TWI392417B - 印刷電路板及其定位系統和方法 - Google Patents

Description

印刷電路板及其定位系統和方法

本發明涉及電子技術領域，特別涉及一種印刷電路板及其定位系統和方法。

生產線中，印刷電路板在一個工作站安裝完該工作站需要安裝的元件後，由傳送裝置傳輸至另一工作站，以進一步安裝該工作站中需要安裝的元件。為了檢測元件安裝於印刷電路板上的品質，業界通常在印刷電路板安裝完元件後對印刷電路板進行光學檢測。

在印刷電路板的光學檢測中，印刷電路板藉由傳送裝置傳輸，從光學檢測系統的一側傳輸至另一側，完成光學檢測。在印刷電路板藉由傳送裝置進入光學檢測系統時，設置於光學檢測系統中的計時器開始計時，並且光學檢測系統中的複數成像設備對該印刷電路板上同一排的複數區域進行影像捕捉，以獲取印刷電路板上同一排複數區域的複數影像，且該複數影像被輸送至一處理器。該處理器中存儲著印刷電路板的標準影像，並且該處理器根據該計時器的計時結果選取該標準影像的對應區域的影像分別與該複數成像設備獲取的複數影像進行比較，以確定印刷電路板上有無元件漏裝、虛焊、極性反轉等品質問題。

由於處理器是根據計時器的計時結果選取標準影像的複數區域與該複數成像設備獲取的複數影像進行比較，因此，要求印刷電路板每個時刻所在的位置必須是確定的 ，否則，根據計時器的計時結果進行的影像比較將出現差錯。然而，在上述光學檢測過程中，若傳送裝置的速度不穩定，則該處理器根據該計時器的計時結果選取的標準影像的區域將出現差錯。

有鑒於此，有必要提供一種可更精確偵測印刷電路板位置的定位方法。

此外，還有必要提供一種可更精確偵測印刷電路板位置的定位系統。

另外，還有必要提供一種便於更精確偵測其位置的印刷電路板。

一種定位方法包括下列步驟：在印刷電路板上設置包括有一個原點和一系列特徵點的定位標籤，並預存該印刷電路板的標準影像。對定位標籤進行連續的攝像，以獲取一系列包括至少一個特徵點的分段影像。處理該一系列分段影像中的每一分段影像，獲取該每一分段影像中特徵點在該分段影像中的影像位置資訊以及在印刷電路板中相對原點的絕對座標位置資訊。根據每一分段影像中的特徵點的實際位置資訊找出該特徵點對應預存的標準影像中的位置，並進一步根據該特徵點的影像位置資訊確定該分段影像對應於標準影像中的位置。

一種定位系統用於對印刷電路板進行定位。該定位系統包括傳送裝置、成像裝置以及處理器。該傳送裝置用於傳送印刷電路板；成像裝置用於對印刷電路板上設置的 包括一個原點和一系列特徵點的定位標籤攝像，以獲取一系列包括至少一個特徵點的分段影像；處理器用於處理一系列分段影像中的每一分段影像，獲取每一分段影像中的特徵點在該每一分段影像中的影像位置資訊以及在印刷電路板上相對原點的絕對座標位置資訊，進而根據該每一分段影像中的特徵點的實際位置資訊和影像位置資訊確定該分段影像對應於印刷電路板上的位置。

一種印刷電路板包括用於安裝電子元件安裝區和設置於安裝區邊緣用於輔助電子元件的安裝的輔助區。該印刷電路板還包括定位標籤。該定位標籤設置於該輔助區上，且該定位標籤包括一系列等間隔設置於該輔助區上的特徵點，該定位標籤包括第一定位線、第二定位線以及第三定位線，第一定位線和第二定位線為相同的兩條虛線，第三定位線為實線，第一定位線和第二定位線的實體部分長度和虛體部分長度均相同，且一個實體部分和一個虛體部分為第一定位線和第二定位線的一個週期。

定位系統和方法在印刷電路板上設置包括有一個原點和一系列特徵點的定位標籤，藉由成像裝置連續獲取定位標籤的一系列包括至少一個特徵點的分段影像，並對該每一分段影像進行處理，獲取該每一分段影像中特徵點在該分段影像中的影像位置資訊以及該特徵點在該印刷電路板上相對原點的絕對座標位置資訊，進而確定該每一分段影像對應於該印刷電路板上的區域，可供自動光學檢測過程中選取對應的區域與成像裝置獲取的影像進行比較，以檢測該印刷電路板的品質是否合格。

本實施方式的印刷電路板的定位系統中的印刷電路板上設置有包括一系列特徵點的定位標籤，並預存有該印刷電路板的標準影像，定位系統藉由成像裝置捕捉該定位標籤的一系列包括至少一個特徵點的分段影像，並藉由影像分析確定該每一分段影像中的特徵點在該分段影像中的影像位置資訊以及在印刷電路板上的實際位置資訊，進而根據該每一分段影像中的特徵點的實際位置資訊找出其對應於預存的標準影像中的位置，進一步根據該每一分段影像中的特徵點的影像位置資訊，確定該分段影像對應於印刷電路板中的區域。

請參閱圖1，印刷電路板100包括用於安裝元件的安裝區110和用於輔助安裝元件的輔助區112。輔助區112以5至10毫米寬度的矩形環圍於安裝區110外，用於印刷電路板100的定位和夾持，以防止在夾持印刷電路板100時損壞安裝於印刷電路板100上的元件。在安裝區110一側的輔助區112上沿輔助區112的長方向設置有定位標籤120。

該定位標籤120包括平行於輔助區112長方向的第一定位線121、第二定位線122以及第三定位線123。第一定位線121和第二定位線122為相同的兩條虛線，該兩條虛線均以實體部分開始和結束，且該實體部分的長度與虛體部分的長度相同，分別為2L。第一定位線121和第二定位線122上的一個實體部分加一個虛體部分的長度作為一個週期T。第三定位線123為實線。第三定位線123的起點和終點分別與輔助區112長方向上的兩側邊緣對齊，第二定 位線122的起點與第三定位線123的起點對齊，第一定位線121的起點滯後於第二定位線122的起點T/4。在其他實施方式中，第一定位線121、第二定位線122以及第三定位線123之間的位置可以互換。

如圖2所示，其為一較佳實施方式的定位系統的架構圖，該定位系統200包括傳送裝置201、傳感元件203、成像裝置205以及處理器207。

傳送裝置201用於將印刷電路板100從定位系統200的一側傳輸至另一側，以對該印刷電路板100的各個區域進行光學檢測。

傳感元件203位於傳送裝置201的下方，用於在檢測到印刷電路板100進入定位系統200時發出觸發訊號，在檢測到印刷電路板100離開定位系統時發出鎖定訊號，並將該觸發訊號和鎖定訊號傳輸至成像裝置205。在本實施方式中該傳感元件203為光電傳感元件203。

成像裝置205位於傳送裝置201的上方，用於回應該觸發訊號連續捕捉印刷電路板100上定位標籤120的一系列分段影像，並將該分段影像傳輸至處理器207；回應該鎖定訊號停止對印刷電路板100上的定位標籤120進行影像捕捉。為了準確獲取印刷電路板100的位置，獲取的定位標籤120的分段影像中至少包括定位標籤120的三條定位線，且至少包括第一定位線121和第二定位線122的T/4。但由於定位標籤120隨著印刷電路板100在傳送裝置201中進行傳輸，為了獲取定位標籤120各個部分的分段影像 ，成像裝置205需要對定位標籤120進行連續多次的影像捕捉，傳送裝置201傳輸印刷電路板100的速度與成像裝置205的影像捕捉速度需要保證成像裝置205能夠捕捉到定位標籤120上每一部分的分段影像。在本實施方式中，成像裝置205為一個攝像機。

處理器207用於接收成像裝置205捕捉到的定位標籤120的分段影像，並對該分段影像進行處理，以確定該分段影像對應於印刷電路板100中的區域。

處理器207處理一幅分段影像時，首先藉由影像識別如色彩識別獲取該分段影像中第一定位線121和第二定位線122中實體部分的端點，即特徵點，如圖3所示的第一影像11中的第一特徵點(xaz，yaz)、第二影像22中的第二特徵點(xbz，ybz)以及第三特徵點(xbw，ybw)。當一幅分段影像中同時出現兩個特徵點，如第二影像22中的第二特徵點(xbz，ybz)和第三特徵點(xbw，ybw)，處理器207將沿印刷電路板100的傳輸方向先出現的第二特徵點(xbz，ybz)作為本次影像處理的特徵點；然後，根據該特徵點位於其所在定位線上的虛體部分到實體部分還是實體部分到虛體部分的位置上，確定該特徵點對應於該定位線的一個週期中的位置或相位，如該第二特徵點(xbz，ybz)處於從實體部分到虛體部分的位置，則其對應該定位線一個週期的中間或180度相位位置；根據該特徵點的相位以及上一幅分段影像的絕對相位(其中，第一影像11沒有前一幅分段影像參考，將第三定位線123從無到有的點設為零絕對相位，即印刷電路 板100的絕對原點，第二影像22的相對相位即為其絕對相位)即可計算出該特徵點在印刷電路板100中的絕對相位；再次，根據該特徵點的絕對相位以及該特徵點在該分段影像中的位置資訊，可以計算出該分段影像中任意點的絕對相位；根據該任意點的絕對相位可計算出該任意點在印刷電路板100中的絕對座標值。

下面以第二影像22為例說明處理器207的處理過程。為了避免出現拍攝不到定位標籤120，同時為了減輕處理器207處理量，在第二影像22中或許會包括與第一影像11重合的第一重合部66以及與第三影像33重合的第二重合部77。

在第二影像22中，以分段影像的左上邊界點為分段影像原點，即第二影像原點(xb0，yb0)，以印刷電路板100的傳輸方向為X軸，以垂直於印刷電路板100的傳輸方向為Y軸建立影像座標。第二影像22中包括第一定位線121上的第三特徵點(xbw，ybw)和第二定位線122上的第二特徵點(xbz，ybz)。處理器207根據印刷電路板100的傳輸方向，將第二特徵點(xbz，ybz)作為第二影像22處理的特徵點。由於該第二特徵點(xbz，ybz)位於第二定位線122從實體部分到虛體部分，所以該第二特徵點(xbz，ybz)對應第二定位線122一個週期中的相位為180度。又由於第一影像11中的第一特徵點(xaz，yaz)的絕對相位為零，因此，第二特徵點(xbz，ybz)的絕對相位為180度，即對應在以第三定位線123的絕對原點為原點的座標中的X軸座標為2L，其Y軸的座 標可以藉由計算該該第二特徵點(xbz，ybz)與第三定位線123之間的距離獲得。根據第二特徵點在第二影像22中的影像座標(xbz，ybz)以及第二特徵點的絕對座標可以獲得第二影像22的第二分段影像原點(xb0，yb0)在以第三定位線123的絕對原點為原點的座標中的絕對座標。根據該第二分段影像原點的絕對座標以及第二影像22中任意影像點的影像座標(xbm，ybm)，即可獲得該任意影像點在以第三定位線123的絕對原點為原點的座標中的絕對座標值。

處理器207將根據上述獲取的分段影像中任意點的影像座標值和絕對座標值提供給自動光學檢測系統，以便該自動光學檢測系統可以根據該座標值提取預存的標準影像的對應區域的與自動光學檢測系統中的成像設備獲取的分段影像進行比較，以確定印刷電路板100的品質是否合格。

上述定位系統200在印刷電路板100上設置包括若干特徵點的定位標籤120，並藉由成像裝置205對經過傳送裝置201傳輸來的印刷電路板100進行影像捕捉。藉由對捕捉到的影像進行分析，精確獲取印刷電路板100上各點的絕對座標，進而提供給自動光學檢測系統，供其判斷印刷電路板100的品質是否合格。該定位系統200只要能連續拍攝定位標籤120的影像，即使在傳送裝置201的速度出現不穩定的情況下，仍能準確地偵測印刷電路板100的位置。

本實施方式僅以包括第一定位線121、第二定位線122以 及第三定位線123的定位標籤120來設置特徵點，進而藉由獲取特徵點的影像座標並根據特徵點的絕對座標確定該影像對應於印刷電路板100的區域，本領域技術人員應該意識到，藉由其他方式設置特徵點確定影像對應於印刷電路板100的區域的方法來也應當是本發明所涵蓋之保護範圍，如藉由設置特定形式的點來替代本實施方式中的特徵點的方法，該特定形式可以是具有相同或不同色彩的數位、字母、標點符號、簡單圖形等。

如圖4所示，其為一較佳實施方式的定位方法的流程圖，該定位方法包括下列步驟：步驟S301：在印刷電路板上設置包括有一系列特徵點的定位標籤，並預存該印刷電路板的標準影像。該印刷電路板包括元件的安裝區和設置於安裝區邊緣用於輔助安裝元件的輔助區，該包括一系列特徵點等間隔地設置於印刷電路板的輔助區上。

步驟S303：對定位標籤進行連續的影像捕捉，以獲取一系列包括至少一個特徵點的分段影像。

步驟S305：處理該一系列分段影像中的每一分段影像，獲取該每一分段影像中特徵點在該分段影像中的影像位置資訊以及在印刷電路板中的實際位置資訊。藉由如圖2所示的處理器207處理分析，得到該第二特徵點在第二影像中的位置資訊，即影像座標值。

步驟S307：根據該每一分段影像中的特徵點的實際位置資訊找出該特徵點對應預存的標準影像中的位置，並進 一步根據該特徵點的影像位置資訊確定該分段影像對應於標準影像中的位置。

該定位方法藉由在印刷電路板上設置包括有一系列特徵點的定位標籤，並藉由處理分析成像裝置獲取該一系列包括至少一個特徵點的定位標籤的分段影像，進而確定該每一分段影像對應於印刷電路板上的區域，可供自動光學檢測過程中選取對應的區域與成像裝置獲取的影像進行比較，以檢測該印刷電路板的品質是否合格。

11‧‧‧第一影像

22‧‧‧第二影像

66‧‧‧第一重合部

77‧‧‧第二重合部

100‧‧‧印刷電路板

110‧‧‧安裝區

112‧‧‧輔助區

120‧‧‧定位標籤

121‧‧‧第一定位線

122‧‧‧第二定位線

123‧‧‧第三定位線

200‧‧‧定位系統

201‧‧‧傳送裝置

203‧‧‧傳感元件

205‧‧‧成像裝置

207‧‧‧處理器

(x_az，y_az)‧‧‧第一特徵點

(x_bz，y_bz)‧‧‧第二特徵點

(x_bw，y_bw)‧‧‧第三特徵點

(x_b0，y_b0)‧‧‧第二影像原點

S301-S307‧‧‧定位方法流程

圖1為一較佳實施方式的印刷電路板的結構示意圖。

圖2為一較佳實施方式的定位系統架構圖。

圖3為圖像採集設備採集得到的一系列定位標籤的影像示意圖。

圖4為一較佳實施方式的定位方法流程圖。

S301-S307‧‧‧定位方法流程

Claims (9)

1. 一種定位方法，包括下列步驟：在印刷電路板上設置包括有一個原點及一系列特徵點的定位標籤，並預存該印刷電路板的標準影像；對定位標籤進行連續的影像捕捉，以獲取一系列包括至少一個特徵點的分段影像；處理該一系列分段影像中的每一分段影像，獲取該每一分段影像中特徵點在該分段影像中的影像位置資訊以及在印刷電路板中相對原點的絕對座標位置資訊；根據該每一分段影像中的特徵點相對原點的絕對座標位置資訊找出該特徵點對應預存的標準影像中的位置，並進一步根據該特徵點的影像位置資訊確定該分段影像對應於標準影像中的位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之定位方法，其中該印刷電路板包括用於安裝元件的安裝區和設置於安裝區邊緣用於輔助安裝元件的輔助區，該一系列特徵點等間隔設置於該印刷電路板的輔助區上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之定位方法，其中該定位標籤包括第一定位線、第二定位線以及第三定位線，第一定位線和第二定位線為相同的兩條虛線，第三定位線為實線，第一定位線和第二定位線的實體部分長度和虛體部分長度相同，且一個實體部分和一個虛體部分為第一定位線和第二定位線的一個週期，第三定位線的起點和終點與印刷電路板的邊緣對齊，第一定位線和第二定位線中實體部的端點為特徵點，且第一定位線與第二定位線之間相差四分之 一個週期。
4. 一種用於對印刷電路板進行定位之定位系統，其包括傳送裝置、成像裝置以及處理器，該傳送裝置用於傳送印刷電路板，其特徵在於：成像裝置用於對印刷電路板上設置的包括一個原點和一系列特徵點的定位標籤進行攝像，以獲取一系列包括至少一個特徵點的分段影像，處理器用於處理該一系列分段影像中的每一分段影像，獲取該每一分段影像中的特徵點在該每一分段影像中的影像位置資訊以及在印刷電路板上相對原點的絕對座標位置資訊，進而根據該每一分段影像中的特徵點相對原點的絕對座標位置資訊和影像位置資訊確定該分段影像對應於印刷電路板上的位置。
5. 如申請專利範圍第4項所述之定位系統，其中該定位標籤包括第一定位線、第二定位線以及第三定位線，第一定位線和第二定位線為相同的兩條虛線，第三定位線為實線，第一定位線和第二定位線的實體部分長度和虛體部分長度均相同，且一個實體部分和一個虛體部分為第一定位線和第二定位線的一個週期，第三定位線的起點和終點與印刷電路板的邊緣對齊，第一定位線和第二定位線中實體部的端點為該特徵點，且第一定位線與第二定位線之間相差四分之一個週期。
6. 如申請專利範圍第4項所述之定位系統，其中該印刷電路板包括用於安裝元件的安裝區和設置於安裝區邊緣用於輔助安裝元件的輔助區，且該一系列特徵點等間隔設置於印刷電路板的該輔助區上。
7. 如申請專利範圍第4項所述之定位系統，其中該定位系統 還包括傳感元件，該傳感元件用於在偵測到該印刷電路板進入定位系統時產生觸發訊號，以觸發該成像裝置開始對該定位標籤進行連續的影像捕捉；該傳感元件還用於在偵測到印刷電路板離開定位系統時產生鎖定訊號，以通知該成像裝置停止對該定位標籤的影像捕捉。
8. 一種印刷電路板，包括用於安裝電子元件安裝區和設置於安裝區邊緣用於輔助電子元件的安裝的輔助區，其特徵在於：該印刷電路板還包括定位標籤，該定位標籤設置於該輔助區上，且該定位標籤包括一系列等間隔設置於該輔助區上的特徵點，該定位標籤包括第一定位線、第二定位線以及第三定位線，第一定位線和第二定位線為相同的兩條虛線，第三定位線為實線，第一定位線和第二定位線的實體部分長度和虛體部分長度均相同，且一個實體部分和一個虛體部分為第一定位線和第二定位線的一個週期。
9. 如申請專利範圍第8項所述之印刷電路板，其特徵在於：該第三定位線的起點和終點與印刷電路板的前緣對齊，第一定位線和第二定位線中實體部的端點為該特徵點，且第一定位線與第二定位線之間相差四分之一個週期。