CN108990299A - 一种基于图像检测的激光修正pcb板缺陷法 - Google Patents

一种基于图像检测的激光修正pcb板缺陷法 Download PDF

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Abstract

本发明属于数字图像处理技术领域，公开了一种基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法。该方法通过图像采集系统获取PCB图像；通过残铜检测系统对获取的PCB图像进行PCB残铜的坐标和面积检测，并划分残铜的待修正区域；利用激光烧蚀系统修正激光烧烛待修正区域的残铜，从而实现激光修正PCB板缺陷。本发明将图像处理技术与激光技术融合应用于残铜修复，通过图像处理技术检测出残铜信息后，将激光技术应用于PCB板修复残铜，替代了传统的人工修正刀修复残铜。

Description

一种基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法
技术领域
本发明属于数字图像处理技术领域，更具体地，涉及一种基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法。
背景技术
印制电路板(PCB线路板)，又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。它的设计主要是版图设计，采用电路板的主要优点是很大程度上减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。修正刀的PCB板修正残铜技术即通过人眼观测或者数字图像处理技术检测确定残铜位置，使用专用金属修正刀进行人工剔除残铜。目前主要的PCB板修正残铜方法主要是通过人工使用修正刀进行修正。其步骤是：A)在现场采集待检测印刷电路板的图像；B)通过PCB板残铜缺陷检测方法检测出残铜的坐标以及面积；C)通过人工判断是否可以通过修正刀修正；D)作业员根据提供的位置，在显微镜下精准地发现被检查出来的残铜所在的具体位置，在找到残铜所在的具体位置后，要使用恰到好处的修正刀具及的力量进行修正，以避免其修正过程对残铜边缘的其他区域造成伤害；E)进行PCB板残铜修正复检。这种人工使用修正刀进行修正PCB板残铜的缺点主要有：①要求残铜的面积小，残铜的厚度薄，铜箔下树脂的厚度足够厚以保证作业员修正后不会导致新的不良；②修正残铜的同时还要避免修成完的残铜跳跃到其他区域而形成新的短路不良；③工序复杂，培养一个成熟的作业员不易，需要对作业员的工艺要求极高；④PCB板进入了高精度高密度时代，人工操作在精度与修复性上具有局限性，修复耗费人工精力高，增加了修复成本。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，该方法在原有的视觉检测PCB板残铜位置的基础上，提出了激光修正残铜法，来替代传统的人工使用修正刀进行残铜修正，很好的解决了由作业人员引起的误差，降低了生产成本，提高PCB残铜的修复精度，修复效率和修复成功率。PCB板激光修正残铜法具有很好的实用性与推广性。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，包括如下具体步骤：
S1.通过图像采集系统获取PCB图像；
S2.通过残铜检测系统对获取的PCB图像进行PCB残铜的坐标和面积检测，并划分残铜的待修正区域；
S3.利用激光烧蚀系统修正激光对残铜的待修正区域中的残铜进行烧烛，从而实现激光修正PCB板缺陷。
优选地，步骤S1中所述图像采集系统包括摄像模块、光电耦合器模块和模数转换器模块，所述摄像模块包括镜头、摄像头、滤光镜和光源。
优选地，所述光源为环形LED发光二极管，所述光电耦合器模块为高精密度线性光电耦合器件，根据基材与铜表面对光的反射程度不同，所述模数转换器模块得到连续的模拟图像信号，并将模拟图像信号转化为计算机能处理的数字信号。
优选地，步骤S2中所述残铜检测系统包括：图像输入模块、二值化模块、连通域查找模块、连通域匹配模块、连通域分割模块和连通域细节检测模块，依次通过上述模块，缩小连通域搜索范围，精确定位残铜位置区域，检测出PCB残铜的坐标和面积信息。
优选地，步骤S2中所述残铜检测系统的具体检测方法为：
S21.首先连通域查找模块对查找二值化后的图像进行连通域，统计各个连通域的质心和面积信息；
S22.连通域匹配模块以步骤S21所得的各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，直至质心及面积信息的误差在预设范围内；所述连通域分为不匹配的连通域和匹配的连通域；
S23.连通域分割模块将步骤S22中的不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；
S24.连通域细节检测模块进一步筛选连通域，使其为匹配的连通域，最终提供残铜连通域的坐标位置和面积。
优选地，骤S3中所述激光烧蚀系统包括激光发生器、定位器、光线收缩装置、波形整形器、聚焦光学装置、角镜和控制器，所述聚焦光学装置包括第一级聚焦光器和第二级聚焦光器；所述第一级聚焦光学器包括第一物镜和第一透镜，所述第二级聚焦光学器包括第二物镜和第四透镜。
进一步地，所述角镜包括第一角镜、第二角镜和第三角镜，在第一角镜和第二角镜之间设有第二透镜，在第二角镜和第三角镜之间设有第三透镜。
进一步地，激光发生器产生激光束，激光束通过光线收缩装置，改变由激光发生器输出的激光强度，激光通过波形整形器以形成激光烧蚀所需的脉冲波形；从控制器出发，定位器与激光发生器相连接，依次通过光线收缩装置、波形整形器，通过第一级聚焦器，通过角镜反射，透镜折射的作用引导激光到达第二级聚焦光学器。
优选地，步骤S3中所述激光烧蚀系统的具体操作方法为：
S31.激光发生器产生激光束，激光束通过光线收缩装置，改变由激光发生器输出的激光强度，激光通过波形整形器以形成激光烧蚀所需的脉冲波形；
S32.脉冲波形依次通过第一物镜和第一透镜使激光束聚焦，经过聚焦的激光束会通过角镜改变激光的前进方向；
S33.步骤S32获得的激光束再依次通过第二物镜和第四透镜，保证激光能垂直照射到基板上，并使激光束最终行至需要烧蚀的残铜的位置。
所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法在数字图像处理领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明在原有的视觉检测PCB板残铜位置的基础上，提出了激光修正残铜法，来替代传统的人工使用修正刀进行残铜修正，很好的解决了由作业人员引起的误差，降低了生产成本，提高PCB残铜的修复精度，修复效率和修复成功率。该PCB板激光修正残铜法具有很好的实用性与推广性。
2.本发明首次将图像处理技术与激光技术融合应用于残铜修复，通过图像处理技术检测出残铜信息后，将激光技术应用于PCB板修复残铜，替代了传统的人工修正刀修复残铜。
附图说明
图1为基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法的流程示意图。
图2为本发明中激光烧蚀系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
图1为基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法的流程示意图。其修正方法的具体步骤包括：
第一步，通过图像采集系统获取残铜的图像；
第二步，通过残铜检测系统对获取的PCB图像进行PCB残铜的坐标和面积检测，并划分残铜的待修正区域；
第三步，利用激光烧蚀系统修正激光对残铜系不良烧烛，从而实现激光修正PCB板缺陷。
为保证残铜的修正效果，在残铜修正前及残铜修正过程中，需要确认图像的信息，残铜图像获取、残铜图像处理和图像信息定位，在PCB残铜待修区确定后，利用激光对残铜进行修正。
PCB板激光修正残铜法所用的检测装置包括三个系统：图像采集系统、残铜检测系统和激光烧蚀系统。所述图像采集系统包括摄像模块、光电耦合器模块和模数转换器模块，其中，摄像模块用于扫描图像信息，包括镜头、摄像头、滤光镜和光源。使用LED发光二极管提供用于系统所需的光源，发光二极管照明器设计成环形，保证有PCB反射光的强度；镜头、摄像头及滤光镜用于摄取残铜缺陷区域的图像信息。光电耦合器模块用于检测光线强度，采用高精密度线性光电耦合器件(CCD)成像，选用美国Agilent公司的SP50型CCD，其水平分辨率达到23μm/pixel，根据照射在CCD上的光强不同产生电势变化而形成电流，完成光影像向电影像的转换。模数转换器模块将连续的模拟信号转化为计算机能处理的数字信号。根据基材与铜表面对光的反射程度不同而得到连续的模拟图像，模数转换器再将模拟图像信号转换为8位灰阶的数字图像信号。
残铜检测系统包括：图像输入模块、二值化模块、连通域查找模块、连通域匹配模块、连通域分割模块和连通域细节检测模块。其中，图像输入模块用于采集由CDD输入的图像；二值化模块用于对待检测印刷电路板的图像进行二值化；连通域查找模块用于对二值化后的图像进行连通域的查找，统计各个连通域的质心及面积信息；连通域匹配模块用于以各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，质心及面积信息的误差在预设范围内则视为匹配，否则视为不匹配；连通域分割模块,用于对不匹配的连通域进行分割,使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；连通域细节检测模块,用于对各个连通域作进一步的细节检测并且进一步筛选连通域，最终提供残铜连通域的坐标位置以及面积。
图2为本发明中激光烧蚀系统的结构示意图。该激光烧蚀系统包括激光发生器、定位器、光线收缩装置、波形整形器、聚焦光学装置和控制器，聚焦光学装置包括第一级聚焦器和第二级聚焦器；所述第一级聚焦器包括第一物镜1和第一透镜1，所述第二级聚焦器包括第二物镜2和第四透镜4，在第一角镜1和第二角镜2之间设有第二透镜2，在第二角镜2和第三角镜3之间设有第三透镜3，→表示激光的光路方向。
所述控制器用于控制激光发生器中激光的移动和烧蚀。从控制器出发，定位器与激光发生器相连接，依次通过光线收缩装置、波形整形器，再通过第一级聚焦器，角镜反射、透镜折射的作用引导激光到达第二级聚焦器。激光发生器产生激光束，激光束通过光线收缩装置，改变由激光发生器输出的激光强度，激光通过波形整形器以形成激光烧蚀所需的脉冲波形。第一角镜1与第二角镜2之间的第二透镜2起聚光作用，使得光线精确的聚焦到第二角镜2上得到精准的反射。第二角镜2将收集到的信息传输到控制器。经过整形后的激光通过第一级聚焦器中第一物镜1和第一透镜1，使激光束聚焦，经过聚焦的激光束会通过第一角镜1改变激光的前进方向，再经过第二角镜2与第三角镜3之间的第三透镜3起聚光作用，使得光线精确的聚焦到第三角镜3上得到精准的反射，经过聚焦的激光束会通过第三角镜3改变激光的前进方向，经过整形后的激光通过第二级聚焦器中的第二物镜2和第四透镜4使激光束聚焦，激光束通过第二级聚焦器，可保证激光能垂直照射到基板上，并使激光束最终行至需要烧蚀的残铜的位置。控制激光发生器的定位器连接控制器，这样使激光能快速定位至残铜缺陷的位置，同时控制激光角度及方向的角镜也连接到控制器上，以引导激光的角度及行进方向，并使激光照射到需要修正的残铜缺陷位置，最终满足烧蚀残铜的作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1.通过图像采集系统获取PCB图像；
S2.通过残铜检测系统对获取的PCB图像进行PCB残铜的坐标和面积检测，并划分残铜的待修正区域；
S3.利用激光烧蚀系统修正激光对残铜的待修正区域中的残铜进行烧烛，从而实现激光修正PCB板缺陷。
2.根据权利要求1所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，步骤S1中所述图像采集系统包括摄像模块、光电耦合器模块和模数转换器模块，所述摄像模块包括镜头、摄像头、滤光镜和光源。
3.根据权利要求2所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，所述光源为环形LED发光二极管，所述光电耦合器模块为高精密度线性光电耦合器件，根据基材与铜表面对光的反射程度不同，所述模数转换器模块得到连续的模拟图像信号，并将模拟图像信号转化为计算机能处理的数字信号。
4.根据权利要求1所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，步骤S2中所述残铜检测系统包括：图像输入模块、二值化模块、连通域查找模块、连通域匹配模块、连通域分割模块和连通域细节检测模块，依次通过上述模块，缩小连通域搜索范围，精确定位残铜位置区域，检测出PCB残铜的坐标和面积信息。
5.根据权利要求4所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，步骤S2中所述残铜检测系统的具体检测方法为：
S21.首先连通域查找模块对查找二值化后的图像进行连通域，统计各个连通域的质心和面积信息；
S22.连通域匹配模块以步骤S21所得的各个连通域的质心及面积信息为匹配标准，与电路图模板中的连通域进行对比，直至质心及面积信息的误差在预设范围内；所述连通域分为不匹配的连通域和匹配的连通域；
S23.连通域分割模块将步骤S22中的不匹配的连通域进行分割，使分割后的部分子连通域与电路图模板中的连通域匹配，进一步缩小未能匹配的子连通域的范围；
S24.连通域细节检测模块进一步筛选连通域，使其为匹配的连通域，最终提供残铜连通域的坐标位置和面积。
6.根据权利要求1所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，步骤S3中所述激光烧蚀系统包括激光发生器、定位器、光线收缩装置、波形整形器、聚焦光学装置、角镜和控制器，所述聚焦光学装置包括第一级聚焦光器和第二级聚焦光器；所述第一级聚焦光学器包括第一物镜和第一透镜，所述第二级聚焦光学器包括第二物镜和第四透镜。
7.根据权利要求6所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，所述角镜包括第一角镜、第二角镜和第三角镜，在第一角镜和第二角镜之间设有第二透镜，在第二角镜和第三角镜之间设有第三透镜。
8.根据权利要求6所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，激光发生器产生激光束，激光束通过光线收缩装置，改变由激光发生器输出的激光强度，激光通过波形整形器以形成激光烧蚀所需的脉冲波形；从控制器出发，定位器与激光发生器相连接，依次通过光线收缩装置、波形整形器，通过第一级聚焦器，通过角镜反射，透镜折射的作用引导激光到达第二级聚焦光学器。
9.根据权利要求6-8任一项所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法，其特征在于，步骤S3中所述激光烧蚀系统的具体操作方法为：
S31.激光发生器产生激光束，激光束通过光线收缩装置，改变由激光发生器输出的激光强度，激光通过波形整形器以形成激光烧蚀所需的脉冲波形；
S32.脉冲波形依次通过第一物镜和第一透镜使激光束聚焦，经过聚焦的激光束会通过角镜改变激光的前进方向；
S33.步骤S32获得的激光束再依次通过第二物镜和第四透镜，保证激光能垂直照射到基板上，并使激光束最终行至需要烧蚀的残铜的位置。
10.权利要求1-9任一项所述的基于图像检测的激光修正PCB板缺陷法在数字图像处理领域中的应用。
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