CN111310402A - 一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，具体包括：采集被测印刷电路板裸板表面的三维数据，计算被测印刷电路板的重心，并根据坐标平移使被测印刷电路板面与预存的标准理论印刷电路板面的重心重合，对重心重合后的印刷电路板三维数据信息进行建模，并根据两模型极坐标计算相位差，实现被测印刷电路板面与理论印刷电路面的平行，最终通过比较实现缺陷分类，完成印刷电路板裸板缺陷的检测。本发明能够降低漏检率和误检率，且能够自动发现检测PCB裸板存在的缺陷，以及缺陷的种类，具有较强的通用性。

Description

一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法
技术领域
本发明属于光电检测技术领域，涉及一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法。
背景技术
印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)作为实现电子元件电气连接和固定的载体，在现代生产生活的各个领域中都得到了广泛应用。电子元器件集成化和微型化的发展趋势使得PCB裸板的生产制造工艺日趋复杂，受设备、环境和人为失误等因素影响，PCB裸板生产中会存在短路、断路、划痕、孔洞等影响产品性能的缺陷。这些分散在敷铜层区域的细小缺陷形态各异，与周围环境差异程度很小，从而使得传统的人工肉眼检测费时费力，且不能满足可靠性的要求。
目前用于印刷电路板缺陷检测方法大都是基于二维图像分析及处理对PCB生产缺陷进行检测，例如1986年授权的美国专利“用于自动光学检查中心”，该专利中描述了基于数字图像处理技术的电子电路缺陷的自动光学检查方法和装备。2016年李云峰等针对PCB缺陷检测图像，提出了一种基于梯度方向信息熵的PCB缺陷图像处理算法。该算法主要通过分析缺陷区域边界像素的梯度方向信息获得对应的典型图像特征，具体由滤波去噪、目标分割和特征提取三部分组成，等等。虽然这些方法具有效率高和缺陷覆盖率高等优点，但易漏检和误检。近年来，神经网络方法也应用于缺陷检测，但在实际工业生产中这种方法的缺陷检测效果并不稳定，一个重要原因是较多的参数需要人工设置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，有效降低缺陷检测的漏检率和误检率。
本发明所采用的技术方案是，一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、利用光学扫描传感器采集被测印刷电路板裸板表面的三维数据，并对其进行预处理，得到初始三维数据；
步骤2、计算初始三维数据的样本信息的重心坐标，并根据坐标平移使被测印刷电路板面与预存的标准理论印刷电路板面的重心重合；
步骤3、对重心重合后的印刷电路板三维数据信息进行建模，分别得到理论印刷电路板面的模型和被测印刷电路板面模型；
步骤4、把理论印刷电路板面的模型和被测印刷电路板面模型分别表示成极坐标的形式，计算被测印刷电路板面与理论印刷电路板面之间的相位差，最终实现被测印刷电路板面与理论印刷电路面的平行；
步骤5、比较平行的被测印刷电路板面和理论面的差异，根据缺陷三维信息，可实现缺陷的分类，最终实现印刷电路板裸板缺陷的检测。
本发明的特点还在于，
步骤1中采用的光学扫描传感器精度达到1μm以上。
步骤1中，对被测印刷电路板裸板表面的三维数据进行预处理，具体为令三维数据测点总个数为M×N个，r是滤波常数，根据下式的测点曲率半径的加权迭代平滑滤波公式进行滤波，消除三维数据中的噪声点，得到初始三维数据，
Figure BDA0002377341570000031
式(1)中，Zm,n'为第(m,n)点的加权平均值，Zi,j为第(i,j)点的采样值，Ri,j为为第(i,j)点的曲率半径值，也是相应第(i,j)点的权值。
步骤4具体为，令理论印刷电路板面的模型为Ql(xl,yl,zl)，被测印刷电路板面模型为Qm(xm,ym,zm)，将Ql和Qm分别表示成极坐标Qpl(r,θ)和Qpm(r,θα)，设目标函数为G，如下式当目标函数G取最小值，即为被测印刷电路板面与理论印刷电路板面之间的相位差
G＝min[Qpm(r,θα)-Qpl(r,θ)]2 (2)
根据式(2)G的最小值，转动被测印刷电路板面，使被测印刷电路板面与理论印刷电路面平行。
步骤5具体为，比较平行的被测印刷电路板面Qrm和理论面Ql的差异，即
ERR＝Qrm-Ql (3)
其差异ERR用色度图清晰表示出来，对缺陷快速准确定位，根据缺陷三维信息，可实现缺陷的分类，最终实现缺陷的检测。
缺陷的种类包括断路、短路、余铜、孔洞、划痕。
本发明的有益效果是：
本发明一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，能够针对不同的待测PCB裸板，无论是简单的还是复杂的PCB裸板，均可以降低PCB裸板缺陷检测的漏检率和误检率；另外，本发明的缺陷检测方法能够在保证缺陷检测精度的前提下发现检测PCB裸板存在的缺陷，以及缺陷的种类，具有较强的通用性，经济和社会效益显著。
附图说明
图1是本发明一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、利用光学扫描传感器采集被测印刷电路板裸板表面的三维数据，并对其进行预处理，得到初始三维数据，所采用的光学扫描传感器精度达到1μm以上。
步骤1中，对被测印刷电路板裸板表面的三维数据进行预处理，具体为
令三维数据测点总个数为M×N个，r是滤波常数，根据下式的测点曲率半径的加权迭代平滑滤波公式进行滤波，消除三维数据中的噪声点，得到初始三维数据，
Figure BDA0002377341570000041
式(1)中，Zm,n'为第(m,n)点的加权平均值，Zi,j为第(i,j)点的采样值，Ri,j为为第(i,j)点的曲率半径值，也是相应第(i,j)点的权值。
步骤2、计算初始三维数据的样本信息的重心坐标，被测印刷电路板面和预存的标准理论印刷电路板面三维数据的信息分别为Pm和Pl，求出此时三维数据的样本信息Pl和Pm的重心坐标分别为Pl0(xl0,yl0,zl0)和Pm0(xm0,ym0,zm0)，并根据坐标平移使被测印刷电路板面与预存的标准理论印刷电路板面的重心重合。
步骤3、对重心重合后的印刷电路板三维数据信息进行建模，分别得到理论印刷电路板面的模型和被测印刷电路板面模型。
步骤4、把理论印刷电路板面的模型和被测印刷电路板面模型分别表示成极坐标的形式，计算被测印刷电路板面与理论印刷电路板面之间的相位差，最终实现被测印刷电路板面与理论印刷电路面的平行；
步骤4具体为，令理论印刷电路板面的模型为Ql(xl,yl,zl)，被测印刷电路板面模型为Qm(xm,ym,zm)，将Ql和Qm分别表示成极坐标Qpl(r,θ)和Qpm(r,θα)，设目标函数为G，如下式当目标函数G取最小值，即为被测印刷电路板面与理论印刷电路板面之间的相位差
G＝min[Qpm(r,θα)-Qpl(r,θ)]2 (2)
根据式(2)G的最小值，转动被测印刷电路板面，使被测印刷电路板面与理论印刷电路面平行。
步骤5、比较平行的被测印刷电路板面Qrm和理论面Ql的差异，即
ERR＝Qrm-Ql (3)
其差异ERR用色度图清晰表示出来，对缺陷快速准确定位，缺陷的种类包括但不限于断路、短路、余铜、孔洞、划痕，根据缺陷三维信息，可实现缺陷的分类，最终实现印刷电路板裸板缺陷的检测。

Claims (6)

1.一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、利用光学扫描传感器采集被测印刷电路板裸板表面的三维数据，并对其进行预处理，得到初始三维数据；
步骤2、计算初始三维数据的样本信息的重心坐标，并根据坐标平移使被测印刷电路板面与预存的标准理论印刷电路板面的重心重合；
步骤3、对重心重合后的印刷电路板三维数据信息进行建模，分别得到理论印刷电路板面的模型和被测印刷电路板面模型；
步骤4、把理论印刷电路板面的模型和被测印刷电路板面模型分别表示成极坐标的形式，计算被测印刷电路板面与理论印刷电路板面之间的相位差，最终实现被测印刷电路板面与理论印刷电路面的平行；
步骤5、比较平行的被测印刷电路板面和理论面的差异，根据缺陷三维信息，可实现缺陷的分类，最终实现印刷电路板裸板缺陷的检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤1中采用的光学扫描传感器精度达到1μm以上。
3.根据权利要求1所述的一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤1中，对被测印刷电路板裸板表面的三维数据进行预处理，具体为
令三维数据测点总个数为M×N个，r是滤波常数，根据下式的测点曲率半径的加权迭代平滑滤波公式进行滤波，消除三维数据中的噪声点，得到初始三维数据，
Figure FDA0002377341560000021
式(1)中，Zm,n'为第(m,n)点的加权平均值，Zi,j为第(i,j)点的采样值，Ri,j为为第(i,j)点的曲率半径值，也是相应第(i,j)点的权值。
4.根据权利要求1所述的一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤4具体为，令理论印刷电路板面的模型为Ql(xl,yl,zl)，被测印刷电路板面模型为Qm(xm,ym,zm)，将Ql和Qm分别表示成极坐标Qpl(r,θ)和Qpm(r,θα)，设目标函数为G，如下式当目标函数G取最小值，即为被测印刷电路板面与理论印刷电路板面之间的相位差
G＝min[Qpm(r,θα)-Qpl(r,θ)]2 (2)
根据式(2)G的最小值，转动被测印刷电路板面，使被测印刷电路板面与理论印刷电路面平行。
5.根据权利要求1所述的一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤5具体为，比较平行的被测印刷电路板面Qrm和理论面Ql的差异，即
ERR＝Qrm-Ql (3)
其差异ERR用色度图清晰表示出来，对缺陷快速准确定位，根据缺陷三维信息，可实现缺陷的分类，最终实现缺陷的检测。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于面面平行的印刷电路板裸板缺陷检测方法，其特征在于，所述缺陷的种类包括断路、短路、余铜、孔洞、划痕。
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