CN1304488A

CN1304488A - 利用颜色检查印刷电路板

Info

Publication number: CN1304488A
Application number: CN98814204.XA
Authority: CN
Inventors: 罗纳德·F·卡明斯基; 彼得·格罗布格尔德; 尤瓦尔·斯佩克特; 埃利泽·李普蔓
Original assignee: OVBOTECH Ltd
Current assignee: OVBOTECH Ltd
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2001-07-18
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: EP1105716B1; DE69832102D1; AU8819998A; IL141185A0; WO2000011454A1; IL141185A; CN1188693C; EP1105716A1; DE69832102T2

Abstract

一种印刷电路板的分析方法,包括:产生一种印刷电路板图象,最好是一种多色图象;以及根据对该图象的分析,最好是根据对该图象中的象元的亮度值的分析,确定氧化物的存在。

Description

利用颜色检查印刷电路板

发明领域

本发明涉及图形表面检查领域，例如，印刷电路板，特别是涉及利用颜色识别一些类型的状况，例如，导体氧化。

发明背景

一种广泛采用的检查具有金属化部分和未金属化层压部分的“裸”印刷电路板的方法是：

(a)用光照亮电路板，这种光似乎来自宽范围的角度方向；

(b)使照亮部分成像；

(c)根据电路板的图象确定金属化部分；和

(d)通过将图象与一个标准图象进行一次以上的比较以及用一套标准或者规则分析图象，确定电路板的金属化缺陷，以此确定电路板是否合格。

在描述这类方法的现有技术出版物中有美国专利4,758,888；5,619,429；5,774,572；和5,774,573，这些专利的公开内容在此可结合起来作参考。

进行上述比较的问题之一是：如何确定电路板上导体覆盖的区域和没有导体的区域之间的边缘。许多出版物，包括，例如，美国专利5,524,152，该专利的公开内容在此可结合起来作参考，已经建议利用颜色来改善这种确定。一般地，这些方法使电路板利用一种颜色成像，在这种颜色下，导体和已经除去导体的区域之间的反差最大化。这可以通过用使反差最大化的光照亮表面，或者通过过滤在形成图象之前被反射的光来实现。特别是，上述作参考的美国专利5,524,152产生了一种以上的不同图象，每一种都基于一种不同的过滤器，以突出不同的材料，例如，金色铜等。

美国专利5,483,603的公开内容可结合起来作参考，该专利限定了在表现为导体特性的RGB空间中的一个区和在表现为叠层特性的RGB空间中的一个区。象元被分类为导体或者叠层，取决于该区包含的RGB值。

理想的情况是，电路板应该只是由两种类型的区域组成，即是，金属和裸露的基底，不幸地是，在电路板上的金属化有时会被氧化。此外，几种氧化类型和严重程度不同的氧化将存在，使得为了可靠的识别氧化而确定标准是困难的。

因为，在印刷电路板制造中，氧化是一种普遍的现象，特别是，在电路板已经是储存了相当长的时间和/或储存在不理想的条件下，能在印刷电路板上可靠地确定氧化区域是有用的。这样的识别将是有用的，例如，在避免分类含有缺陷的这种区域时将是有用的。

发明的概述

在本发明的一个大的方面，本发明根据印刷电路板的图象，确定印刷电路板的导体上的氧化物的存在。

根据本发明的一些优选实施例，从印刷电路板的表面反射的光的颜色特性被用来确定该区域是否是一个氧化的导体。本发明的方法可以用于任何成像系统，在该系统中，能获得多种颜色的图象。

根据本发明的一个大的方面，将一个可疑象元的颜色特性与金属化部分或者层压部分的颜色特性，最好是，金属部分的颜色特性进行比较，由此来确定氧化物的存在(或者象元的另一可确定的方面)。

根据本发明的第二大的方面，利用一个正常化的标尺，根据金属化部分或者层压部分的颜色特性，最好是，金属部分的颜色特性，比较一个可疑象元的颜色成分，由此来确定氧化物的存在(或者图象的另一可确定的方面)。

根据本发明的第三大的方面，首先找到一个具有氧化物特性的颜色空间区，然后确定象元的颜色值是否在该区内，由此来确定氧化物的存在。

根据本发明的一些优选实施例的一个方面，一种氧化物的确定不用直接排除一个叠层的存在就可作出。此外，在本发明的一些优选的实施例中，只有“内部”象元(即不接近边缘的象元)被分类为氧化物

在本发明的一个优选的实施例中，RGB的每一个色标首先在一个低的光级和从纯(未氧化)铜的反射之间正常化。最好是，“黑级”设定在零上的几个灰级，“铜级”设定在最大灰级以下的几个灰级。例如，对于光级的8比特定量(quantification)来说，图象的最黑部分可以设定在10灰级，铜(最亮)灰级设定在230灰级。

在本发明的一个优选实施例中，具有一个红阈级之下的红强度的象元不会被确定为一种氧化物。对于其它象元，不是所有颜色都具有在表示铜的范围内的强度，最好是，红级能与其它颜色的级比较。如果红(正规化)级比绿(正规化)和蓝(正规化)级更大，象元就被识别为棕色氧化物，这是最普通的类型。不同特性的组合可以用于确定其它氧化物类型的存在。

在本发明的其它优选实施例中，用叠层的亮度级来作比较。

类似的比较用于确定氧化和/或叠层问题的其它类型，还可以用于确定其它材料的存在，例如，金，锡-铅，或双处理的铜导体，氰化物酯，polymid或特氟隆叠层，光刻残余物或灰尘。

因此，根据本发明的一个优选实施例，提供了一种分析印刷电路板的方法，包括：

产生一种印刷电路板图象；以及

根据对该图象的分析而确定氧化物的存在。

最好是，不用确定象元是否是一个叠层象元，就能确定氧化物的存在。

最好是，产生一个图象包括产生一种象元化的图象，该图象对于每一象元具有亮度值；以及确定氧化物的存在包括确定对应亮度值的氧化物的存在。

最好是，产生一个图象包括产生多个图象，每一个是不同的颜色，在每个图象中每一个象元具有亮度值；确定氧化物的存在包括根据对在至少两个图象中的象元值的分析而进行确定。最好是，多个图象包括一个红的、一个绿的和一个蓝的图象。

最好是，确定氧化物的存在包括：根据对单种颜色的一个亮度值的考虑，消去象元。最好是，颜色是红的，具有在给定值之下的一个红亮度级的象元从作为一种氧化物的考虑中消去。最好是，颜色是红的；以及，其中，具有在给定值之上的一个红值的象元从作为一种氧化物的考虑中消去。

在本发明的一个优选实施例中，确定氧化物的存在包括：根据对两种颜色的亮度级之间的比较的考虑，消去象元。最好是，两种颜色是红的和绿的，其中，如果象元的红亮度值与铜的对应值相比小于象元的绿亮度值与铜的相比，这种象元被排除。最好是，两种颜色是红的和蓝的，其中，如果象元的红亮度值与铜的对应值相比小于象元的蓝亮度值与铜的相比，该象元被消去。

在本发明的一个优选的实施例中，确定氧化物的存在包括：根据三种颜色的亮度级的分析的考虑，消去象元。

在本发明的一个优选的实施例中，确定氧化物的存在包括：根据带铜亮度级的三种颜色的亮度级之间的比较的考虑，消去象元。最好是，当象元的颜色亮度值具有一个比从铜的亮度值的平均值所得到的给定值更大的马哈朗诺比斯(Mahalanobis)距离时，该象元从作为一种氧化物的考虑中被消去。最好是，马哈朗诺比斯距离的给定值是在4-8之间，大约为6更好。

在本发明的一个优选的实施例中，根据一种图象的亮度值和铜的亮度值特性之间的关系而确定氧化物的存在。

最好是，该方法包括：

确定氧化物的色域特性；以及

将象元的颜色值与确定的值域比较，以确定象元是否是一种氧化物。

根据本发明的一个优选的实施例，进一步提供了一种多色图象处理方法，包括：

产生多个物体的图象，所述图象在不同的波长范围取得；

确定图象中的梯度值；以及

分析该多色图象，以确定物体的特性；

其中，高梯度或者接近高梯度的图象区被分析出来，区别于其它不同的图象区。

在本发明的一个优选实施例中，高梯度区是过渡区，例如，边缘区和在导体和叠层之间的特殊边缘处。

在本发明的一个优选实施例中，高梯度区从分析中被除去。

在本发明的优选实施例中，该物体是一个印刷电路板。

根据下面的非限定性的优选实施例的描述，将更清楚地理解本发明。

本发明的优选实施例的说明

在本发明的一个优选的实施例中，印刷电路板(PCB)由多波长的光照亮，并以多种颜色成像，例如，以红绿蓝(RGB)颜色成像。本发明的方法可应用于能取得多色图象的任何成像系统，在本发明的一个特别优选的实施例中，借助在PCT专利申请PCT/IL98/00285中描述的装置，将PCB照亮，获得图象，该专利所公开的内容可结合起来作为参考。

在本发明的一个优选实施例中，希望确定棕色氧化物的存在，产生三色图象，即R,G和B图象。可选择的是，正如在PCT/IL98/00285中所公开的，用过滤器来减少图象之间颜色的任何交叉，这样，每一图象就代表不同波长的反射。或者，用白光来照亮，以及采用标准光区段(division)(和相关的重叠敏感度)。

作为确定过程中的第一优选步骤，首先进行安装，以校准该系统。这种校准最好是利用一个标准制造的、PCB裸板来完成，最好是，PCB裸板上无氧化物。操作者最好选择电路板的一部分，该部分是内部铜象元、边缘象元和一些叠层象元的组合。

首先，调整照亮的亮度、照相机和A/D参数，以致于按顺序取得图象的颜色RGB的每一色的灰级将具有一个大约10的黑级和对于8比特数量的光级一个大约230的铜象元的值。

下一步骤是根据分析过渡象元(导体和叠层之间在或者接近过渡区或者接近过渡区的象元)确定一个“低可靠(low-sure)”的阈值。这种计算是根据更详细的在美国专利5,774,573(Caspi等人)的附图15中的计算，除了只有灰级值被累加，不会调整成对(灰级，灰级差)。这种阈值的目的是限定其红级是这样低，以致于它不能是一种氧化物的象元。其它阈值和限定这些阈值的方法可以被采用，以取代“低可靠”阈值。

安装的下一步骤是产生一个在有限大小区域内的所有内部铜象元的颜色的三维直方图。已经知道700×700象元区域给出了适当的统计数字。对于该三维直方图，计算其平均值。平均值也可以根据三种单独的颜色分布来计算。

最好是，从这些数值形成一个协方差矩阵。该矩阵是：

Σ \frac{{(R_{i} - \bar{R})}^{2}}{(N - 1)} - - - - Σ \frac{(R_{i} - \bar{R}) • (G_{i} - \bar{G})}{(N - 1)} - - Σ \frac{(R_{i} - \bar{R}) • (B_{i} - \bar{B})}{(N - 1)}

Σ \frac{(R_{i} - \bar{R}) • (G_{i} - \bar{G})}{(N - 1)} - - - Σ \frac{{(G_{i} - \bar{G})}^{2}}{(N - 1)} - - - Σ \frac{(G_{i} - \bar{G}) • (B_{i} - \bar{B})}{(N - 1)}

Σ \frac{(R_{i} - \bar{R}) • (B_{i} - \bar{B})}{(N - 1)} - - - Σ \frac{(G_{i} - \bar{G}) • (B_{i} - \bar{B})}{(N - 1)} - - - Σ \frac{{(B_{i} - \bar{B})}^{2}}{(N - 1)}

该矩阵被反转形成一个反转的协方差矩阵。该反转的矩阵用于确定一个象元是否是一种氧化物。

在本发明的一个优选的实施例中，下面的规则用于测试条件下一个PC板中的图象象元，以确定一个象元是否被氧化。

1)如果象元是在一个强梯度(例如，它是一个边缘象元)，则它不能被检测，并不能标为氧化物；

2)如果根据铜象元的平均值的马哈朗诺比斯(Mahlanobis)距离(在下面限定)小于某一给定值，则它就不是氧化物；该数值可以在大约4-8之间变化，6是一个优选值；

3)如果红象元值小于对应的红低可靠阈值，则它不能归类为一种氧化物(它一定是叠层)；

4)可选择的是，如果对于一个象元，红的小于绿的，则它不能归类为一种氧化物；

5)可选择的是，如果对于一个象元，红的小于蓝的，则它不能归类为一种氧化物；和

6)可选择的是，如果红的值比某一高值(例如，220)更大，则它不能归类为一种氧化物。

通过以下过程来确定一个象元的马哈朗诺比斯距离：形成一个矢量并用该矢量乘以反转协方差矩阵，然后，用该矢量的移项(transpose)右乘(post-multiplying)该积。从该矢量的“修正的内积”得到的标量(scalar)就是马哈朗诺比斯距离的平方。

为了确定一个象元是否是在强梯度(即，它被认为是一个边缘象元，这样，不涉及到上面的分析)，一种优选的算法是：

假设I[x,y]是红图象在位置(x,y)的灰级值。

为了计算在位置(x,y)的象元是否是一个边缘象元：假设s=ceo(I[x-2,y],I[x-1,y],I[x,y],I[x+1,y],I[x+2,y])

+ceo(I[x,y-2],I[x,y-1],I[x,y],I[x,y+1],I[x,y+2])

+ced(I[x-2,y-2],I[x-1,y-1],I[x,y],I[x+1,y+1],I[x+2,y+2])

+ced(I[x-2,y+2],I[x-1,y+1],I[x,y],I[x+1,y-1],I[x+2,y-2])这里，函数ceo()和ced()由下面的计算机程序段定义。然后，如果s＞=12，在(x,y)的象元是一个边缘象元。＞typedef unsigned char uchar；＞＞static int sst[4][4]={{1,2,2,2},{2,-1,2,2},＞{2,2,0,0},{2,2,0,0}}＞＞int f(int d)＞{＞return(abs(d)＜4 ？0:(abs(d)＜8 ？1:＞(abs(d)＜12 ？2:(abs(d)＜16 ？3:＞(abs(d)＜24 ？4:(abs(d)＜36 ？5:＞(abs(d)＜128 ？6:7)))))))*(d＜0 ？-1:1)；＞}＞＞void ht(float dl,float d2,int^*s,float^*v)＞{＞^*v=0.375^*d1+0.125^*d2；＞if(fabs(^*v)＜0.3)＞^*s=(fabs(d1)＜0.1) ？2:3；＞else{＞^*s=(^*v＞0) ？0:1；＞}＞^*v=fabs(^*v)；＞}＞＞{int ct(int d[4])＞{＞int s,s1,s2；＞float vl,v2,ret；＞int t,v；＞＞ht(-d[1],-d[0],&s1,&v1)；＞ht(d[2],d[3],&s2,&v2)；＞＞ret=(v1+v2+1)/2；＞if(ret＞3)＞ret=3；＞if(ret＜-3)＞ret=-3＞v=(int)ret；＞＞s=sst[s1][s2]；＞＞if(s=2){＞if(fabs(v1)＞2‖fabs(v2)＞2)＞t=4；＞else＞t=0；＞}＞else＞t=0＞＞return t；＞}＞＞int ceo(uchar g0,uchar g1,uchar g2,uchar g3,uchar g4)＞{＞int d[4]；＞＞d[0]=f(g1-g0)；＞d[1]=f(g2-g1)；＞d[2]=f(g3-g2)；＞d[3]=f(g4-g3)；＞return ct(d)；＞}＞＞int ced (uchar g0,uchar g1,uchar g2,uchar g3,uchar g4)＞{＞int d[4]；＞＞d[0]=f((g1-g0)/sgrt(2))；＞d[1]=f((g2-g1)/sqrt(2))；＞d[2]=f((g3-g2)/sqrt(2))；＞d[3]=f((g4-g3)/sqrt(2))；＞return ct(d)；＞}

在本发明的另一个优选的实施例中，一个其存在可测试的氧化物的颜色空间特性的多维区能被确定。这样的确定可以通过下列过程作出，即，使多个氧化物样本成像，并确定颜色空间内图象的范围。在测试过程中，测试象元的颜色值与确定区中的值相比较。如果数值是在该区内，该象元就标成氧化物。可选择的是，边缘和其它高梯度象元从氧化物类中除去。这样的颜色图在过去已经用于确定金属和叠层，但是，该图还不能用来确定氧化物的存在，也还没有与梯度信息结合使用。此外，该方法容易适合测试氧化物的其它类型，甚至可测试导体上灰尘的存在。

一种上述方法确定的信息的优先使用是避免分类氧化物或者灰尘象元作为印刷电路板中的故障。因为这些象元的亮度一般在铜和叠层之间，它们有时可以用正常阈值程序归类为叠层。寻找边缘的程序还可能在确定接近氧化物的边缘时遇到困难。这样，当上述方法确定一个象元是氧化物时，为了故障确定程序的目的，该象元被定义为一个金属象元。

本发明已经结合其优选的、非限定性的实施例进行了说明。在由下面的权利要求限定的本发明的范围内，对于本领域的普通技术人员来说，很明显，可以对这些实施例作出各种改变。在下面的权利要求中，使用词“包括”，意思是该装置或者方法包括下面的结构或者步骤，但还可以(但不是必须)包括其它的结构或者步骤。

Claims

1．一种印刷电路板的分析方法，包括：

产生一个印刷电路板的图象；和

根据对该图象的分析，确定氧化物的存在。

2．根据权利要求1所述的方法，其中，确定氧化物的存在不用确定该象元是否是一个叠层象元。

3．根据权利要求1或者2所述的方法，其中，产生一种图象包括产生一个象元化的图象，该图象的每一象元具有亮度值；以及其中，确定氧化物的存在包括确定对应亮度值的氧化物的存在。

4．根据权利要求1或者2所述的方法，其中，产生一种图象包括产生多个图象，每一图象的颜色不同，在每一图象中的每一象元具有亮度值；以及，其中，确定氧化物的存在包括根据对至少两个图象中的象元值的分析而进行确定。

5．根据权利要求4所述的方法，其中，多个图象包括一个红的，一个绿的和一个蓝的图象。

6．根据权利要求4或者5所述的方法，其中，确定氧化物的存在包括：根据对于单一颜色的一个亮度值的考虑，消去象元。

7．根据权利要求6所述的方法，其中，颜色是红的；以及，其中，具有一个在给定值之下的红亮度级的象元从作为一种氧化物考虑中被消去。

8．根据权利要求6或者7所述的方法，其中，颜色是红的；以及，其中，具有一个在给定值之上的红值的象元从作为一种氧化物考虑中被消去。

9．根据权利要求6至8中的任何一项所述的方法，其中，确定氧化物的存在包括：象元从根据在两种颜色的亮度级之间的比较的考虑中被消去。

10．根据权利要求9所述的方法，其中，两种颜色是红的和绿的；以及，其中，如果象元的红亮度值与铜的对应值之比小于它的绿亮度值与铜的之比，则该象元被消去。

11．根据权利要求9或者10所述的方法，其中，两种颜色是红的和蓝的；以及，其中，如果象元的红亮度值与铜的对应值之比小于它的蓝亮度值与铜的之比，该象元被消去。

12．根据权利要求6至11中的任何一项所述的方法，其中，确定氧化物的存在包括：根据三种颜色的亮度级的一种分析的考虑，消去象元。

13．根据权利要求6至12中的任何一项所述的方法，其中，确定氧化物的存在包括：根据一种在三种颜色亮度级之间与铜的亮度级的比较的考虑，消去象元。

14．根据权利要求13所述的方法，其中，当象元的颜色亮度值具有一个马哈朗诺比斯距离，该距离比根据铜的亮度值的平均值得到的给定值更大时，从作为一种氧化物考虑，该象元被消去。

15．根据权利要求14所述的方法，其中，马哈朗诺比斯距离的给定值是4-8。

16．根据权利要求14所述的方法，其中，马哈朗诺比斯距离的给定值大约是6。

17．根据权利要求2至16中的任何一项所述的方法，其中，根据图象的亮度值和铜的亮度值特性之间的关系而确定氧化物的存在。

18．根据权利要求4,5或者12中的任何一项所述的方法，包括：

确定氧化物的色域特性；以及

将一个象元的颜色值与确定的值域比较，以确定该象元是否是氧化物。

19．一种多色图象处理方法，包括：

产生多个物体的图象，所说的图象在不同的波长范围取得；

确定图象中的梯度值；以及

分析该多色图象，以确定物体的特性，其中，高梯度或者接近高梯度的图象区域被分析出来，区别于其它不同的图象区域。

20．根据权利要求19所述的方法，其中，高梯度区域是过渡区。

21．根据权利要求19或者20所述的方法，其中，高梯度区域是边缘区。

22．根据权利要求19至21中的任何一项所述的方法，其中，高梯度区域从分析中被除去。

23．根据权利要求19至22中的任何一项所述的方法，其中，高梯度区域包括导体和叠层之间的边缘。

24．根据权利要求19至23中的任何一项所述的方法，其中，该物体是一个印刷电路板。