專利名稱：基于數字影像的印制線路板現場測試方法
技術領域：
本發明涉及的是一種印制線路板技術領域的測試方法，具體地說，是一種基于數字影像的印制線路板現場測試方法。
背景技術：
近幾年來，隨著國外PCB(印制線路板)制造業向中國轉移，我國的PCB產業取得了蓬勃發展，同時給PCB的檢測檢測工作帶來了更高的要求。從PCB產品的發展來看，現今的測試技術正朝全自動、高可靠性方向發展，以減少人為和環境因素的影響。其中，目檢、尺寸檢驗、導線精度、結構完整性等是IPC(美國連接電子業協會)標準規定的質量鑒定項目。目前，自動光學檢測已被廣泛應用于PCB板的在線檢測，該方法利用光線在不同材料上反射效果的差異，通過光學掃描系統獲取PCB的圖像信息。對于復雜的PCB板，其圖像信息量很大，生產狀況相對也較不穩定，圖像誤差大，自動光學檢測系統在判定缺陷時會報告很多虛假錯誤。根據操作者的使用經驗，在檢查復雜PCB時，自動光學檢測系統存在一定程度的漏測。
經對現有技術文獻檢索發現，中國專利申請號02139916.6，專利名稱為影像測量系統和方法。根據該發明提供的測量方法可以看出，該方法是通過處理物件的影像資料從而獲得物件的尺寸資料。但針對PCB板特定的檢測要求，該方法并不能保證PCB板上目標的檢測精度、結構的完整性測試等要求，同時不能給生產部門出具檢測報表以指導生產。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種為基于數字影像的印制線路板現場測試方法，使其根據測試需要利用步進電機驅動帶輪調節光學鏡頭倍率，對PCB目標的特定區域進行圖像采集，并采用高精度亞像素邊緣檢測技術，來實現PCB板的目標檢測，同時出具檢測數據報表。
本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括以下步驟(1)進行PCB板結構完整性的圖像匹配檢測，目標圖像與標準圖像的對應區域進行比較，實現PCB板結構完整性的匹配檢測；(2)采用PCB板導線尺寸的矩形框測試技術，根據導線和基板成像后灰度的不同，在矩形測試框內對目標圖像進行灰度處理和邊緣定位，計算導線的幾何尺寸；(3)實現目標圖像的高精度邊緣定位，采用LOG算子(拉普拉斯高斯算子)進行快速邊緣定位，并利用三次多項式擬合邊緣鄰域內的灰度值，實現亞像素級的圖像邊緣定位。
所述的PCB板結構完整性的圖像匹配檢測，是指為了提高檢測的準確性，測試系統直接從CAD/CAM(計算機輔助設計及制造系統)產生PCB板的標準圖像數據；測試系統中光學鏡頭的倍率通過步進電機驅動帶輪調節，根據PCB板上目標的大小和分布密度，調節光學系統倍率對被測PCB板的目標區域進行圖像采集和存儲，移動水平工作臺的X軸和Y軸，實現整個PCB板的圖像采集和存儲；根據光學系統的倍率對標準圖像進行放大或縮小，把采集到的目標圖像與標準圖像的對應區域比較，從而實現PCB板結構完整性的缺陷檢測。
所述的PCB板導線尺寸的矩形框測試技術，是指根據PCB設計和制造工藝的要求，PCB板導線尺寸測量的項目包括導線寬度、導線間距、導線平均寬度、鉆孔最大直徑、焊盤最大直徑、鉆孔中心與焊盤中心的偏差。在檢測過程中，根據導線和基板成像后灰度的不同，利用圖像的亞像素邊緣定位算法，計算導線的幾何尺寸。
導線寬度、平行導線的線間距和導線平均寬度測量采用矩形測試框，即用鼠標在圖像測試區域建立一個矩形標識框，測試框的大小根據測量目標的圖像尺寸大小進行調節，系統在測試框內進行灰度處理和邊緣定位，計算出當前所測試的線條寬度，并在圖像上進行標注。
鉆孔和焊盤最大直徑的測量采用矩形測試框，測試框的大小根據鉆孔或焊盤的圖像尺寸大小進行調節，系統在測試區域內進行灰度處理和邊緣定位；在初始位置處，系統會沿測試框平行的方向檢測出鉆孔或焊盤圓周的兩條邊界最佳切線，計算出該位置時的直徑；測試框繞其中心位置旋轉一個當量，旋轉當量根據測量精度確定，每旋轉一次系統會沿測試框平行的方向檢測出鉆孔或焊盤圓周的兩條邊界最佳切線，得出該位置時的直徑；旋轉180°后，將得到的所有直徑值進行比較，得出最大直徑值以及對應的傾角，并在圖像上沿最大直徑方向進行標注。
鉆孔中心與焊盤中心的偏差的測量采用兩個矩形測試框，兩個測試框的大小分別根據鉆孔和焊盤的大小調節，系統分別在兩個測試框內進行灰度處理和邊緣定位；與測試直徑的方法相同，分別求出鉆孔和焊盤的最大直徑位置，再計算出鉆孔和焊盤圓心位置，利用兩點間距離計算出中心偏差值。
系統把每幅圖像的測試結果生成數據報表，通過打印機出具檢測報告，指導工作人員進行工藝改進。
所述的目標圖像的高精度邊緣定位，是指為提高測試系統的檢測精度，根據PCB板導線的密度大小和線條的粗細，設定了兩個測量視野；當導線較細且密度較大時，采用較小的測量視野以提高檢測精度；當導線較粗且要求同時測量的目標較多時，采用較大的測量視野；視野的大小通過步進電機進行調節。
在測量視野和CCD攝像機分辨率一定的情況下，提高測試系統的檢測精度關鍵是如何提高目標圖像的邊緣定位精度，如果能將圖像上的特征目標定位在亞像素級別，就相當于提高了測量系統的精度。為此，本發明提出采用LOG算子進行快速邊緣定位和三次多項式來擬合邊緣的灰度值，從而實現亞像素級的圖像邊緣定位。具體實現如下首先，把原始圖像同高斯函數進行卷積運算，離散化后的LOG模板與圖像卷積后的零交叉點即是圖像的邊緣，從而實現LOG算子的快速邊緣定位；其次，在快速定位的邊緣鄰域內，利用三次多項式來擬合邊緣的灰度值，取其拐點為邊緣位置，實現亞像素定位精度的方法。
本發明把數字化影像檢測技術應用于印制線路板的生產現場測試，解決了傳統自動光學測試系統的缺陷，同時為工作人員出具檢測報告以改進制造工藝等。該方法采用PCB板結構完整性的圖像匹配檢測技術，PCB板導線尺寸的矩形框測試技術，并利用LOG算子進行快速邊緣定位和三次多項式來擬合邊緣的灰度值的算法把目標圖像的邊緣定位在亞像素級。該測試系統不僅具有較高的檢測精度，而且漏檢率極低。
具體實施例方式
結合本發明的內容提供以下實施例本實施例在自主開發的數字化影像檢測儀上進行，具體實施過程如下被測目標為PCB內層板的導線幾何尺寸，測試項目為導線寬度、導線線間距和鉆孔最大直徑，測試系統的硬件配置如下所示
(1)根據PCB板導線的粗細和分布密度確定測量視野為12mm×9mm，視野的大小通過步進電機驅動帶輪調節光學鏡頭的倍率實現。
(2)目標區域通過圖像采集子系統成像，成像后的視頻信號通過圖像采集卡存入計算機。
(3)把采集到的原始圖像同高斯函數進行卷積運算，離散化后的LOG模板與圖像卷積后的零交叉點即是圖像的邊緣，從而實現LOG算子的快速邊緣定位；然后在快速定位的邊緣鄰域內，利用三次多項式來擬合邊緣的灰度值，取其拐點為邊緣位置，實現圖像的亞像素邊緣定位。
(4)導線寬度、平行導線的線間距測量采用矩形測試框，即用鼠標在圖像測試區域建立一個矩形標識框，測試框的大小根據測量目標的圖像尺寸大小進行調節，系統在測試框內進行灰度處理和邊緣定位，計算出當前所測試的線條寬度，并在圖像上進行標注。
(5)鉆孔最大直徑的測量采用矩形測試框，測試框的大小根據鉆孔的圖像尺寸大小進行調節，系統在測試區域內進行灰度處理和邊緣定位；在初始位置處，系統會沿測試框平行的方向檢測出鉆孔圓周的兩條邊界最佳切線，計算出該位置時的直徑；測試框繞其中心位置旋轉一個當量，旋轉當量取1°，每旋轉一次系統會沿測試框平行的方向檢測出鉆孔圓周的兩條邊界最佳切線，得出該位置時的直徑；旋轉180°后，將得到的所有直徑值進行比較，得出最大直徑值以及對應的傾角，并在圖像上沿最大直徑方向進行標注。
(6)通過測試系統出具的檢測報告分析得出，基于數字影像的印制線路板現場測試系統具有較高的檢測精度，解決了傳統自動光學檢測系統的缺陷，大大減少了印制線路板的漏檢率，同時檢測結果為工作人員對生產制造工藝及其設計的改進提供了參考依據。
權利要求
1.一種基于數字影像的印制線路板現場測試方法，其特征在于，包括以下步驟(1)進行PCB板結構完整性的圖像匹配檢測，目標圖像與標準圖像的對應區域進行比較，實現PCB板結構完整性的匹配檢測；(2)采用PCB板導線尺寸的矩形框測試技術，根據導線和基板成像后灰度的不同，在矩形測試框內對目標圖像進行灰度處理和邊緣定位，計算導線的幾何尺寸；(3)實現目標圖像的高精度邊緣定位，采用LOG算子進行快速邊緣定位，并利用三次多項式擬合邊緣鄰域內的灰度值，實現亞像素級的圖像邊緣定位。
2.根據權利要求1所述的基于數字影像的印制線路板現場測試方法，其特征是，所述的PCB板結構完整性的圖像匹配檢測，是指測試系統直接從CAD/CAM產生PCB板的標準圖像數據；測試系統中光學鏡頭的倍率通過步進電機驅動帶輪調節，根據PCB板上目標的大小和分布密度，調節光學系統倍率對被測PCB板的目標區域進行圖像采集和存儲，移動水平工作臺的X軸和Y軸，實現整個PCB板的圖像采集和存儲；根據光學系統的倍率對標準圖像進行放大或縮小，把采集到的目標圖像與標準圖像的對應區域比較，從而實現PCB板結構完整性的缺陷檢測。
3.根據權利要求1所述的基于數字影像的印制線路板現場測試方法，其特征是，所述的采用PCB板導線尺寸的矩形框測試技術，是指導線寬度、平行導線的線間距和導線平均寬度測量采用矩形測試框，即用鼠標在圖像測試區域建立一個矩形標識框，測試框的大小根據測量目標的圖像尺寸大小進行調節，系統在測試框內進行灰度處理和邊緣定位，計算出當前所測試的線條寬度，并在圖像上進行標注。
4.根據權利要求3所述的基于數字影像的印制線路板現場測試方法，其特征是，所述的采用PCB板導線尺寸的矩形框測試技術，是指鉆孔和焊盤最大直徑的測量采用矩形測試框，測試框的大小根據鉆孔或焊盤的圖像尺寸大小進行調節，系統在測試區域內進行灰度處理和邊緣定位；在初始位置處，系統會沿測試框平行的方向檢測出鉆孔或焊盤圓周的兩條邊界最佳切線，計算出該位置時的直徑；測試框繞其中心位置旋轉一個當量，旋轉當量根據測量精度確定，每旋轉一次系統會沿測試框平行的方向檢測出鉆孔或焊盤圓周的兩條邊界最佳切線，得出該位置時的直徑；旋轉180°后，將得到的所有直徑值進行比較，得出最大直徑值以及對應的傾角，并在圖像上沿最大直徑方向進行標注。
5.根據權利要求1或3或4所述的基于數字影像的印制線路板現場測試方法，其特征是，所述的采用PCB板導線尺寸的矩形框測試技術，是指鉆孔中心與焊盤中心的偏差的測量采用兩個矩形測試框，兩個測試框的大小分別根據鉆孔和焊盤的大小調節，系統分別在兩個測試框內進行灰度處理和邊緣定位；與測試直徑的方法相同，分別求出鉆孔和焊盤的最大直徑位置，再計算出鉆孔和焊盤圓心位置，利用兩點間距離計算出中心偏差值。
6.根據權利要求1所述的基于數字影像的印制線路板現場測試方法，其特征是，所述的實現目標圖像的高精度邊緣定位，其方法為根據PCB板導線的密度大小和線條的粗細，設定兩個測量視野；當導線較細且密度較大時，采用較小的測量視野以提高檢測精度；當導線較粗且要求同時測量的目標較多時，采用較大的測量視野；視野的大小通過步進電機進行調節。
7.根據權利要求1所述的基于數字影像的印制線路板現場測試方法，其特征是，所述的采用LOG算子進行快速邊緣定位，其方法為把原始圖像同高斯函數進行卷積運算，離散化后的LOG模板與圖像卷積后的零交叉點即是圖像的邊緣，從而實現LOG算子的快速邊緣定位。
8.根據權利要求1所述的基于數字影像的印制線路板現場測試方法，其特征是，所述的利用三次多項式擬合邊緣鄰域內的灰度值，其方法為在快速定位的邊緣鄰域內，利用三次多項式來擬合邊緣的灰度值，取其拐點為邊緣位置，實現亞像素定位精度的方法。
全文摘要
一種屬于測量技術領域的基于數字影像的印制線路板現場測試方法，本發明包括以下步驟(1)進行PCB板結構完整性的圖像匹配檢測，目標圖像與標準圖像的對應區域進行比較，實現PCB板結構完整性的匹配檢測；(2)采用PCB板導線尺寸的矩形框測試技術，根據導線和基板成像后灰度的不同，在矩形測試框內對目標圖像進行灰度處理和邊緣定位，計算導線的幾何尺寸；(3)實現目標圖像的高精度邊緣定位，采用LOG算子進行快速邊緣定位，并利用三次多項式擬合邊緣鄰域內的灰度值，實現亞像素級的圖像邊緣定位。本發明采用高精度亞像素邊緣檢測技術，來實現PCB板的目標檢測，同時出具檢測數據報表。
文檔編號G01B11/24GK1712887SQ200510026799
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月16日 優先權日2005年6月16日
發明者姚曉棟 申請人:姚曉棟