CN113483655A

CN113483655A - 一种pcb检测系统及方法

Info

Publication number: CN113483655A
Application number: CN202010182169.9A
Authority: CN
Inventors: 丁俊飞; 李浩天
Original assignee: Yimu Shanghai Technology Co ltd
Current assignee: Yimu Shanghai Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2021-10-08

Abstract

一种PCB检测系统，包括，光场相机和至少一个光源，对于PCB的检测过程包括，调节所述光场相机的焦距和/或光圈，获得多张所述PCB元器件的散焦柔光纯色校准板，得到所述PCB元器件的光场白图像；对所述光场白图像进行校准，对所述光场相机微透镜中心进行校准；对所述光场相机进行尺度校准；搭设调整所述光源；通过所述光场相机拍摄被测PCB区域，获得多视角图像及深度图像；根据光场多视角图像及深度图像进行PCB元器件以及待测点的位置识别和定位；最终得到被测所述PCB包括元器件的三维尺寸测量信息及缺陷检测信息。

Description

一种PCB检测系统及方法

技术领域

本发明属于电子加工制造技术领域，特别涉及一种PCB以及电子元器件焊接检测系统及方法。

背景技术

近年来，随着科技和工业水平的飞速增长，日常生活对电子产品的要求越来越高，需求量也越来越大。印刷电路板技术在一定程度上提升了电路板的制作速度，但随着PCB高度集成化，检测要求及难度越加严格，因此PCB检测速度及准确率成为制约该技术生产速度的一大关键因素。PCB(Printed Circuit Board，中文名称为印制电路板，下文简称PCB)三维测量及缺陷检测方法，属于光电检测技术领域。PCB尺寸测量包括但不限于PCB待测待测点的加工尺寸，待测电子元器件的安装位置及高度；PCB检测包括但不限于元器件安装错位，焊脚缺焊、少焊、虚焊、连锡，表面异物划伤，丝印错误、错位等。

三维测量及缺陷检测技术是机器视觉领域和测量领域的一项核心技术。三维测量及缺陷检测指识别物体的三维信息及缺陷。而提高PCB三维尺寸测量及缺陷检测良率一直都是工业外观检测的议题之一。目前工业界对PCB三维尺寸测量及缺陷检测多为二维相机检测后由人工复判，在PCB定位方面虽有优势，但由于缺少高度信息，某一角度讲只能判断相应位置焊锡的有无，对PCB各不同元器件及各种复杂情况下的不良现象的检出更多还是依靠人工复判与抽查，这对电子生产中进行自动化造成了严重制约。

光场相机的出现为PCB三维尺寸测量及缺陷检测提供了新的解决方向。光场相机在常规相机的传感器和主镜头中间增加了微透镜阵列，进而记录光线的传播方向，形成独特的经过透镜阵列编码的光场图像，对该光场图像进行处理渲染，继而可以得到三维信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种PCB检测系统和方法，基于光场相机技术实现了对于PCB以及PCB电子元器件的三维尺寸测量及缺陷检测方法。

本发明实施例之一，一种PCB检测系统，包括，

光场相机，该光场相机的镜头正对待检测的PCB，用于获取PCB上包括元器件焊接状态的图像；

至少一个光源，该光源的光线射向所述待测PCB，用于帮助所述光场相机获得所述PCB元器件焊接状态的图像。

进一步的，所述检测系统对于所述PCB的检测过程包括，

调节所述光场相机的焦距和/或光圈，获得多张所述PCB元器件的散焦柔光纯色校准板，得到所述PCB元器件的光场白图像；

对所述光场白图像进行校准，对所述光场相机微透镜中心进行校准；

对所述光场相机进行尺度校准；

搭设调整所述光源；

通过所述光场相机拍摄被测PCB区域，获得多视角图像及深度图像；

根据光场多视角图像及深度图像进行PCB元器件以及待测点的位置识别和定位；

最终得到被测所述PCB包括元器件的三维尺寸测量信息及缺陷检测信息。

本发明实施例提供的一种基于光场相机的PCB三维尺寸测量及缺陷检测方法具有的有益效果包括：

1、可通过一次拍摄得到PCB的多个视角的图像信息，表面出现的异物、撞伤等单视角不易检出的信息有更准确与稳定的检出能力，且多视角能解决传统方案中电子元件的互相遮挡问题。

2、可通过一次拍摄得到PCB表面的三维坐标信息，对PCB进行三维尺寸的测量，可计算锡球体积，进而辅助判断锡量，从而更稳定的在源头避免因锡量不足或锡量过大造成的焊接不稳定成品。

3、本发明实施例得到的PCB三维尺寸信息为点云数据，可将数据直接导入判断程序，与现有生产方式可以高效的进行接入整合。

本发明能够准确高效地获取PCB三维尺寸测量及缺陷检测信息，有效改善现有设备检查和人工检查存在的问题。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1是根据本发明实施例之一的采用光场相机对PCB三维尺寸及缺陷检测方法流程图。

图2是根据本发明实施例之一的PCB检测系统示意图。

图3是根据本发明实施例之一的PCB检测系统示意图。

其中，10——光场相机，21——第一电源，22——第二电源，23——第三电源，30——PCB。

具体实施方式

根据一个或者多个实施例，如图2所示，一种PCB检测系统，包括光场相机，该光场相机的镜头正对待检测的PCB，用于获取PCB上包括元器件焊接状态的图像；二个光源，这二个光源的光线射向所述待测PCB，用于帮助所述光场相机获得所述PCB元器件焊接状态的图像。

根据一个或者多个实施例，如图1所示，对于PCB检测系统对于PCB的检测过程包括，

对所述光场相机进行尺度校准；

搭设调整所述光源；

优选的，对光场白图像进行校准的方法是，根据光场白图像计算得到去渐晕矩阵。对光场相机微透镜中心进行校准的方法是根据光场白图像计算得到光场相机微透镜亚像素级中心坐标矩阵。对光场相机进行尺度校准的方法是，光场相机拍摄多张已知空间三维位置的圆点校准板，并建立从三维坐标到视差之间的光场数学模型，完成光场相机尺度校准。

根据一个或者多个实施例，一种基于光场相机的PCB三维尺寸测量及缺陷检测方法，包含如下步骤：

A1，根据PCB测量区域大小和测量深度范围，选择适合焦距和放大倍率的光学镜头。调节镜头光圈至光场相机光圈匹配，即微透镜光圈和主镜头光圈匹配，具体表现为光场相机拍摄散焦柔光纯色校准板图像，该图像中微透镜阵列恰好或接近于相切状态。调节完毕后，拍摄多张位于光场相机散焦处的光强较为均匀的纯色背景板，即散焦柔光纯色校准板。对多张光场白图像进行平均化及归一化处理后得到去渐晕矩阵

后续拍摄的全部光场原始图像均需要点除以该去渐晕矩阵，从而完成光场白图像校准。

完成光场包图像校准步骤后，对光场白图像使用滤波器进行处理，去除光场白图像噪声，并对滤波后的光场图像进行非极大值抑制；进而根据处理后的图像取局部最大值，该最大值恰好为光场相机微透镜的整数级中心；以整数级微透镜中心作为初始迭代值，迭代优化微透镜排列网格，最终获得微透镜排列的角度及间距，获得亚像素级微透镜中心。

A2，光场相机尺度校准步骤需要装配位移台及尺度校准板：首先固定尺度校准板在光场相机焦平面区域，从焦平面处不断移动校准板到固定空间距离，并进行拍摄，且校准板上点的空间位置已知，因此可以得到整个移动过程中校准板上点的空间位置。圆点校准点在光场图像上会形成弥散圆，处理得到弥散圆的直径进而计算得到弥散圆的视差值及弥散圆的像素坐标，根据光场相机尺度校准模型，拟合得到空间中三维坐标和光场相机像素坐标和视差值的关系。

A3，根据被测PCB测量需求采用合适光源照射，如图2和图3所示，多个角度光源对PCB照射，以至于能被光场相机成像，必要时可进行多次成像；该过程中光源并不受限制，可以使用诸如环形光源、背光源、条形光源、球积分光源、穹顶光源、同轴光源等。

A4，基于PCB的光场相机原始光场图像，进行常规光场渲染及深度估计。首先进行光场多视角渲染，得到具有缺陷信息的光场多视角图像；然后进一步计算获得光场视差图像，根据光场相机尺度校准结果，将光场视差图像转为光场深度图像，该深度图像中同样包含测试区域的所有像素点的深度信息。

A5，光场多视角图像与常规二维相机图像本质上没有区别，可以视为多个不同角度的二维相机拍摄同一个物体，因此可以利用多视角图像结合PCB形状特征、标准件及元器件特征，进行PCB待测电子元件及待测点的位置识别及定位，结合深度图像提高定位准确度；

A6，具体得到被测PCB区域的各测点及电子元件的加工尺寸及安装尺寸，包括但不限于PCB关键加工位置的长度、圆弧、圆心等，电子元件焊脚高度，焊锡形状及体积，爬锡量，电子元件安装位置及高度等。进而结合中心视角图像进行缺陷检测。缺陷检测包括但不限于元器件安装错位，焊脚缺焊、少焊、虚焊、连锡，表面异物划伤，丝印错误、错位等。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims

1.一种PCB检测系统，其特征在于，该检测系统包括，

2.根据权利要求1所述的PCB检测系统，其特征在于，所述检测系统对于所述PCB的检测过程包括，

对所述光场相机进行尺度校准；

搭设调整所述光源；

3.根据权利要求2所述的PCB检测系统，其特征在于，所述对所述光场白图像进行校准的方法是，

根据光场白图像计算得到去渐晕矩阵，

所述对所述光场相机微透镜中心进行校准的方法是

根据光场白图像计算得到光场相机微透镜亚像素级中心坐标矩阵。

4.根据权利要求2所述的PCB检测系统，其特征在于，所述对所述光场相机进行尺度校准的方法是，

所述光场相机拍摄多张已知空间三维位置的圆点校准板，并建立从三维坐标到视差之间的光场数学模型，完成光场相机尺度校准。

5.一种PCB检测方法，采用如权利要求1所述的PCB检测系统，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

A1，调节光场相机镜头至适合焦距和光圈，使用镜头光圈匹配后的光场相机拍摄多张散焦柔光纯色校准板，获取光场白图像；根据光场相机白图像计算得到去渐晕矩阵和光场相机微透镜亚像素级中心坐标矩阵；

A2，使用所述光场相机拍摄多张已知空间三维位置的圆点校准板，并建立从三维坐标到视差之间的光场数学模型，完成光场相机尺度校准；

A3，搭配合适的光源照射被测PCB，以至于PCB能被相机良好成像；

A4，光场相机拍摄被测PCB区域并进行光场多视角渲染及深度计算，获得被测PCB区域光场多视角图像及深度图像；

A5，根据光场多视角图像及深度图像进行PCB待测电子元件及待测点的位置识别及定位；

A6，得到被测PCB区域的各测点及电子元件的加工尺寸及安装尺寸，进而结合中心视角图像进行缺陷检测。

6.根据权利要求5所述的PCB检测方法，其特征在于，所述步骤A1中所述的调节光圈匹配为调节光场相机主镜头光圈，使其原始光场白图像的微透镜阵列恰好或近似于相切；

所述光场相机拍摄多张散焦柔光纯色校准板图像，该校准板位于光场相机散焦处的光强较为均匀的纯色背景板；

其中去渐晕矩阵为多张原始光场白图像W(u,v)进行平均化及归一化处理后的矩阵

光场相机微透镜亚像素级中心坐标矩阵是对光场白图像进行每个微透镜局部最大处理后，迭代优化处理得到亚像素级微透镜中心。

7.根据权利要求5所述的PCB检测方法，其特征在于，步骤A2中所述的圆点校准板上各个圆点的三维坐标已知，用光场相机拍摄该校准板后获得该校准板圆点的弥散程度及对应的视差值；进而拟合校准得到视差值和三维坐标的关系。

8.根据权利要求5所述的PCB检测方法，其特征在于，步骤A3中合适角度光源能够将PCB照射清楚，使得光场相机能够对缺陷进行成像。

9.根据权利要求5所述的PCB检测方法，其特征在于，步骤A4中光场相机拍摄到缺陷图像后进行光场多视角渲染得到光场多视角图像和光场视差图像，通过步骤A2中校准得到的视差及三维坐标的转化关系，将视差图像转化为深度图像。

10.根据权利要求5所述的PCB检测方法，其特征在于，步骤A5根据光场多视角图像及深度图像，结合PCB板形状特征、标准件及元器件特征，进行PCB待测电子元器件及待测点的位置识别及定位。

11.根据权利要求5所述的PCB检测方法，其特征在于，步骤A6得到被测PCB区域的各测点及电子元器件的加工尺寸及安装尺寸，所述加工尺寸及安装尺寸包括PCB关键加工位置的长度、圆弧、圆心，电子元件焊脚高度，焊锡形状及体积、爬锡量、电子元件安装位置及高度，

结合中心视角图像进行的缺陷检测包括元器件安装错位，焊脚缺焊、少焊、虚焊、连锡，表面异物划伤，丝印错误、错位。