線寬線距程序?qū)崿F(xiàn) 185結(jié)束語 20致謝 20參考文獻(xiàn) 21TOC\o"1-3"\f\h\z\u1引言 11.1PCB檢測(cè)方法 11.2PCB缺陷檢測(cè)的重要性 21.3AOI的研究和國應(yīng)用現(xiàn)狀 31.4PCB及AOI的發(fā)展趨勢(shì)及研究的意義 32AOI系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與原理 42.1AOI系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 42.2AOI的工作原理及主要特點(diǎn) 53AOI圖像的獲取與處理 63.1圖像采集 63.1.1圖像采集的基本理論 63.1.2PCB圖像采集方法 63.2圖像預(yù)處理 73.2.1PCB圖像增強(qiáng) 73.2.2中值濾波 83.3圖像分割 93.4PCB圖像定位 94PCB缺陷檢測(cè)方法 104.1PCB圖像缺陷檢測(cè)方法分類及簡(jiǎn)介 104.2PCB缺陷識(shí)別過程簡(jiǎn)介 114.3模板匹配法檢測(cè)PCB缺陷 124.3.1斷路和短路識(shí)別 124.3.2凸起識(shí)別 144.3.3凹陷和空洞識(shí)別 154.3.4劃痕識(shí)別 164.4非參考法檢測(cè)線寬和線距 164.4.1線寬線距檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) 164.4.2線寬檢測(cè)方法 174.4.3線距檢測(cè)方法 184.5自動(dòng)檢測(cè)檢測(cè)線寬線距程序?qū)崿F(xiàn) 185結(jié)束語 20致謝 20參考文獻(xiàn) 21AOI質(zhì)量檢測(cè)方法的應(yīng)用與研究摘要:簡(jiǎn)單介紹了自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）技術(shù)的工作原理及主要特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI）技術(shù)對(duì)于印制電路板中短路、斷路、凸起、凹陷等缺陷，并分析提出中心線畫法線的算法解決了檢測(cè)線寬線距的難題和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕法區(qū)分空洞和凹陷的問題。關(guān)鍵詞:自動(dòng)光學(xué)檢測(cè);中心線畫法線算法;數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)TheapplicationandresearchofAOIqualityinspectionmethodAbstract:Briefintroductiontotheworkingprincipleoftheautomaticopticalinspection(AOI)technologyandmaincharacteristicsoffocusontheautomaticopticalinspection(AOI)technologyforprintedcircuitboardintheshortcircuit,opencircuit,salientanddepressiondefectsandanalysiscenterlinedrawingnormalalgorithmisputforwardtosolvethedetectionlinewidthfrommathproblemsandcorrosionmorphologymethodtodifferentiatetheemptyandhollow.Keywords:Automaticopticalinspection;linedrawingnormalalgorithm;mathematicalmorphology目錄1引言 (1)1.1PCB檢測(cè)方法 (1)1.2PCB缺陷檢測(cè)的重要性 (2)1.3AOI的研究和國應(yīng)用現(xiàn)狀 (3)1.4PCB及AOI的發(fā)展趨勢(shì)及研究的意義 (3)2AOI系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與原理 (4)2.1AOI系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) (4)2.2AOI的工作原理及主要特點(diǎn) (5)3AOI圖像的獲取與處理 (6)3.1圖像采集 (6)3.1.1圖像采集的基本理論 (6)3.1.2PCB圖像采集方法 (6)3.2圖像預(yù)處理 (7)3.2.1PCB圖像增強(qiáng) (7)3.2.2中值濾波 (8)3.3圖像分割 (9)3.4PCB圖像定位 (9)4PCB缺陷檢測(cè)方法 (10)4.1PCB圖像缺陷檢測(cè)方法分類及簡(jiǎn)介 (10)4.2PCB缺陷識(shí)別過程簡(jiǎn)介 (11)4.3模板匹配法檢測(cè)PCB缺陷 (12)4.3.1斷路和短路識(shí)別 (12)4.3.2凸起識(shí)別 (14)4.3.3凹陷和空洞識(shí)別 (15)4.3.4劃痕識(shí)別 (16)4.4非參考法檢測(cè)線寬和線距 (16)4.4.1線寬線距檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) (16)4.4.2線寬檢測(cè)方法 (17)4.4.3線距檢測(cè)方法 (18)4.5自動(dòng)檢測(cè)檢測(cè)線寬線距程序?qū)崿F(xiàn) (18)5結(jié)束語 (20)致謝 (20)參考文獻(xiàn) (21)1引言在制造印刷電路板的過程是非常繁多、工序復(fù)雜，尤其是在生產(chǎn)過程中容易引發(fā)各種缺陷和故障。自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)AOI(AutomaticOpticInspection)本身就比以往的方法要準(zhǔn)確、實(shí)用、穩(wěn)定。他尤其會(huì)減輕對(duì)檢測(cè)品是損壞，通過研究獨(dú)特的AOI質(zhì)量檢測(cè)方法來解決PCB板引起的各種缺陷，因此研究AOI質(zhì)量檢測(cè)方法是很有重要的意義。本文介紹如下：首先，對(duì)過外AOI系統(tǒng)中各種軟件進(jìn)行研究，規(guī)劃出了一個(gè)完整的檢測(cè)方案，其中主要有圖像獲取、圖像處理、圖像分割、PCB圖像的定位、缺陷的確定和查找等，從而來定檢測(cè)該使用哪種路徑和方法。因?yàn)镻CB圖像擁有獨(dú)特的色彩、分辨率、灰度級(jí)不同等多種特點(diǎn)，根據(jù)合適的特征量來選擇恰當(dāng)?shù)拈撝祦磉M(jìn)行圖像分割。再次，對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則校驗(yàn)法的分析和探討，一般印刷板的走線有一定的規(guī)則，采用特殊中心線畫法線的方法解決線寬和線距的種種問題。這種方法可以據(jù)導(dǎo)線部、導(dǎo)線之間與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則進(jìn)行對(duì)比是否合格，如果不符合標(biāo)準(zhǔn)則不合格。對(duì)于凹陷和空洞利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕法將去區(qū)分開來。最后，研究出針對(duì)PCB板不同的缺陷利用不同圖像特征來選擇合適的檢測(cè)方法，使AOI質(zhì)量檢測(cè)的方法得到充分的應(yīng)用與研究。1.1PCB檢測(cè)方法蝕刻是制造PCB板中非常關(guān)鍵的一步，蝕刻時(shí)會(huì)由于溫度，時(shí)間，藥品的劑量的多少等多種因素的問題，使板子上的電路圖產(chǎn)生斷路、短路、凸起、凹陷等等很多問題[1]。AOI檢測(cè)系統(tǒng)主要用在裸板（板上沒有安裝元器件）和板上有元器件的兩種印刷板中，檢測(cè)印刷板大致分三類：電檢測(cè)、人工目測(cè)、光學(xué)檢測(cè)。很久以前，大部分工廠都是人工目測(cè)來檢測(cè)合格，這種方法帶來很多缺點(diǎn)和不足，然后又出現(xiàn)了電檢測(cè)，它雖然帶來點(diǎn)作用但是還是存在很大不足。所以，AOI檢測(cè)是非常新穎的方法也是現(xiàn)在很多廠家都在使用的方法，得到了非常的歡迎和喜愛。AOI檢測(cè)中圖像采集時(shí)根據(jù)的是光的反射原理得到所需的圖像，然后通過計(jì)算機(jī)處理和自動(dòng)化的流程的控制技術(shù)相互作用對(duì)PCB板進(jìn)行處理得出結(jié)論，而且在工業(yè)中也有很多應(yīng)用比如元器件焊接的問題檢測(cè)和缺陷識(shí)別。1.2PCB缺陷檢測(cè)的重要性電子產(chǎn)品的核心是其中的印刷板，其中有復(fù)雜的元器件、電路、連器件互連而成的，對(duì)于研制PCB的工藝流程中，檢測(cè)其是符合合格是非常有必要的。這不緊保證產(chǎn)品質(zhì)量手段，而且可節(jié)省測(cè)試的費(fèi)用。印制電路板檢測(cè)往往配備了電氣性能試驗(yàn),物理機(jī)械性能試驗(yàn),氣候環(huán)境試驗(yàn),金相剖切檢測(cè),可靠性試驗(yàn)等相關(guān)檢測(cè)的設(shè)備[1]。從簡(jiǎn)單的外觀檢驗(yàn)到復(fù)雜是部檢測(cè)，因此可以把簡(jiǎn)單的檢測(cè)和對(duì)印刷板板監(jiān)控相互連接起來。在印刷板出廠前必須達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)，以免給后面的程序帶來不必要的損失和麻煩，也提高其品質(zhì)?？偠灾?，我們?cè)谏a(chǎn)PCB的過程中，難免會(huì)遇到各種的缺陷和難題，研究出合適是檢測(cè)方法也是很有用的以及對(duì)缺陷的種類研究和特征的分析，PCB缺陷的檢測(cè)是很有必要的。1.3AOI的研究和國應(yīng)用現(xiàn)狀A(yù)OI能較好地解決PCB生產(chǎn)中的質(zhì)量檢測(cè)問題,但對(duì)于國外的AOI設(shè)備，因?yàn)樗脑O(shè)備利用了多攝像頭技術(shù)，功能十分強(qiáng)大。但是，它們有一個(gè)共性的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。國也研制出很多方案和設(shè)計(jì)，但是畢竟還處于不成熟的時(shí)期，需要對(duì)其深入的研究和探討是AOI發(fā)展的必要趨勢(shì)，努力研制出性價(jià)比高的檢測(cè)系統(tǒng)。1.4PCB及AOI的發(fā)展趨勢(shì)及研究的意義電子技術(shù)發(fā)展越來越趨向小型化發(fā)展，為了滿足這樣的需求，PCB板也一定向微型化這個(gè)方向努力。激光鉆孔一般用在微型的器件中將會(huì)越來越精密的方向發(fā)展，由于層數(shù)的增多，線路越來越小的趨勢(shì)進(jìn)行，尤其是訊設(shè)備的背板，線路單一卻層數(shù)很高。因此適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，AOI技術(shù)有飛速的發(fā)展，由于HDI板線路很細(xì)也和繁瑣，其缺陷更為難以分辨出來，要研究AOI對(duì)細(xì)微缺陷的檢測(cè)有效方法。很多廠家期望AOI直接與蝕刻結(jié)合起來，就減少了人力物力，也提高了其品質(zhì)。通訊背板將向更多層板的趨勢(shì)發(fā)展，也將研究出專屬它的方法。首先，國對(duì)AOI系統(tǒng)的研究和開發(fā)有自主產(chǎn)權(quán)的、價(jià)格適當(dāng)?shù)腜CB檢測(cè)系統(tǒng)是很有發(fā)展前途。其次，二值圖像或灰度圖像研究是現(xiàn)在的PCB缺陷識(shí)別軟件中重要的圖像處理，同時(shí)也增添了檢測(cè)中的時(shí)間和空間的復(fù)雜度?？偠灾瑢?duì)PCB常見的缺陷所用的圖像處理軟件及其用的合適的方法處理進(jìn)行研究和探討具有很重要的意義。2AOI系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與原理2.1AOI系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)對(duì)于一個(gè)PCB缺陷AOI系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，主要包括圖像的拍攝、分割圖像、確定PCB圖像的位置、分析并提取獨(dú)有的特征，最后進(jìn)行采取合適的方法來識(shí)別這種常見的異常。顯而易見，對(duì)這幾個(gè)模塊的研究是非常有那個(gè)必要的，系統(tǒng)總體方案和結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖像定位特征提取目標(biāo)識(shí)別圖像分割線路層分割碳線層分割焊盤層分割機(jī)械層分割圖像采集*BMR文件圖像預(yù)處理CCD系統(tǒng)圖像增強(qiáng)中值濾波缺陷檢測(cè)檢測(cè)結(jié)果輸出設(shè)計(jì)規(guī)則效驗(yàn)法參考法線路檢測(cè)線距檢測(cè)短路檢測(cè)斷路檢測(cè)空洞檢測(cè)凹陷檢測(cè)凸起檢測(cè)劃痕檢測(cè)圖1PCB缺陷檢測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.2AOI的工作原理及主要特點(diǎn)AOI是檢測(cè)印刷板是否符合標(biāo)準(zhǔn)的一種檢測(cè)方法，用于高精密單層印制板的制造流程中，特別是對(duì)于多層印制板加工的關(guān)鍵的一步。這個(gè)系統(tǒng)主要結(jié)合了光的反射原理，圖像增強(qiáng)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，圖像的轉(zhuǎn)換以及圖像多步的處理。以下是AOI功能模塊，如圖2所示：圖像分析處理形態(tài)學(xué)算法\特征提取數(shù)據(jù)比對(duì)\缺陷報(bào)告標(biāo)記輸出圖像采集待服控制系統(tǒng)待服控制系統(tǒng)光學(xué)定位系統(tǒng)顯示系統(tǒng)標(biāo)記輸出系統(tǒng)光學(xué)掃描系統(tǒng)主機(jī)系統(tǒng) 圖2AOI功能模塊在進(jìn)行圖像獲取這個(gè)流程中一般采用CCD或激光來自動(dòng)化的掃描板子，得到想要的圖像，然后把采集的圖像輸入對(duì)應(yīng)程序的計(jì)算機(jī)中，把圖像經(jīng)過多層的處理與分析，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比看是否符合標(biāo)準(zhǔn)，如果不合格則標(biāo)記出來輸出。3AOI圖像的獲取與處理AOI圖像的獲取與處理是檢測(cè)系統(tǒng)中非常重要的一步，第一用合適的機(jī)器來拍攝板子得到最初的圖像，接下來就是對(duì)獲取圖像來加工和分析處理、分割等多道工序后才可以進(jìn)行后面完整的檢測(cè)[1]。3.1圖像采集3.1.1圖像采集的基本理論人們一般看到的圖像都是由綠、藍(lán)(RGB)三種成分構(gòu)成的模擬圖像?？梢岳脠D像是個(gè)連續(xù)的函數(shù)，每一個(gè)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)值，可以繪出對(duì)應(yīng)的函數(shù)圖像，再輸入計(jì)算機(jī)之前必須用圖像傳感器將光信號(hào)變成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，然后再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)中，這一部分工作就稱為圖像采集[2][3]。3.1.2PCB圖像采集方法現(xiàn)在AOI圖像獲取有兩種方法：一種用高頻率的CCD成像，另一種是用激光作為光源，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換來采集圖像。一般采用高分辨率的CCD進(jìn)行PCB圖像采集?；緢D像采集過程是利用合適的光源照射PCB板，根據(jù)光的反射原理反射出來的光通過高分辨的CCD得到圖像，然后把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送到采集卡上，最后把所得采集卡進(jìn)行量化獲得所需圖像。采集過程如圖3所示：彩色圖像光源PCB攝像采集卡圖3圖像采集過程3.2圖像預(yù)處理圖像處理[4]就是利用高分辨率的CCD獲取圖像得到有關(guān)的PCB板電信號(hào)，根據(jù)所得電信號(hào)與計(jì)算機(jī)一一對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的原理，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的圖像，因?yàn)橛∷⒒搴豌~的灰度級(jí)不同形成二維灰度圖形也有所不同，接下來采用閾值法將板子的基板和附有銅那部分進(jìn)行區(qū)分開來，因?yàn)榘遄拥幕搴透接秀~的閾值不相同所以可以根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)正好分開，最后獲取相應(yīng)的二進(jìn)制圖像。對(duì)于轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制圖像應(yīng)該與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比，才能找出缺陷。一般采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，那樣可以吧圖像轉(zhuǎn)換成更加骨干型，這樣一來可以使計(jì)算機(jī)中的儲(chǔ)存變少從而運(yùn)行加快提高速率，精確度也提高了。3.2.1PCB圖像增強(qiáng)PCB圖像的灰度直方圖如圖4所示，很明了的看到獲得的圖形中背景和那些要檢測(cè)的線路很相似不容易區(qū)分，從而影響效率。一般PCB的圖像比較暗，以致導(dǎo)致很難清晰的反應(yīng)出來目標(biāo)的灰度直方圖，所以給后面的圖像比較增加了難度難以準(zhǔn)確識(shí)別出相應(yīng)的缺陷。圖4典型的PCB圖像及其直方圖圖5圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)主要是為了以后的工序中識(shí)別缺陷更加準(zhǔn)確、明了。通過一些科技手段是增加后的圖像清晰。在本文中，將獲取的彩色的圖像分別從R、G、B三個(gè)方向來進(jìn)行在灰度上的處理。顯而易見，圖5很清晰反映了圖像經(jīng)過這樣一道程序的處理明顯的清晰明了了很多，達(dá)到想要的效果。3.2.2中值濾波中值濾波目的是消除孤立毛刺。因?yàn)橛械南袼睾拖嘟男盘?hào)的像素差別挺大卻相似度很大。對(duì)彩色圖像進(jìn)行中值濾波，方法和圖像增強(qiáng)很相似，從三個(gè)分量進(jìn)行濾波，這種方法的順序及程序如下:(1)找到模板的中心像素，然后選取合適的某一像素與前面的中心像素重合；(2)沿著移動(dòng)的方向掃描下一個(gè)點(diǎn)的像素找出與之對(duì)應(yīng)的顏色值；(3)將這些顏色值從小到大排成一；(4)找出這些值中排在中間的一個(gè);(5)最后把找出那個(gè)中間值賦值和模板的中心值。經(jīng)過以上幾個(gè)步驟，把圖像中值濾波后效果很明顯，a圖為未經(jīng)過處理的，b圖很明顯清晰了許多也解決了圖像會(huì)受到噪聲的影響。圖6就是PCB圖像種中值濾波前后比較：a b圖6PCB圖像中值濾波3.3圖像分割圖像分割[5]是將圖像各有的特征分別分割開以便后續(xù)清晰的識(shí)別缺陷。一般情況下我們會(huì)發(fā)現(xiàn)圖像與圖像之間會(huì)因?yàn)榱炼?、飽和度、色彩、紋理、條紋、是有差別的。利用圖像的這些特征進(jìn)行分類和分割歸類，這是對(duì)以后的識(shí)別不可缺少一步。一般情況下圖像分割利用圖像的閾值不同進(jìn)行分割，這種方法簡(jiǎn)單，計(jì)算量比較少，容易實(shí)現(xiàn)的特征，所以在許多工廠得到廣泛的應(yīng)用。3.4PCB圖像定位PCB圖像的定位問題也是PCB缺陷檢測(cè)的重重之重。無論是局部檢測(cè)還是全部檢測(cè)，都必須有準(zhǔn)確的PCB圖像定位，才能保證準(zhǔn)確的檢測(cè)出缺陷，這樣減少了很多因?yàn)槲恢玫脑蛴绊懞竺娴臋z測(cè)，其中對(duì)定位圓的檢測(cè)是通過隨機(jī)Hough變化來實(shí)現(xiàn)的[6]。4PCB缺陷檢測(cè)方法4.1PCB圖像缺陷檢測(cè)方法分類及簡(jiǎn)介PCB圖像缺陷檢測(cè)算法有參考算法、非參考算法和混合算法這三種重要算法[7]。參考算法有圖像或模型對(duì)比法。參考算法是獲取印刷版的全部像素信息與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比，也稱為逐像素比較。非參考算法[8]是設(shè)定好規(guī)則然后在進(jìn)行比對(duì)。不必要標(biāo)準(zhǔn)圖像的像素信息，反而是更加注重一定的規(guī)則。例如還可以設(shè)置導(dǎo)線的一定合格圍，給出導(dǎo)線的最小值和最大值，若測(cè)出來的導(dǎo)線寬度在這個(gè)圍則說明線路沒有缺陷?；旌戏ㄌ崛×藚⒖挤ê头菂⒖挤ǖ木A結(jié)合起來，這樣解決了雙方所不能解決的問題。我們會(huì)取其精華，去其糟粕。來一步一步的改進(jìn)從而達(dá)到我們想要的效果，為以后的圖像中缺陷識(shí)別打下良好的基礎(chǔ)，在比較中學(xué)習(xí)和成長。我們會(huì)根據(jù)PCB板的材質(zhì)不同，特征不同級(jí)缺陷不同選取合適的方法。如表1所示是參考法和非參考法的優(yōu)缺點(diǎn)：表1參考法和非參考法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)參考法自適應(yīng)強(qiáng)，可以檢測(cè)全局PCB板運(yùn)算速度慢，存儲(chǔ)空間大非參考法運(yùn)算速度快，存儲(chǔ)空間小自適應(yīng)性不夠，系統(tǒng)擴(kuò)展能力差4.2PCB缺陷識(shí)別過程簡(jiǎn)介一般常用的算法主要就解決PCB裸板上的異常，因?yàn)樵谶M(jìn)行蝕刻鍍銅時(shí)，不是使鍍的銅蝕刻太多引起斷路或凹陷；或是使鍍的銅蝕刻不徹底導(dǎo)致短路和凸起以及線寬線距的不合格。由于PCB的灰度級(jí)比較單一，我們采用將圖像讓計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成二值圖像或者灰度圖像，經(jīng)過多道程序的處理分割，最后采用合適的算法識(shí)別常見的缺陷，通常會(huì)與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行一一對(duì)比。其中識(shí)別過程一般參考法用在斷路、短路、凸起、凹陷等異常的識(shí)別；非參考法用在線寬和線距的問題的檢測(cè)。其中，參考法檢測(cè)部分的具體識(shí)別步驟如下:(l)圖像采集;(2)圖像預(yù)處理就是以上所采用的兩種方法;(3)PCB板定位，隨便也確定模板的中心位置;(4)然后讓得到的圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行一一對(duì)比，比較哪里有不同的地方則是缺陷出現(xiàn)的地方，標(biāo)記出來；(5)對(duì)于那些有特殊特征的圖像進(jìn)行分類，屬于哪一類將采用哪種方法更合適，快速的檢測(cè)出異常，提高效率。常見的PCB板的異常中，斷路、短路都會(huì)引起電流多大或電壓過大造成危害，還可能引起其他的損失，影響后面制造PCB板的進(jìn)度，所以必須把這種嚴(yán)重的問題扼殺在搖籃中；那些凹陷和凸起也不能忽略；劃痕先看程度大小來判斷板子是否合格，有些只是輕微的劃痕，不影響整個(gè)板子的功能，可以忽略不計(jì)；有些劃痕影響的挺嚴(yán)重，有可能是電路層中的斷路，如果更嚴(yán)重的話就沒有維修的必要了。以上所遇到的缺陷是我們制造PCB裸板常見的，一般的檢測(cè)路徑如圖7所示：是是否是是是凸起、短路斷路、空洞、凹陷、劃痕結(jié)束面積減少嗎?是缺陷輸入PCB,和模板匹配可以忽略嗎?匹配成功嗎?圖7缺陷檢測(cè)路徑4.3模板匹配法檢測(cè)PCB缺陷4.3.1斷路和短路識(shí)別在印刷板上出現(xiàn)的斷路，如圖8是明顯的線路層出現(xiàn)常見的斷路問題，a和b進(jìn)行比較可以明確紅色方框中就是我們提到的斷路問題。本文采用差值模板匹配法[9]從而算出線路面積，利用面積與標(biāo)準(zhǔn)線路面積和進(jìn)行比較明確那里出現(xiàn)短路，原理就是當(dāng)線路發(fā)生斷路時(shí)就會(huì)出現(xiàn)待測(cè)板的面積小于標(biāo)準(zhǔn)板線路面積。其實(shí)以上哪種方法用了區(qū)域生長的思路便捷的計(jì)算出線路面積，圖9清晰的看出計(jì)算待測(cè)板與標(biāo)準(zhǔn)板面積計(jì)較得出，待測(cè)板面積小于標(biāo)準(zhǔn)板，可能有斷路、凹陷、空洞這樣的異常，我們還要進(jìn)一步研究到底是那種缺陷。斷路原理如圖9所示。假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)板圖像總面積為area,a為右側(cè)導(dǎo)線上部分面積，b為中間斷路處的面積，c為導(dǎo)線下部分面積，則:area=a+b+c(4-1)當(dāng)發(fā)生斷路時(shí)，面積area'為:area'=a+c(4-2)顯然此時(shí):area'<area(4-3)由此，可以判斷PCB板出現(xiàn)了斷路。a標(biāo)準(zhǔn)圖像b缺陷圖像圖8斷路圖像圖9斷路原理短路和斷路原理一樣，只是當(dāng)線路層發(fā)生短路時(shí)，待測(cè)板面積會(huì)比標(biāo)準(zhǔn)板面積要大。計(jì)算機(jī)面積的方法也是利用同斷路計(jì)算面積方法一樣。不能單純的依據(jù)面積大于標(biāo)準(zhǔn)面積就判斷該線路層發(fā)生了短路，也許會(huì)是凸起這種缺陷。我們還要進(jìn)一步研究是否是短路缺陷。由于當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，我們從圖10很明顯看到有兩個(gè)接觸點(diǎn)，因?yàn)橹虚g的導(dǎo)線會(huì)與兩邊的導(dǎo)線相連所以有兩個(gè)接觸點(diǎn)分別是點(diǎn)A和點(diǎn)B；當(dāng)發(fā)生凸起這種問題時(shí)，只有一個(gè)接觸點(diǎn)。我們根據(jù)接觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)判斷到底是短路還是凸起。圖10短路原理4.3.2凸起識(shí)別凸起是因?yàn)樵谥圃霵CB裸板蝕刻時(shí)不當(dāng)引起的，沒有把該去除的銅時(shí)刻掉，它會(huì)導(dǎo)線與導(dǎo)線之間距離減少。如果檢測(cè)出這樣的缺陷可以通過放大鏡放大后用刀片劃掉多余的銅。以上提到的利用區(qū)域生長的思路來計(jì)算線路層中導(dǎo)線的面積，面積大于標(biāo)準(zhǔn)板面積也許是短路或凸起，所以首先計(jì)算出面積然后排出短路這種異常的問題。一般想要區(qū)別這兩種缺陷我們是通過觀察導(dǎo)線與導(dǎo)線之間接觸點(diǎn)的個(gè)數(shù)。接觸點(diǎn)個(gè)數(shù)是一個(gè)那么就是凸起缺陷。圖11就是典型線路層出現(xiàn)的凸起狀況：圖11凸起4.3.3凹陷和空洞識(shí)別對(duì)凹陷和空洞這兩種缺陷進(jìn)行識(shí)別時(shí)，因?yàn)檫@兩種缺陷都是因?yàn)樵谥圃霵CB板蝕刻這個(gè)工藝過程蝕刻過度，會(huì)造成導(dǎo)線寬度變窄。圖12為典型的凹陷，圖13是明顯的空洞，這個(gè)是明顯的碳路層。因?yàn)檫@兩種都是待測(cè)板的面積小于標(biāo)準(zhǔn)板的圖像面積，不能用這種方法來區(qū)分，只能用其他方法。想出了用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)腐蝕的方法解決這個(gè)難題。首先將圖像通過計(jì)算機(jī)相應(yīng)的程序轉(zhuǎn)換成灰度圖像，然后將灰度圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)膨脹運(yùn)算，尋找面積減少的部分然后看他的周圍是否是目標(biāo)圖像，如果是目標(biāo)是目標(biāo)圖像則說明是空洞；如果經(jīng)過膨脹功能后所得減少面積周圍是PCB板基板圖像，則說明是凹陷缺陷。圖12凹陷圖13空洞4.3.4劃痕識(shí)別劃痕缺陷的特征是顏色和基板的顏色有差別，利用這一點(diǎn)來識(shí)別這種缺陷。由于劃痕的灰度級(jí)與基板和導(dǎo)線的灰度級(jí)很相似，所以不能單純根據(jù)灰度級(jí)來識(shí)別這種缺陷。這種劃痕有點(diǎn)程度深有點(diǎn)只是輕微的，所以不能斷定是否在使用印刷板，如果只是輕微的劃痕，不影響其功能和性能則可以忽略不計(jì)。具體的方法是“與”運(yùn)算，待測(cè)圖像的灰度值和標(biāo)準(zhǔn)圖像的灰度值相同則為0；否則是1；說明有劃痕。4.4非參考法檢測(cè)線寬和線距線寬是導(dǎo)線的邊界線上一點(diǎn)設(shè)為基準(zhǔn)點(diǎn)，導(dǎo)線的邊界線的垂直方向上最相鄰的另一邊界線的相交點(diǎn)之間距離；線距是指兩根相鄰的導(dǎo)線法線方向的最近距離。線寬和線距在線路層也是非常重要，如果線寬太窄會(huì)因?yàn)殡娏髁鬟^此次不能承受如此的電流強(qiáng)度是導(dǎo)線燒斷；如過導(dǎo)線與導(dǎo)線距離距離太近，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)影響其他功能，如果線距太大會(huì)影響板子的合理分配。規(guī)則校驗(yàn)法適用于檢測(cè)這兩種缺陷，通過設(shè)置一定的規(guī)則，如果違反這種標(biāo)準(zhǔn)圍時(shí)，那么說明該印刷板存在這種缺陷，標(biāo)記為不合格產(chǎn)品。說白了其實(shí)是尺寸的校驗(yàn)。4.4.1線寬線距檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)首先對(duì)線寬的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，如果導(dǎo)線寬度在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圍則說明是合格的，否則是不能通過。例如，設(shè)置的導(dǎo)線的線寬規(guī)定的下限尺寸LMIN=0.12mm，上限尺寸LMAX=1.56mm，導(dǎo)線的實(shí)際寬度為L0，當(dāng)L0>LMIN或者L0<LMAX的時(shí)候，認(rèn)為此線寬是不合格的;只有當(dāng)LMIN<L0<LMAX時(shí)，換句話說就是在上線和下限圍之間才認(rèn)為線寬是合格的。如圖14所示，導(dǎo)線前后兩端很明顯不是一樣粗，a端為導(dǎo)線太窄的典型情況。圖14線寬缺陷4.4.2線寬檢測(cè)方法線寬線距檢測(cè)方法有很多種，采用了中心線畫圓法成功的實(shí)現(xiàn)了對(duì)上述兩種PCB缺陷的檢測(cè)。為了測(cè)出線寬和線距采取了Hilditch細(xì)化算法[9]來尋找中心線，首先是將印刷板沿著圖像掃描的方向進(jìn)行移動(dòng)，為了消除邊界像素，得到一個(gè)線寬的像素?；A(chǔ)就是先把圖像分割了然后將圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制圖像。由于圖像分割可以去除其他的像素留下導(dǎo)線的二進(jìn)制圖像以便觀察也保證信息的完整。利用中心線畫圓法計(jì)算出導(dǎo)線寬為L0，下限尺寸LMIN，上限尺寸LMAX，如果L0>LMIN，導(dǎo)線過窄；如果L0<LMIN，導(dǎo)線過寬；只有LMIN<L0<LMA，導(dǎo)線合格；畫線法畫線法判斷PCB圖像線路層分割二值轉(zhuǎn)換圖像識(shí)別尋找中心線圖15判斷流程圖檢測(cè)過程如圖15所示，根據(jù)法線的長度判斷該處的線寬是否存在著缺陷。如圖16所示的一段線路，任意選取線路上a，b，c三處像素點(diǎn)，利用以上介紹的方法計(jì)算出法線長度分別是W1，W2，W3，由圖可以看到W1>S，說明a點(diǎn)出線路過寬;c<L，此處導(dǎo)線過窄;(S為線寬的上限有在上限，L為下限)只有在圍之間才算合格，b就是合格的。圖16法線法檢測(cè)線寬4.4.3線距檢測(cè)方法線距檢測(cè)的原理同線寬檢測(cè)一樣，如圖17所示的兩段導(dǎo)線，點(diǎn)a、b、c處的法線長度分別為d1，d2和d3，從圖中可以看到，d1>D1，此處線路過寬;d3<Do，此處導(dǎo)線過窄;Do<d2<D1，此處符合導(dǎo)線寬度要求。di<D0過窄;D0≦di≦D1合格;di≧D1過寬。(Do為線距的下限，D1線距的上限)圖17法線法檢測(cè)線距4.5自動(dòng)檢測(cè)檢測(cè)線寬線距程序?qū)崿F(xiàn)采用規(guī)則校驗(yàn)法對(duì)線寬線距檢測(cè)原理就是上面4.4所敘述的。這里給出線寬線距檢測(cè)流程[10]，如圖18所示。當(dāng)檢測(cè)出缺陷時(shí)，用計(jì)算機(jī)標(biāo)記出出錯(cuò)處，另外PCB缺陷分析有類型、面積、位置的確認(rèn)。找出具體位置用坐標(biāo)標(biāo)記出來更形象，用word文檔先保存起來然后打印。整個(gè)流程利用了多種技術(shù)，把圖像進(jìn)行初處理，然后深入分析它的特征選取合適的檢測(cè)算法。這個(gè)程序的實(shí)現(xiàn)