CN115420744A - 一种基于图像识别的印制板缺陷检测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的印制板缺陷检测方法及系统，属于PCB检测领域，其通过图像采集单元采集标准板的图像数据，并以此为基准与待测板卡的图像数据进行比对，进而通过图像数据上的差异判别待测板卡是否合格，以及不合格待测板卡的具体缺陷原因，替代了传统通过人工检测的方式，在使用时无需导入标准基级图像，大幅提高了对PCB的检测效率。本发明的基于图像识别的印制板缺陷检测方法及系统，其整体结构简单，操作方便，不仅能够实现对PCB快速且准确检测作业，而且还能够实现标准基级PCB图像的快速检测与录入，同时，装置整体体积小巧，搬运方便，具有良好的实用价值与应用前景。

Description

一种基于图像识别的印制板缺陷检测系统及其方法

技术领域

本发明属于PCB检测领域，具体涉及一种基于图像识别的印制板缺陷检测方法及系统。

背景技术

PCB即印制线路板，简称印制板，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器，都会使用到印制板。在PCB的生产过程中，其质量的检测是PCB制作中的关键步骤，是PCB成品合格率控制的最后关卡。

PCB产品合格率一直是制约电子代工行业利润增长的重要因素之一，不过随着AOI技术的与PCB检测工艺的相互结合，有效解决了传统通过人工检测难、效率差等一洗了问题，目前应用最广泛、最具发展潜力的PCB缺陷检测方法之一，解决了元件密集条件下的表面焊接缺陷检测问题。

但是，随着PCB的类型多元化发展，贴装元件缺陷类型也更加复杂，而AOI检测系统能够检测的贴装缺陷类型是有限的，需要不断的完善。同时，随着线路密集程度不断增大，漏检、误检也是该技术不可避免的问题。如今，市面上一些缺陷测量仪较笨重，不利于搬运和测量工作。同时，在使用时需重新导入标准基级图像，然后再与待测板卡进行比对，十分麻烦，同时，在检测时也只能对单一种类的PCB进行检测，检测的缺陷种类也较为单一，检测效率低下，无法满足现有技术中对PCB生产和检测的需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种基于图像识别的印制板缺陷检测方法及系统，其利用图像识别检测系统同时采集待测板卡和标准板卡的图像信息，并对两者进行比对，进而快速且准确的采集待测板卡上存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种基于图像识别的印制板缺陷检测方法，包括以下步骤：

S101：利用图像采集单元分别采集标准板卡和待测板卡的二维图像信息；

S200：将两者的二维图像信息传输至数据处理单元内进行处理，得到待测板卡的图像数据和标准板卡的图像数据；

S300：以标准板卡的图像数据为基准，将待测板卡的二维图像数据与其进行比对，并利用比对后对的数据差异，判断待测板卡存在的缺陷。

作为本发明的进一步改进，在步骤S200中，对所述二维图像信息的处理过程还包括以下步骤：

根据二维图像信息的复杂程度，对二维图像信息进行分割，并解析每一块分割后的图像；

对板件上各元件的图像进行二值化处理，并获取元件的二值图像；

对二维图像信息进行灰度处理，并根据灰度值绘制灰度直方图。

作为本发明的进一步改进，在步骤S300中，对所述二维图像数据的比对过程如下：

根据板卡的二值图像获取板卡的位置参数和图像参数；

将所述标准板卡和所述待测板卡的图像参数与位置参数进行比对，获取两者之间的互相关系数r，并设定互相关系数的最小阈值T1；

若两者互相关系数r大于最小阈值T1，则直接判定为合格样本；反之，则为判定为存在缺陷的样本。

作为本发明的进一步改进，在判断待测样本为存在缺陷的样本后，对其缺陷类型进行进一步的判定，其判定过程包括以下步骤：

S301：设定互相关系数的最大阈值T2，若r小于T2则进入步骤S302，反之则进入步骤S303：

S302：根据元件区域的二值图像，分别获取待测板卡和标准板卡中白色前景占图像整体的比例R；并设定占比的最小阈值，若待测板卡与标准板卡之间的差值大于最小阈值则判定待测板卡的缺陷为缺焊，反之，则进入到步骤S203；

S303：获取待测板卡和标准板卡上连通区域的总面积SP和SD，以及连通数NP和SP；

S304：若NP小于ND且SP大于SD，则判断待测板卡的缺陷为桥接；反之，则进入步骤S305；

S305：获取元件质心的偏移度ax和ay；若ax或ay大于0.25，则可判断为歪贴，反之则进入S206；

S306：根据灰度直方图获取待测板卡和标准板卡的GP和GP，以及两者的灰度占比RH和TH；

S307：若GP小于GD且RH大于TH，则判断待测板卡的缺陷为少锡；反之则进入到步骤S308；

S308：设定一个互相关系数的最小阈值，判断剩余待测样本的互相关系数是否小于该最小阈值，若小于则判断样本为其他缺陷。

在此基础上，本发明还提出了一种基于图像识别的印制板缺陷检测系统，其包括箱体；

所述箱体上设置有至少两工位，其中一个工位用于放置标准板卡，至少一个工位用于放置待测板卡；

在所述箱体内设置有至少一个图像采集单元和数据处理单元；至少一个所述图像采集单元的采集方向朝向所述箱体上的至少两所述工位设置，用于分别采集标准板卡和待测板卡的二维图像信息；且

所述数据处理单元与至少一个图像采集单元电连接，用于将所述标准板卡和待测板卡的二维图像信息输送至数据处理单元内，并在所述数据处理单元内对标准板卡和待测办卡的二维图像信息进行分割、二级化和灰度处理，继而对处理后的两二维图像数据进行比对，获取待测办卡与标准板卡的数据差异，以判断待测板卡的缺陷。

作为本发明的进一步改进，所述图像采集单元和所述工位均有多个；且

多个所述图像采集单元的采集方向分别对应多个工位设置，用于分别对应工位上板卡的二维图像信息。

作为本发明的进一步改进，所述图像采集单元有一个；

对应该图像采集单元设置有调节机构，用于调节所述图像采集单元的采集方向，进而采集不同工位上板卡的二维图像信息。

作为本发明的进一步改进，对应所述图像采集单元设置有照明组件，其光照方向朝向工位设置。

作为本发明的进一步改进，所述箱体内还设置有存储模块，其与所述数据处理模块电连接，用于接收并存储所述标准板卡和待测板卡的二维图像数据。

作为本发明的进一步改进，所述箱体内还设置有数据收发单元，用于接收所述数据处理单元处理后的二维图像数据。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

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，具有的有益效果包括：

(1)本发明的基于图像识别的印制板缺陷检测方法及系统，其通过图像采集单元采集标准板的图像数据，并以此为基准与待测板卡的图像数据进行比对，进而通过图像数据上的差异判别待测板卡是否合格，以及不合格待测板卡的具体缺陷原因，替代了传统通过人工检测的方式，在使用时无需导入标准基级图像，大幅提高了对PCB的检测效率。

(2)本发明的基于图像识别的印制板缺陷检测方法及系统，其通过利用对图形算法上的优化，配合图像处理技术，使得装置能够实现对待测板卡快速且准确的检测作业，并将各个单元容置在箱体内，使得装置的体积更小，方便搬运与测量作业。同时，也可将装置搭载到生产线上进行使用，具有良好的实用性。

(3)本发明的基于图像识别的印制板缺陷检测方法及系统，其整体结构简单，操作方便，不仅能够实现对PCB快速且准确检测作业，而且还能够实现标准基级PCB图像的快速检测与录入，同时，装置整体体积小巧，搬运方便，具有良好的实用价值与应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例中印制板缺陷检测系统及其方法的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中印制板缺陷检测系统及其方法的整体轴测示意图；

图3是本发明实施例中印制板缺陷检测方法的逻辑框图；

图4是本发明实施例中印制板缺陷检测方法中缺陷判断的逻辑框图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：100、箱体；101、工位；103、操作面板；104、电源开关；105、散热结构；106、图像采集单元；107、照明单元；108、数据处理单元。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参阅图3和图4，本发明的印制板缺陷检测方法，其利用图像采集的方式实时采集标准板卡和待测板卡的二维图像数据，并将两者的二维图像数据进行比对，进而获取待测办卡与标准板卡图像数据上的差异，并通过该数据差异判断待测板卡所存在的缺陷，以达到快速、准确多样的PCB检测，

具体而言，该方法包括以下步骤：

S100：将标准板卡和待测板卡放入到两工位101上，并利用图像采集单元106分别采集标准板卡和待测板卡的二维图像信息。

进一步具体地，对待测板卡和标准板卡的放置过程还包括以下步骤：

S101：将标准板卡放入至工位101上。

S102：使图像采集单元106对准标准板卡，并开启光照组件和光源采集单元。

S103：通过图像采集单元106采集标准板卡的二维图像信息。

S104：放置待测板卡，并重复上述操作。

S200：将两者的二维图像信息传输至数据处理单元108内进行处理，得到待测板卡的图像数据和标准板卡的图像数据。

在实际使用的过程中，例如，在对同系列类型的板卡进行检测时，先将采集标准板卡的图像信息，并对其进行处理，然后将其存储至存储单元内。接着再将采集待测板卡的图像数据，并对其进行处理和比对。

S300：以标准板卡的图像数据为基准，将待测板卡的二维图像数据与其进行比对，根据比对后的数据差异，判断待测板卡的缺陷。

S301：设定互相关系数的最大阈值T2，若r小于T2则进入步骤302，反之则进入步骤S303：

S302：根据元件区域的二值图像，分别获取待测板卡和标准板卡中白色前景占图像整体的比例R；并设定占比的最小阈值，若待测板卡与标准板卡之间的差值大于最小阈值则判定待测板卡的缺陷为缺焊，反之，则进入到步骤S303；

S303：获取待测板卡和标准板卡上连通区域的总面积SP和SD，以及连通数NP和SP；

S304：若NP小于ND且SP大于SD，则判断待测板卡的缺陷为桥接；反之，则进入步骤S305；

S305：获取元件质心的偏移度ax和ay；若ax或ay大于0.25，则可判断为歪贴，反之则进入S306；

S306：根据灰度直方图获取待测板卡和标准板卡的GP和GP，以及两者的灰度占比RH和TH；

S307：若GP小于GD且RH大于TH，则判断待测板卡的缺陷为少锡；反之则进入到步骤S308；

S308：设定一个互相关系数的最大阈值，判断剩余待测样本的互相关系数是否小于该最大阈值，若小于则判断样本为其他缺陷。

此外，本发明还提供了一种基于图像识别的印制板缺陷检测系统，请参阅图1和图2，其通过图像采集单元106分别采集标准板卡和待测板卡的二维图像信息，并利用处理器对待测板卡和标准板卡的二维图像信息进行处理，进而获取两板卡的检测指标，并以标准板卡的检测为基准将待测板卡的检测指标与其进行比对，以此判断待测板卡存在的缺陷，实现快速且准确的PCB检测作业。

具体而言，本发明优选实施例中的缺陷检测系统，其包括箱体100，在箱体100上设置有至少两个工位101，其中一个工位101用于放置标准板卡，至少一个工位101用于放置待测板卡；在箱体100内设置有数据处理单元108和至少一个图像采集单元106，图像采集单元106的采集方向朝向工位101设置，图像采集单元106与数据处理单元108电连接，用于分别采集两工位101上标准板卡和待测板卡的二维图像信息，并将其传输至数据处理单元108内进行处理，并在处理后以标准板卡的数据为基准将其与待测板卡的数据进行比对，以此得到两者的区别数据，最后根据区别数据判断待测板卡是否存在缺陷。

可以理解，上述的缺陷可以是缺陷数、桥接数、歪贴数、缺陷比率等信息。

更细节地，数据处理单元108在对二维图像信息进行处理时，先根据板卡的复杂程度进行图像分割，然后再分别对每一块图像进行解析，接着对板卡上的元件进行图像二值化处理，最后计算得到元件的相关位置参数与图像参数。

在实际处理的过程中，先将标准板卡放入到工位101内进行检测，在获取了标准件的各项数据后，再将待测板卡放入到其他的工位101上，对其图像进行采集，并获取其图像数据，再将待测板卡的数据与标准板卡数据进行比对，进而获取待测板卡的缺陷指标。

进一步优选地，在箱体100内还设置有存储单元，其与数据处理单元108电连接，用于接收并存储标准板卡的各项数据，并以该数据作为标准与其他同类型的待测板卡进行比对。

更具体地，在获取了图像数据的相关位置参数和图像参数后，获取待测板卡与标准板卡的元器件采集图像的互相关系数r，|r|∈[0,1]，当互相关系数越大时，标准板卡的图像数据与待测板卡的图像数据的匹配程度越高。并设定最小阈值T1，当|r|＞T1时，待测板卡为合格样本，反之则为不合格样本。

在一个具体的实施例中，设图像互相关系数的最小阈值为T1为0.7。在检测的样本图像互相关系数r大于0.7时则为合格样本，小于0.7时则会不合格样本。

进一步地，若样本为不合格样本，则判断该样本的具体缺陷：

首先，确定一个最大阈值T2，T2为0.4。判断该板卡图像互相关系数r是否小于T2，并获取标准板卡和待测板卡元件区域二值图像中白色前景占图像整体的比例，分别记为、，并判断两者之间的差值是否大于占比的最小阈值；若同时满足上述两个条件，则判断该待测板件为缺焊。

更进一步地，在不满足上述两条件的样本中，判断待测样本的上的连通区域的个数NP与总面积SP与标准板卡上连通区域的个数ND与总面积SD(连通区域是指焊盘上存在连片的焊接点的个数)；若待检板连通数NP小于标准板连通数ND，待测板连通区域的总面积SP大于标准板连通区域的总面积SD，则可判断为桥接；

在对剩余的样本进行判断时，判断该样本质心的偏移度ax和ay；若ax或ay大于0.25，则可判断为歪贴；最后将图像进行灰度处理后，根据灰度值的分布情况绘制灰度直方图，经多次实验后，结合实际情况，标准焊接的焊接点其灰度均值可信范围为85-135，若待检板灰度均值GP小于标准板灰度均值GD，待检板灰度值在可信范围内的占比待检板的灰度均值±3α内的占比RH大于标准板的占比阈值TH为0.65，则可判断为少锡。

此外，若图像互相关系数小于0.1，则为其他缺陷。而剩余的其他样本则为合格样本。

可以理解，对如何获得相关位置参数、图像参数、质心加速度和灰度直方图等参数，是本领域技术人员可以直接根据现有技术进行计算得到的，在此不再赘述。

进一步地，在实际设置的过程中，优选工位101的数量为两个。当然，也可以根据实际使用需求增加多个工位101，用于放置待测板卡。同时，优选对应每个工位101设置有一个图像采集单元106，进而同时采集多个待测板卡的图像数据，并按照上述处理方式对待测板卡的缺陷进行检测。

在实际设置的过程中，可设置多个工位101放置多个待测板卡，只需留出一个工位101放置标准板卡即可，且对应多个工位101设置多个图像采集单元106，以此在使装置能够同时对多个待测板卡进行检测，继而大幅提升了检测效率。

进一步地，对应每个图像采集单元106设置有照明单元107，其光照方向朝向工位101设置，使得图像采集单元106能够更好的采集待测板卡或标准板卡的二维图像数据。

更进一步地，在箱体100上还设置有显示屏和与其电连接的操作面板103，操作面板103用于控制整个装置开启或关闭，显示屏与数据处理单元108电连接，用于接收并显示待测板卡和的二维图像数据。同时，在箱体100上还设置有散热结构105，用于对箱体100内部设置的各个元件进行快速的散热。对应箱体100内的电源，在箱体100的表面设置有电源开关104，用于控制整个装置的开启或关闭。

此外，本发明优选实施例中缺陷检测系统还包括数据收发单元，其与数据处理单元108电连接，用于将处理后的板卡数据传输至终端设备上。

本发明的基于图像识别的印制板缺陷检测方法及系统，其整体结构简单，操作方便，不仅能够实现对PCB快速且准确检测作业，而且还能够实现标准基级PCB图像的快速检测与录入，同时，装置整体体积小巧，搬运方便，具有良好的实用价值与应用前景。

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)

1.一种基于图像识别的印制板缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101：利用图像采集单元分别采集标准板卡和待测板卡的二维图像信息；

S200：将两者的二维图像信息传输至数据处理单元内进行处理，得到待测板卡的图像数据和标准板卡的图像数据；

S300：以标准板卡的图像数据为基准，将待测板卡的二维图像数据与其进行比对，并利用比对后的数据差异，判断所述待测板卡所存在的缺陷。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的印制板缺陷检测方法，其特征在于，在步骤S200中，对所述二维图像信息的处理过程还包括以下步骤：

根据二维图像信息的复杂程度，对二维图像信息进行分割，并解析每一块分割后的图像；

对板件上各元件的图像进行二值化处理，并获取元件的二值图像；

对二维图像信息进行灰度处理，并根据灰度值绘制灰度直方图。

3.根据权利要求2所述的基于图像识别的印制板缺陷检测方法，其特征在于，在步骤S300中，对所述二维图像数据的比对过程如下：

根据板卡的二值图像获取板卡的位置参数和图像参数；

将所述标准板卡和所述待测板卡的图像参数与位置参数进行比对，获取两者之间的互相关系数r，并设定互相关系数的最小阈值T1；

若两者互相关系数r大于最小阈值T1，则直接判定为合格样本；反之，则为判定为存在缺陷的样本。

4.根据权利要求3所述的基于图像识别的印制板缺陷检测方法，其特征在于，在判断待测样本为存在缺陷的样本后，对其缺陷类型进行进一步的判定，其判定过程包括以下步骤：

S301：设定互相关系数的最大阈值T2，若r小于T2则进入步骤S302，反之则进入步骤S303：

S302：根据元件区域的二值图像，分别获取待测板卡和标准板卡中白色前景占图像整体的比例R；并设定占比的最小阈值，若待测板卡与标准板卡之间的差值大于最小阈值则判定待测板卡的缺陷为缺焊，反之，则进入到步骤S203；

S303：获取待测板卡和标准板卡上连通区域的总面积SP和SD，以及连通数NP和SP；

S304：若NP小于ND且SP大于SD，则判断待测板卡的缺陷为桥接；反之，则进入步骤S305；

S305：获取元件质心的偏移度ax和ay；若ax或ay大于0.25，则可判断为歪贴，反之则进入S206；

S306：根据灰度直方图获取待测板卡和标准板卡的GP和GP，以及两者的灰度占比RH和TH；

S307：若GP小于GD且RH大于TH，则判断待测板卡的缺陷为少锡；反之则进入到步骤S308；

S308：设定一个互相关系数的最小阈值，判断剩余待测样本的互相关系数是否小于该最小阈值，若小于则判断样本为其他缺陷。

5.一种基于图像识别的印制板缺陷检测系统，其特征在于，其包括箱体；

所述箱体上设置有至少两工位，其中一个工位用于放置标准板卡，至少一个工位用于放置待测板卡；

在所述箱体内设置有至少一个图像采集单元和数据处理单元；至少一个所述图像采集单元的采集方向朝向所述箱体上的至少两所述工位设置，用于分别采集标准板卡和待测板卡的二维图像信息；且

所述数据处理单元与至少一个图像采集单元电连接，用于将所述标准板卡和待测板卡的二维图像信息输送至数据处理单元内，并在所述数据处理单元内对标准板卡和待测办卡的二维图像信息进行分割、二级化和灰度处理，继而对处理后的两二维图像数据进行比对，获取待测办卡与标准板卡的数据差异，以判断待测板卡的缺陷。

6.根据权利要求5所述的基于图像识别的印制板缺陷检测系统，其特征在于，所述图像采集单元和所述工位均有多个；且

多个所述图像采集单元的采集方向分别对应多个工位设置，用于分别对应工位上板卡的二维图像信息。

7.根据权利要求5所述的基于图像识别的印制板缺陷检测系统，其特征在于，所述图像采集单元有一个；

对应该图像采集单元设置有调节机构，用于调节所述图像采集单元的采集方向，进而采集不同工位上板卡的二维图像信息。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的基于图像识别的印制板缺陷检测系统，其特征在于，对应所述图像采集单元设置有照明组件，其光照方向朝向工位设置。

9.根据权利要求8所述的基于图像识别的印制板缺陷检测系统，其特征在于，所述箱体内还设置有存储模块，其与所述数据处理模块电连接，用于接收并存储所述标准板卡和待测板卡的二维图像数据。

10.根据权利要求9所述的基于图像识别的印制板缺陷检测系统，其特征在于，所述箱体内还设置有数据收发单元，用于接收所述数据处理单元处理后的二维图像数据。

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