CN114565610B - 基于计算机视觉的pcb钻孔偏移检测方法 - Google Patents

基于计算机视觉的pcb钻孔偏移检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，本方法包括获取待测PCB板及合格PCB板对应的钻孔区域图像，根据钻孔区域图像中钻孔之间的距离构建无序数组，无序数组中的距离确定偏移无序数组及其对应的最终数组，根据偏移无序数组、最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的像素点的梯度幅值、距离确定偏移无序数组中未偏移的钻孔及数量，根据未偏移的钻孔及数量计算中心钻孔的偏移程度，根据偏移程度确定可靠程度，偏移无序数组中所有距离计算中心钻孔的重要程度，重要程度和可靠程度计算影响程度，根据影响程度确定PCB板的质量，本发明方法实现钻孔偏移的精确检测，进而实现对PCB板质量的精确判断。

Description

基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法。
背景技术
PCB(Printed Circuit Board)是电子工业的重要部件之一，是电子元器件的支撑体，电气连接的载体。
随着电子产品应用技术的不断更新以及功能的完善，PCB的设计越来越精度化、密度化和高性能化。影响PCB质量的最主要因素就是PCB钻孔精确度，钻孔是用来连接电子元器件的引脚的，当钻孔的精确度不高时，会导致电子元器件的引脚和PCB板上的电路不能接通或者接触不良，从而影响PCB板的使用，故需要对PCB钻孔进行偏移度检测。
然而现有的检测方法采用钻生产板后检测孔位精度的方法，通过二次元检测仪对加工后的钻孔进行检测，但实际上其在检测过程中未考虑钻孔本身的特点，由于钻孔本身存在毛刺，毛边，毛刺毛边出现的时候会导致PCB钻孔无法检测，进而影响钻孔的检测精度，从而影响对 PCB板质量的判断。
因此，需要提供基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，予以解决上述问题。
发明内容
本发明提供基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，以解决现有的问题。
本发明的基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法采用如下技术方案：该方法包括：
获取待测PCB板及合格PCB板对应的钻孔区域图像；
以钻孔区域图像中每个钻孔为中心钻孔，根据中心钻孔与其他所有钻孔之间的距离构建待测PCB板上每个中心钻孔对应的待测无序数组、合格PCB板上每个中心钻孔对应的合格无序数组；
根据待测无序数组中的距离与合格无序数组中的距离确定存在中心钻孔偏移的偏移无序数组；根据每个偏移无序数组中的距离与每个合格无序数组中的距离获取偏移无序数组在合格无序数组对应的最终数组；其中，根据待测无序数组中的距离与合格无序数组中的距离确定存在中心钻孔偏移的偏移无序数组的步骤包括：当所有合格无序数组没有任何一个距离与待测无序数组中的所有距离相等，则待测无序数组对应的中心钻孔偏移；当其中一个合格无序数组中有部分距离与待测无序数组中的部分距离相等、有部分距离与待测无序数组中的部分距离不相等，则待测无序数组对应的中心钻孔未偏移；当其中一个合格无序数组中有所有距离与待测无序数组中的所有距离相等，则待测无序数组对应的中心钻孔可能偏移；将偏移的中心钻孔、可能偏移的中心钻孔对应的待测无序数组记为偏移无序数组；其中，根据每个偏移无序数组中的距离与每个合格无序数组中的距离获取偏移无序数组在合格无序数组对应的最终数组的步骤包括：计算每个待测无序数组中距离的待测均值；计算每个合格无序数组中距离的合格均值；获取待测均值和合格均值的差值；将最小差值对应的合格无序数组记为最终数组；
根据偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离确定偏移无序数组与最终数组对应的钻孔，根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间、最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值、距离确定偏移无序数组中未偏移的钻孔及数量；其中，根据偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离确定偏移无序数组与最终数组对应的钻孔的步骤包括：获取偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离的距离差；获取每个距离对应的所有距离差中最小距离差；获取最小距离差对应的偏移无序数组的最终距离、最终数组中的最终距离；获取偏移无序数组的最终距离对应的钻孔与最终数组中的最终距离对应的钻孔，该两个钻孔为对应的钻孔；
根据偏移无序数组中的中心钻孔位置、未偏移钻孔的位置及数量与对应的最终数组中的中心钻孔位置及对应的钻孔的位置计算中心钻孔的偏移程度，根据偏移程度确定中心钻孔的可靠程度；
根据每个偏移无序数组中所有距离的均值及最大距离值计算中心钻孔的重要程度；
根据重要程度和可靠程度计算每个偏移的中心钻孔对PCB板的影响程度，根据影响程度及预设的影响程度阈值确定PCB板的质量。
进一步的，根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间、最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值、距离确定待测无序数组中未偏移的钻孔的步骤包括：
对偏移无序数组、最终数组中钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值进行求和得到偏移无序数组对应的钻孔与中心钻孔之间的距离幅值、最终数组对应的钻孔与中心钻孔之间的距离幅值；
根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间的距离幅值、距离及最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的距离幅值、距离计算两个距离的对应度；
根据对应度及预设的对应度阈值确定待测无序数组中未偏移的钻孔。
进一步的，根据偏移无序数组中的中心钻孔位置、未偏移钻孔的位置及数量与对应的最终数组中的中心钻孔位置及对应的钻孔的位置计算中心钻孔的偏移程度的步骤包括：
当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔均未发生偏移，则该偏移无序数组为合格无序数组，偏移程度记为0；
当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔均发生偏移，则偏移无序数组为全偏移无序数组，将全偏移无序数组的中心钻孔的偏移程度记为1；
当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔中至少一个钻孔未发生偏移，则以最终数组中与未偏移的钻孔对应的一个钻孔为坐标原点建立 第一坐标系，并得到最终数组中的中心钻孔坐标；
以偏移无序数组中的中心钻孔为原点建立第二坐标系，并得到未偏移钻孔的坐标；
将偏移无序数组中未偏移钻孔的坐标点平移至第一坐标系的坐标原点处；
根据偏移无序数组中未偏移钻孔的坐标点平移前后的坐标计算的平移量；
根据平移量得到偏移无序数组中的中心钻孔平移后的坐标；
根据偏移无序数组中的中心钻孔平移后的坐标与最终数组中的中心钻孔坐标获取中心钻孔的偏移程度。
进一步的，根据每个偏移无序数组中所有距离的均值及最大距离值计算中心钻孔的重要程度的步骤包括：
计算每个偏移无序数组中所有距离的均值与该待测无序数组中的最大距离值的比值；
所述比值记为该偏移无序数组对应钻孔的重要程度。
进一步的，根据影响程度及预设的影响程度阈值确定PCB板的质量的步骤包括：
当PCB板的任意一个中心钻孔的影响程度大于影响程度阈值时，则PCB板为不合格PCB 板；当PCB板的任意一个中心钻孔的影响程度均小于影响程度阈值时，则PCB板为合格PCB 板。
本发明的有益效果是：本发明的基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，根据待测PCB 板和合格PCB板进行钻孔位置匹配，具体的，匹配钻孔之间的距离，从而确定偏移的钻孔，然后根据偏移钻孔的重要程度和可靠程度确定每个偏移的钻孔对PCB板的影响程度，根据影响程度确定PCB板的质量，实现了对钻孔偏移的精确检测，进而实现对PCB板质量的精确判断。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法的实施例总体步骤的流程图；
图2为实施例步骤S31中获取偏移无序数组的流程图；
图3为实施例步骤S32中最终数组的流程图；
图4为实施例步骤S4中获取偏移无序数组与最终数组中的对应的钻孔的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法的实施例，如图1所示，该方法包括：
S1、获取待测PCB板及合格PCB板对应的钻孔区域图像，具体的，通过相机采集待测PCB 板的表面图像，然后通过对表面图像进行语义分割得到钻孔区域图像，对合格PCB板进行同样处理得到合格PCB板的钻孔区域图像。
S2、以钻孔区域图像中每个钻孔为中心钻孔，根据中心钻孔与其他所有钻孔之间的距离构建待测PCB板上每个中心钻孔对应的待测无序数组、合格PCB板上每个中心钻孔对应的合格无序数组；具体的，在钻孔区域图像上建立坐标系，获取每个钻孔的最小内接圆，最小内接圆的圆心作为该钻孔的中心，从坐标系中获取每个钻孔的中心的坐标，根据每个钻孔的坐标计算以每个钻孔为中心钻孔与其他所有钻孔之间的距离，根据所有距离得到待测PCB板上每个中心钻孔对应的待测无序数组、合格PCB板上每个中心钻孔对应的合格无序数组。
S3、根据待测无序数组中的距离与合格无序数组中的距离确定存在中心钻孔偏移的偏移无序数组；根据每个偏移无序数组中的距离与每个合格无序数组中的距离获取偏移无序数组在合格无序数组对应的最终数组。
根据PCB板的生产参数，合格PCB板钻孔之间的关系是确定的，所以根据合格PCB板对应的合格无序数组中钻孔之间的距离关系和待测无序数组中钻孔的实际距离关系确定钻孔的偏移，具体的，如图2所示，S31、根据待测无序数组中的距离与合格无序数组中的距离确定存在中心钻孔偏移的偏移无序数组的步骤包括：S311、当所有合格无序数组没有任何一个距离与待测无序数组中的所有距离相等，则待测无序数组对应的中心钻孔偏移；S312、当其中一个合格无序数组中有部分距离与待测无序数组中的部分距离相等、有部分距离与待测无序数组中的部分距离不相等，则待测无序数组对应的中心钻孔未偏移；S313、当其中一个合格无序数组中有所有距离与待测无序数组中的所有距离相等，则待测无序数组对应的中心钻孔可能偏移； S314、将偏移的中心钻孔、可能偏移的中心钻孔对应的待测无序数组记为偏移无序数组。
如图3所示，S32、根据每个偏移无序数组中的距离与每个合格无序数组中的距离获取偏移无序数组在合格无序数组对应的最终数组的步骤包括：S321、计算每个待测无序数组中距离的待测均值；S322、计算每个合格无序数组中距离的合格均值；S323、获取待测均值和合格均值的差值；S324、将最小差值对应的合格无序数组记为最终数组。
S4、根据偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离确定偏移无序数组与最终数组对应的钻孔，由于在只有中心钻孔发生偏移时，由偏移中心钻孔连接其他钻孔而成的边相对于原始边的距离发生改变，且变化量较小，所以偏移前后中心钻孔连接的边在长度上具有相近性和位置上具有相近性，所以其上像素点的梯度幅值的变化量也较小，因此，根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间、最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值、距离确定偏移无序数组中未偏移的钻孔及数量。
具体的，如图4所示，根据偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离确定偏移无序数组与最终数组对应的钻孔的步骤包括：S41、获取偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离的距离差；S42、获取每个距离对应的所有距离差中最小距离差；S43、获取最小距离差对应的偏移无序数组的最终距离、最终数组中的最终距离；S44、获取偏移无序数组的最终距离对应的钻孔与最终数组中的最终距离对应的钻孔，该两个钻孔为对应的钻孔。
根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间、最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值、距离确定偏移无序数组中未偏移的钻孔的步骤包括：对偏移无序数组、最终数组中钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值进行求和得到偏移无序数组对应的钻孔与中心钻孔之间的距离幅值、最终数组对应的钻孔与中心钻孔之间的距离幅值；根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间的距离幅值、距离及最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的距离幅值、距离计算两个距离的对应度；根据下式(2)计算对应度：
Figure GDA0003689236970000061
其中，DY表示偏移无序数组中的距离OBu与最终数组中的距离DEv的对应程度；α表示距离OBu与距离DEv的差值为最小差值时的梯度幅值对中心点O偏移前后的影响因子；β分别表示距离OBu与距离DEv的差值为最小差值时最小差值对中心点O偏移前后的影响因子；OBu表示偏移无序数组中的中心钻孔O到钻孔B的距离，DEv表示最终数组中的中心钻孔D到钻孔B对应的钻孔E的距离；根据对应度及预设的对应度阈值确定待测无序数组中未偏移的钻孔，具体的，当对应度小于预设的对应度阈值，则确定距离OBu与距离DEv为对应的距离，即偏移无序数组中的钻孔Bu未发生偏移，同理得到，每个偏移无序数组中的未偏移钻孔。
S5、根据偏移无序数组中的中心钻孔位置、未偏移钻孔的位置及数量与对应的最终数组中的中心钻孔位置及对应的钻孔的位置计算中心钻孔的偏移程度，根据偏移程度确定中心钻孔的可靠程度。
具体的，当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔均未发生偏移，则该偏移无序数组为合格无序数组，偏移程度记为0；当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔均发生偏移，则偏移无序数组为全偏移无序数组，将全偏移无序数组的中心钻孔的偏移程度记为1；当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔中至少一个钻孔未发生偏移，则以最终数组中与未偏移的钻孔对应的一个钻孔为坐标原点建立 第一坐标系，并得到最终数组中的中心钻孔坐标；以偏移无序数组中的中心钻孔为原点建立第二坐标系，并得到未偏移钻孔的坐标；将偏移无序数组中未偏移钻孔的坐标点平移至第一坐标系的坐标原点处；根据偏移无序数组中未偏移钻孔的坐标点平移前后的坐标计算的平移量；根据平移量得到偏移无序数组中的中心钻孔平移后的坐标；根据偏移无序数组中的中心钻孔平移后的坐标与最终数组中的中心钻孔坐标获取中心钻孔的偏移程度。
具体的，S54、根据偏移程度确定中心钻孔的可靠程度，根据下式(3)计算可靠程度：
Figure GDA0003689236970000071
其中RELi表示第i个偏移的中心钻孔相对于PCB板的可靠程度，τ表示可靠程度和偏移程度的比例系数，根据经验设定。
S6、根据每个偏移无序数组中所有距离的均值及最大距离值计算中心钻孔的重要程度。
具体的，计算每个偏移无序数组中所有距离的均值与该待测无序数组中的最大距离值的比值；所述比值记为该偏移无序数组对应钻孔的重要程度，根据下式(1)计算中心钻孔的重要程度：
Figure GDA0003689236970000072
其中，AGi表示第i个中心钻孔的重要程度，Si_j表示第j个偏移无序数组中第i个距离，n表示第j个偏移无序数组中距离的个数，Si_j(max)表示第j个偏移无序数组中第i个距离为最大距离值。
S7、根据重要程度和可靠程度计算每个偏移的中心钻孔对PCB板的影响程度，具体的，根据下式(4)计算每个偏移的中心钻孔对PCB板的影响程度：
INFi＝RELi*AGi (4)
其中，INFi表示第i个偏移的中心钻孔对PCB板的影响程度，RELi表示第i个偏移的中心钻孔的可靠程度，AGi表示第i个偏移的中心钻孔的重要程度。
根据影响程度及预设的影响程度阈值确定PCB板的质量，具体的，当PCB板的任意一个中心钻孔的影响程度大于影响程度阈值时，则PCB板为不合格PCB板；当PCB板的任意一个中心钻孔的影响程度均小于影响程度阈值时，则PCB板为合格PCB板。
综上所述，本发明提供基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，根据待测PCB板和合格 PCB板进行钻孔位置匹配，具体的，匹配钻孔之间的距离，从而确定偏移的钻孔，然后根据偏移钻孔的重要程度和可靠程度确定每个偏移的钻孔对PCB板的影响程度，根据影响程度确定 PCB板的质量，实现了对钻孔偏移的精确检测，进而实现对PCB板质量的精确判断。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，其特征在于，该方法包括：
获取待测PCB板及合格PCB板对应的钻孔区域图像；
以钻孔区域图像中每个钻孔为中心钻孔，根据中心钻孔与其他所有钻孔之间的距离构建待测PCB板上每个中心钻孔对应的待测无序数组、合格PCB板上每个中心钻孔对应的合格无序数组；
根据待测无序数组中的距离与合格无序数组中的距离确定存在中心钻孔偏移的偏移无序数组，根据每个偏移无序数组中的距离与每个合格无序数组中的距离获取偏移无序数组在合格无序数组对应的最终数组；其中，根据待测无序数组中的距离与合格无序数组中的距离确定存在中心钻孔偏移的偏移无序数组的步骤包括：当所有合格无序数组没有任何一个距离与待测无序数组中的所有距离相等，则待测无序数组对应的中心钻孔偏移；当其中一个合格无序数组中有部分距离与待测无序数组中的部分距离相等、有部分距离与待测无序数组中的部分距离不相等，则待测无序数组对应的中心钻孔未偏移；当其中一个合格无序数组中有所有距离与待测无序数组中的所有距离相等，则待测无序数组对应的中心钻孔可能偏移；将偏移的中心钻孔、可能偏移的中心钻孔对应的待测无序数组记为偏移无序数组；其中，根据每个偏移无序数组中的距离与每个合格无序数组中的距离获取偏移无序数组在合格无序数组对应的最终数组的步骤包括：计算每个待测无序数组中距离的待测均值；计算每个合格无序数组中距离的合格均值；获取待测均值和合格均值的差值；将最小差值对应的合格无序数组记为最终数组；
根据偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离确定偏移无序数组与最终数组对应的钻孔，根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间、最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值、距离确定偏移无序数组中未偏移的钻孔及数量；其中，根据偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离确定偏移无序数组与最终数组对应的钻孔的步骤包括：获取偏移无序数组的每个距离与最终数组中每个距离的距离差；获取每个距离对应的所有距离差中最小距离差；获取最小距离差对应的偏移无序数组的最终距离、最终数组中的最终距离；获取偏移无序数组的最终距离对应的钻孔与最终数组中的最终距离对应的钻孔，该两个钻孔为对应的钻孔；
根据偏移无序数组中的中心钻孔位置、未偏移钻孔的位置及数量与对应的最终数组中的中心钻孔位置及对应的钻孔的位置计算中心钻孔的偏移程度，根据偏移程度确定中心钻孔的可靠程度；
根据每个偏移无序数组中所有距离的均值及最大距离值计算中心钻孔的重要程度；
根据重要程度和可靠程度计算每个偏移的中心钻孔对PCB板的影响程度，根据影响程度及预设的影响程度阈值确定PCB板的质量。
2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，其特征在于，根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间、最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值、距离确定待测无序数组中未偏移的钻孔的步骤包括：
对偏移无序数组、最终数组中钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的梯度幅值进行求和得到偏移无序数组对应的钻孔与中心钻孔之间的距离幅值、最终数组对应的钻孔与中心钻孔之间的距离幅值；
根据偏移无序数组中钻孔与中心钻孔之间的距离幅值、距离及最终数组中对应的钻孔与中心钻孔之间的所有像素点的距离幅值、距离计算两个距离的对应度；
根据对应度及预设的对应度阈值确定待测无序数组中未偏移的钻孔。
3.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，其特征在于，根据偏移无序数组中的中心钻孔位置、未偏移钻孔的位置及数量与对应的最终数组中的中心钻孔位置及对应的钻孔的位置计算中心钻孔的偏移程度的步骤包括：
当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔均未发生偏移，则该偏移无序数组为合格无序数组，偏移程度记为0；
当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔均发生偏移，则偏移无序数组为全偏移无序数组，将全偏移无序数组的中心钻孔的偏移程度记为1；
当偏移无序数组中所有距离对应的钻孔中至少一个钻孔未发生偏移，则以最终数组中与未偏移的钻孔对应的一个钻孔为坐标原点建立 第一坐标系，并得到最终数组中的中心钻孔坐标；
以偏移无序数组中的中心钻孔为原点建立第二坐标系，并得到未偏移钻孔的坐标；
将偏移无序数组中未偏移钻孔的坐标点平移至第一坐标系的坐标原点处；
根据偏移无序数组中未偏移钻孔的坐标点平移前后的坐标计算的平移量；
根据平移量得到偏移无序数组中的中心钻孔平移后的坐标；
根据偏移无序数组中的中心钻孔平移后的坐标与最终数组中的中心钻孔坐标获取中心钻孔的偏移程度。
4.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，其特征在于，根据每个偏移无序数组中所有距离的均值及最大距离值计算中心钻孔的重要程度的步骤包括：
计算每个偏移无序数组中所有距离的均值与该待测无序数组中的最大距离值的比值；
所述比值记为该偏移无序数组对应钻孔的重要程度。
5.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的PCB钻孔偏移检测方法，其特征在于，根据影响程度及预设的影响程度阈值确定PCB板的质量的步骤包括：
当PCB板的任意一个中心钻孔的影响程度大于影响程度阈值时，则PCB板为不合格PCB板；当PCB板的任意一个中心钻孔的影响程度均小于影响程度阈值时，则PCB板为合格PCB板。
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