CN109712115A - 一种pcb板自动检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PCB板自动检测方法及系统，该方法包括：在样本PCB板的白画面上添加至少三个Mark点；计算每一个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标；获取待测PCB板的白画面和复杂画面；计算每一个Mark点在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标；根据第一中心坐标和第二中心坐标计算仿射变换矩阵；根据仿射变换矩阵对待测PCB板的复杂画面进行仿射变换，计算变换后的复杂画面与对应的样本PCB板的复杂画面的灰阶差，得到待测PCB板的复杂画面的前景图像并进行缺陷检测；本发明利用Mark点进行PCB板的图像匹配定位，消除不同PCB板图像位移偏差，实现精准的前景分割，提高了缺陷检测的准确度。

Description

一种PCB板自动检测方法及系统

技术领域

本发明属于缺陷检测技术领域，更具体地，涉及一种基于AOI的PCB板的自动功能检测方法及系统。

背景技术

驱动PCB板是各类LCD液晶显示器不可或缺的一个硬件组成部分，各PCB打件厂在生产PCB板后，需要对其进行外观检测和功能检测，以保证出货质量。其中，功能检测主要是通过观察PCB板驱动面板显示的6个特定Pattern画面是否存在异常缺陷，这些异常缺陷包括颜色差异、水波纹、直线、阶层间断、画面粗糙等，并剔除掉显示画面异常的PCB板。

传统方法中针对目标PCB板的功能检测主要是通过操作员人为判定，即作业员将待测PCB板手动接线，接入LCD治具，通过信号发生源手动切换6个特定的pattern画面，通过肉眼观察治具上LCD显示画面是否正常，进而人为分类OK与NG；这种人工检测方法存在错检漏检、检测速度慢、效率低、人力成本高的缺点，无法满足企业大规模自动化的生产需求；

自动光学检测(Automatic Optic Inspection，AOI)缺陷检测系统，是指采用光学成像技术(通常使用相机和镜头)获取被测目标的图像，再经过一定的图像处理算法，从拍摄的图像中获取目标的尺寸、位置及缺陷等信息，从而可以执行产品的检验、装配线上的零部件鉴定及定位、过程监控中的测量、过程控制反馈、分类与分组等任务。因此，可以将AOI技术应用与PCB板的功能检测中，通过CCD相机采集PCB板驱动面板显示的Pattern画面，经过图像处理算法对Pattern画面进行缺陷检测；

PCB板功能检测中常见的6个Pattern画面包括黑画面、白画面、L92画面、灰阶渐进画面、彩色渐进画面和文字画面；根据检测难度将6个检测画面分为两类，一类是简单画面，包括黑画面、白画面和L92画面；另一类为复杂画面，包括灰阶渐进画面、彩色渐进画面和文字画面；其中简单画面属于面板AOI检测的常见pattern画面，行业内已有较为成熟的检测技术；对于复杂画面，由于背景复杂，因此无法直接通过相邻像素间的灰阶差进行检测；现有技术中的解决方法为先选定一块良品PCB板进行压接，采集其驱动的6个pattern画面作为模板图像；后续检测PCB板的驱动图像时，利用模板图像对待测图像进行背景分割，提取出前景图像，然后在前景图像上进行缺陷检测。但是这种方法在实际应用中存在缺陷，将待测PCB板放入该压接治具进行压接后，PCB板驱动Cell屏幕显示pattern画面；但是在对PCB板进行连续测试的过程中，由于需要更换PCB板，在此更换过程中会导致Cell屏幕出现轻微震动，导致Cell屏幕移动，图1所示是两块良品PCB板驱动显示的文字图像的差值图像，从图中可以清楚的看出Cell屏幕的位置在更换PCB板的过程中出现了偏移；Cell屏幕的位置改变会使模板图像与后续采集的待测PCB板的驱动图像之间会存在位置偏移，导致无法实现精准的前景分割，使缺陷检测出现误差。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种PCB板自动检测方法及系统，通过基于Mark点(位置识别点)定位的帧差法检测算法对复杂图像进行位置校准，其目的在于解决现有的AOI缺陷检测过程存在的图像位置偏移、无法实现精准的前景分割的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种PCB板自动检测方法，包括以下步骤：

S1：在样本PCB板的白画面上添加至少三个Mark点，一个Mark点位于所述白画面的中心，其他Mark点位于白画面的边缘处；计算每一个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标；

S2：获取待测PCB板的白画面和复杂画面；计算每一个Mark点在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标；

S3：根据所述第一中心坐标和第二中心坐标计算仿射变换矩阵；

S4：根据所述仿射变换矩阵对待测PCB板的复杂画面进行仿射变换，以使待测PCB板的复杂画面与样本PCB板的复杂画面在位置上相互匹配，消除位移偏差；并计算变换后的复杂画面与对应的样本PCB板的复杂画面的灰阶差，得到待测PCB板的复杂画面的前景图像；

S5：对所述前景图像进行缺陷检测。

优选的，上述PCB板自动检测方法，其复杂画面包括灰阶渐进画面、彩色渐进画面、文字画面中的任一种或多种。

优选的，上述PCB板自动检测方法，其所述仿射变换矩阵H为：

其中，(Qx_i，Qy_i)为第i个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标，(Px_i，Py_i)为第i个Mark点在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标，i为大于等于3的自然数。

优选的，上述PCB板自动检测方法，其步骤S5之后还包括：

S6：根据预设的判断策略判断缺陷检测结果是否正常，获取与判断结果对应的显示图片并将其输出。

优选的，上述PCB板自动检测方法，其Mark点的形状包括但不限于十字形、圆角矩形、圆形。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种PCB板自动检测系统，包括信号源、CCD相机，还包括处理器、存储器；

所述信号源用于根据所述处理器输出的图片控制信号生成模组点亮信号，该模组点亮信号用于控制与PCB板相连的显示屏切换显示画面；所述CCD相机用于拍摄所述显示屏的显示画面；

所述存储器中存储有可在处理器中运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。

优选的，上述PCB板自动检测系统，其处理器包括标记模块、计算模块、背景分割模块和检测模块；

所述标记模块用于在样本PCB板的白画面上添加至少三个Mark点，一个Mark点位于所述白画面的中心，其他Mark点位于白画面的顶角上；

所述计算模块用于计算每一个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标以及在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标；并用于根据所述第一中心坐标和第二中心坐标计算仿射变换矩阵；

所述背景分割模块用于根据所述仿射变换矩阵对待测PCB板的复杂画面进行仿射变换，并计算变换后的复杂画面与对应的样本PCB板的复杂画面的灰阶差，得到待测PCB板的复杂画面的前景图像；

所述缺陷检测模块用于对所述前景图像进行缺陷检测。

优选的，上述PCB板自动检测系统，其处理器还包括结果输出模块；所述结果输出模块中预存有判断策略，根据所述判断策略判断缺陷检测模块的检测结果是否正常，并从存储器中获取与判断结果对应的显示图片并将其输出。

优选的，上述PCB板自动检测系统，其处理器还包括用于生成图片控制信号的控制模块。

优选的，上述PCB板自动检测系统，还包括显示器，用于显示处理器输出的与判断结果对应的显示图片。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的PCB板自动检测方法及系统，利用Mark点的坐标位置进行不同PCB板的图像匹配定位，消除由显示屏的位置偏移引起的不同PCB板图像位移偏差，实现精准的前景分割，从而提高了缺陷检测的准确度，避免出现漏检过检；

(2)本发明提供的PCB板自动检测方法及系统，基于Mark点定位的帧差法进行复杂画面的缺陷检测，极大的简化了缺陷检测算法，提高了检测效率和检测速度，单个PCB板的检测时间缩短至10s。

附图说明

图1是两块良品PCB板驱动显示的文字图像的差值图像；

图2是本发明实施例提供的PCB板自动检测方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的Mark点添加位置的示意图；

图4是本发明实施例提供的PCB板自动检测系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的处理器的逻辑框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实施例所提供的一种PCB板自动检测方法，用于对PCB板进行功能检测，检测过程是使PCB板驱动与其电连接的显示屏根据信号源发出的图像信号显示特定的pattern画面，通过判断该pattern画面是否正常来对PCB板进行检测；目前一般是需要检测6个pattern画面，因此本实施例也以6个pattern画面进行说明，并将这些画面划分为简单画面和复杂画面两类；其中，包括黑画面、白画面、L92画面的简单画面属于面板AOI检测的常见pattern画面，行业内已有较为成熟的检测技术；本实施例重点对灰阶渐进画面、彩色渐进画面和文字画面等复杂画面的检测过程进行说明。

图2是本发明实施例提供的PCB板自动检测方法的流程图，如图2所示，该PCB板自动检测方法，包括以下步骤：

S100：采集一块良品PCB板(样本PCB板)的六个pattern画面；

S110：在样本PCB板的白画面上添加五个Mark点，Mark点的形状包括但不限于十字形、圆角矩形、圆形等，本实施例优选采用十字Mark点，如图3所示，一个Mark点位于白画面的中心，其他四个Mark点分别位于白画面的四个顶角上；计算每一个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标，将该第一中心坐标和六个pattern画面存储起来备用；

十字Mark点的坐标位置计算采用最小二乘法进行边缘直线拟合，十字交叉线共有四条边缘直线，通过计算四条边缘直线的交点得到Mark点中心坐标，经过实验验证，定位精度为0.5pixel，满足检测需求。

最小二乘法拟合直线与圆检测出目标直线与圆的边缘坐标点后，需要提取直线与圆的参数。通过对这些边缘坐标点的拟合得出回归曲线方程，可以有效提高测量精度。本实施例采用最小二乘法进行直线拟合和圆拟合，方法如下：记目标直线与圆在图像坐标系中解析方程分别为：

y_i＝kx_i+b

(x_j-A)²+(y_j-B)²＝R²

式中，(x_i，y_i)为图像直线边缘点坐标，k为直线的斜率，b为截距；(x_j，y_j)为圆弧边缘点坐标，(A，B)为圆心，R为半径。

那么对于直线，点(x_i，y_i)与直线在y轴方向的误差的平方和为：

对于圆，式(x_j-A)²+(y_j-B)²＝R²可以转换成：

其中，a₁＝-2A，a₂＝-2B，a₃＝A²+B²+R²

那么点(x_j，y_j)到圆的误差的平方和为：

分别求出直线误差方程Q(k，b)与圆误差方程Q(a₁，a₂，a₃)值为最小时参数的值，此时偏导数为0，即直线参数(k，b)满足：

圆参数(a₁，a₂，a₃)满足：

解方程组后代入残差方程得到极小值的解，即可确定最小二乘法拟合直线的直线参数(k，b)及圆参数(a₁，a₂，a₃)，通过直线参数(k，b)得到四条边缘直线；并可以得出圆系数的拟合值：

S120：采集待测PCB板的六个pattern画面，计算每一个Mark点在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标；然后根据第一中心坐标和第二中心坐标计算仿射变换矩阵；

仿射变换是一种线性变换，包含旋转、平移、缩放，其变换矩阵H为：

由于矩阵含有θ，tx，ty三个未知变量，其中，θ为某一Mark点对应的第一中心坐标和第二中心坐标的变换角度，tx，ty分别为Mark点对应的第一中心坐标和第二中心坐标在X、Y方向上的位移；因此解此方程至少需要3组独立的变量，故Mark点的数量需要大于3，本实施例在白画面下均匀选取5个Mark点坐标；设第i个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标为(Qx_i，Qy_i),第i个Mark点在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标为(Px_i，Py_i),那么求解得到的仿射变换矩阵H为：

S130：根据仿射变换矩阵对待测PCB板的六个pattern画面中的复杂画面进行仿射变换，以使待测PCB板的发展画面与样本PCB板的复杂画面在位置上相互匹配，消除位移偏差；并计算仿射变换后的复杂画面与对应的样本PCB板的复杂画面的灰阶差，进行背景分割，分别得到待测PCB板的各复杂画面的前景图像；

S140：对简单画面和上述前景图像进行缺陷检测；该缺陷检测技术为行业内的成熟技术，此处不做赘述。

作为本实施例的一个优选，步骤S140之后还包括：根据预设的判断策略判断缺陷检测结果是否正常，获取并显示与判断结果对应的显示图片；例如：当判断结果为异常时，显示红色的NG画面；当判断结果为正常时，显示绿色的OK画面，以便于测试人员直观获取测试结果，实现一键式检测。

图4是本实施例提供的PCB板自动检测系统的结构示意图，如图4所示，该检测系统包括压接治具、显示屏、信号源、CCD相机、PC机和显示器；将样本PCB板或待测PCB板接入压接治具中，样本PCB板或待测PCB板与显示屏电连接并发送驱动信号给显示屏；

其中，信号源用于根据PC机输出的图片控制信号生成模组点亮信号，该模组点亮信号用于控制与PCB板相连的显示屏切换显示画面；CCD相机用于拍摄显示屏的显示画面；为了提高拍摄的图片质量，需将信号源、CCD相机和显示屏置于暗室环境中；

PC机包括处理器和存储器，该存储器中存储有与判断结果对应的显示图片，以及计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤；显示器用于显示处理器输出的与判断结果对应的显示图片。

图5是本发明实施例提供的处理器的逻辑框图，如图5所示，该处理器中例化有多个功能模块，包括控制模块、标记模块、计算模块、背景分割模块、检测模块和结果输出模块；

控制模块用于生成图片控制信号，信号源用于该图片控制信号生成模组点亮信号，以控制与PCB板相连的显示屏切换显示画面；

标记模块用于在样本PCB板的白画面上添加五个Mark点，一个Mark点位于白画面的中心，其他四个Mark点分别位于白画面的四个顶角上；

计算模块用于计算每一个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标以及在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标；并用于根据第一中心坐标和第二中心坐标计算仿射变换矩阵；

背景分割模块用于根据仿射变换矩阵对待测PCB板的复杂画面进行仿射变换，并计算变换后的复杂画面与对应的样本PCB板的复杂画面的灰阶差，得到待测PCB板的复杂画面的前景图像；

缺陷检测模块用于根据缺陷检测算法对简单图像和复杂图像的前景图像进行缺陷检测；

结果输出模块中预存有判断策略，根据该判断策略判断缺陷检测模块的检测结果是否正常，并从存储器中获取与判断结果对应的显示图片并将其发送至显示器。另外，结果输出模块还可以通过MES通讯将判断结果传送至分拣工位，使分拣工位可根据结果输出模块的判断结果自动分拣出异常的PCB板。

上述技术方案中，处理器可采用SOPC芯片、中央处理器单元(Central ProcessingUnit，CPU)、通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编辑门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件等。

本实施例还提供了一种PCB板自动检测流程，适用于对流水线上的PCB板进行联系自动检测，其中，默认流水线上的第一个PCB板是作为样本的良品PCB板，该流程包括以下步骤：

S200：将当前PCB板接入压接治具中，采集显示器的六个pattern画面；

S210：判断当前pattern画面是否为第一块PCB板的显示画面；若是，则进入步骤S220；若否，则进入步骤S230；

S220：在该PCB板的白画面上添加五个Mark点，一个Mark点位于白画面的中心，其他四个Mark点分别位于白画面的四个顶角上；计算每一个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标，并将该第一中心坐标和六个pattern画面存储起来备用；

S230：计算在第一块PCB板上添加的每一个Mark点在当前PCB板的白画面上的第二中心坐标，根据第一中心坐标和第二中心坐标计算仿射变换矩阵；

S240：依次判断当前PCB板的每一个pattern画面是否属于复杂画面，若是，则进入步骤S250；若否，则进入步骤S270；

S250：根据仿射变换矩阵对当前pattern画面进行仿射变换，并计算仿射变换后的当前pattern画面与对应的第一个PCB板的pattern画面的灰阶差，进行背景分割，得到待测PCB板的当前pattern画面的前景图像；

S260：重复步骤S240～S250，直至完成全部复杂画面的前景图像的提取；

S270：对简单画面或复杂画面对应的前景图像进行缺陷检测，判断缺陷检测模块的检测结果是否正常，并获取与判断结果对应的显示图片并将其发送至显示器进行显示。只要任意一个pattern画面出现异常，即显示NG图片。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PCB板自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在样本PCB板的白画面上添加至少三个Mark点，计算每一个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标；

S2：获取待测PCB板的白画面和复杂画面，计算每一个Mark点在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标；

S3：根据所述第一中心坐标和第二中心坐标计算仿射变换矩阵；

S4：根据所述仿射变换矩阵对待测PCB板的复杂画面进行仿射变换，并计算变换后的复杂画面与对应的样本PCB板的复杂画面的灰阶差，得到待测PCB板的复杂画面的前景图像；

S5：对所述前景图像进行缺陷检测。

2.如权利要求1所述的PCB板自动检测方法，其特征在于，所述复杂画面包括灰阶渐进画面、彩色渐进画面、文字画面中的任一种或多种。

3.如权利要求1所述的PCB板自动检测方法，其特征在于，所述仿射变换矩阵H为：

其中，(Qx_i，Qy_i)为第i个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标，(Px_i，Py_i)为第i个Mark点在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标。

4.如权利要求1或3所述的PCB板自动检测方法，其特征在于，步骤S5之后还包括：

S6：根据预设的判断策略判断缺陷检测结果是否正常，获取与判断结果对应的显示图片并将其输出。

5.如权利要求1所述的PCB板自动检测方法，其特征在于，所述Mark点的形状包括但不限于十字形、圆角矩形、圆形。

6.一种PCB板自动检测系统，包括信号源、CCD相机，其特征在于，还包括处理器、存储器；

所述信号源用于根据所述处理器输出的图片控制信号生成模组点亮信号，该模组点亮信号用于控制与PCB板相连的显示屏切换显示画面；所述CCD相机用于拍摄所述显示屏的显示画面；

所述存储器中存储有可在处理器中运行的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。

7.如权利要求6所述的PCB板自动检测系统，其特征在于，所述处理器包括标记模块、计算模块、背景分割模块和检测模块；

所述标记模块用于在样本PCB板的白画面上添加至少三个Mark点，一个Mark点位于所述白画面的中心，其他Mark点位于白画面的顶角上；

所述计算模块用于计算每一个Mark点在样本PCB板的白画面上的第一中心坐标以及在待测PCB板的白画面上的第二中心坐标；并用于根据所述第一中心坐标和第二中心坐标计算仿射变换矩阵；

所述背景分割模块用于根据所述仿射变换矩阵对待测PCB板的复杂画面进行仿射变换，并计算变换后的复杂画面与对应的样本PCB板的复杂画面的灰阶差，得到待测PCB板的复杂画面的前景图像；

所述缺陷检测模块用于对所述前景图像进行缺陷检测。

8.如权利要求7所述的PCB板自动检测系统，其特征在于，所述处理器还包括结果输出模块；所述结果输出模块中预存有判断策略，根据所述判断策略判断缺陷检测模块的检测结果是否正常，并从存储器中获取与判断结果对应的显示图片并将其输出。

9.如权利要求7所述的PCB板自动检测系统，其特征在于，所述处理器还包括用于生成图片控制信号的控制模块。

10.如权利要求8所述的PCB板自动检测系统，其特征在于，还包括显示器，用于显示处理器输出的与判断结果对应的显示图片。