基于图像的pcb板的断路短路检测技术研究.docx

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基于图像的pcb板的断路短路检测技术研究

摘要

印刷电路板（PCB）是集成各种电子元器件的信息载体，在各个领域得到了广泛的应用。

近年来随着印刷电路板生产复杂度和产量的提高，传统PCB缺陷检测方式因接触受限、高成本、低效率等因素，己经逐渐不能满足现代检测需要，因此研究实现一种PCB缺陷的自动检测系统具有很大的现实意义和实用价值。

PCB缺陷检测技术中，自动光学检测技术越来越受到重视，其中图像检测法也将成为自动光学检测的主流。

本课题在分析国内外对AOI系统中图像识别软件研究成果的基础上，基于图像处理技术、模式识别技术和缺陷检测技术，提出了一种运用参考法和设计规则校验法处理彩色PCB图像进行缺陷检测的方案。

该系统主要由光照、CCD摄像机、图像采集卡及计算机图像处理软件组成。

其中图像处理软件部分作为本课题的核心,着重研究了其关键功能模块包括图像灰度化、图像滤波、图像锐化、图像识别几个部分算法的选择与设计，并在MATLAB7.0的环境下进行仿真。

运用现代成熟的数字图像处理技术，本文实现了PCB缺陷的软件检测方案。

在预处理模块中，结合PCB板的特点运用图像预处理手段,首先对彩色图像进行灰度化，其次运用图像滤波,最后通过图像锐化得到高质量的PCB图像。

在识别模块中结合电路板的短路、断路缺陷的特征，识别短路和断路故障。

提高了生产效率，降低了生产成本。

关键词：

缺陷检测；图像处理；图像滤波；图像识别

TitleDetectionofShortCircuitandOpenCircuitofPCBBasedonImage

Abstract

PrintedCircuitBoard（PCB）isaninformationcarrierintegratingvariouselectroniccomponents.Ithasbeenappliedindifferentfieldswidely.WiththehighercomplexityandoutputofPrintedCircuitBoardmanufactureinrecentyears,thetraditionalmethodsofPCBdefectinspectioncannotmeetdemandsofinspectiongraduallybecauseofrestrictedcontact,highcostorlowefficiency.Therefore,thestudyofautomaticdefectinspectionsystemismeaningfulinthePCBproductiontoday.Automaticopticalinspection（AOI）technologyismoreandmoreimportant,inwhichtheimagedetectionwillbecomemainstreamofautomaticopticalinspectioninPCBdefectinspectiontechnology.

ImagerecognitionsoftwareonthebasisofresearchresultsinAOIsystemisanalyzedinthesystem.Then,theschemeofPCBcolorimagestreatmentandPCBdefectinspectionwasproposed,inwhichareferencemethodanddesignrulemethodisused.Itisbasedonimageprocessing,patternrecognitionanddefectdetection.Theinspectionsystemiscomposedofseveralparts,includinglight,CCDcameras,capturecardsandcomputerimageprocessingsoftwaresystems.Asthecoreofthisthesis,thedesignandimplementationalgorithmoffunctionalmodulesisthekeyofimageprocessing.Functionalmodulesiscomposedofimagepre-processingasimagegraying,imagefilter,sharpening,andimagerecognition.ThesealgorithmsaresimulatedinMATLAB7.0.

ThesoftwaredetectionprogramofPCBdefectisimplementedusingmodernsophisticateddigitalimageprocessingtechnologyinthispaper.Inthepreprocessingmodule,imagepreprocessingmethodsisusedcombiningthecharacteristicsofPCBboard.Inordertogethigh-qualityPCBimage,first,thecolorimageisgrayed,thenthegrayimageisfiltered,andfinally,theimageissharpened.Inthemoduleofimagerecognition,shortcircuitandopencircuitisrecognizedbyanalyzingthecharacteroftwodefects.Thesystemhavehighproductionefficiencyandlowproductioncosts.

get

1.receive

2.obtain

Keywords:

Defectinspection;Imageprocessing;ImageFiltering;Imagerecognition

目次

1绪论

1.1课题研究的背景

近几年来，随着通信、计算机、消费电子等产业的发展，印刷电路板（PCB）行业也迅速的发展起来了。

印刷电路板（PrintedCircuitBoard，PCB）又称为印刷线路板或印制电路板。

印刷电路板是各种电子产品的主要部件，有“电子产品之母”之称，它是任何电子设备和产品都需要配备的，其性能的好坏在很大程度上影响到电子产品的质量。

几乎每一种电子设备都离不开PCB，小到电子手表、计算器，大到航空航天、

军用武器系统等，都包含各式各样，大小各异的PCB板。

印刷电路板（PCB）作为电子工业中最基础和最活跃的产业之一，发展迅速，并且随着半导体设计和制造技术的日益发展，印刷电路板也朝着超薄型、高密度、多层数、高性能等方向发展。

目前，印刷电路板的设计、加工水平己达到0.2～0.3mm（孔径），0.15-0.12mm（线条宽度和间距），层数已经达到46层（富士公司）甚至更多，可以说印刷电路板的高技术和高复杂性已经达到一个相当高的水平。

但在取得高速发展的同时，PCB行业也面临着巨大的挑战，那就是PCB的质量问题。

目前的印刷电路板的质量情况不容乐观。

因为印刷电路板品质的好坏，取决于印制电路板上每根线条、每个孔品质的好坏，而一块板上数以千计的线条和孔中任意一个发生过细、过粗、残缺、针孔、粘连、断开、错位等质量问题，都会影响最终产品质量，或导致产生废品。

电路板的层数越多，问题越突出，造成的废品率越高。

所以在生产过程中，如何提高中间过程产品的品质，如何减少废品率，如何提高印刷电路板的质量是各个电路板生产厂家一直不懈追求的目标。

由于电路板在生产过程中受到许多不确定因素的影响，如原材料、设备稳定性、温度、环境以及人为的错误操作等，造成缺陷是很难避免的，出现的故障基本都是线路错误，主要可分为：

短路、断路、毛刺、缺损几类。

如果不及时地将这些质量问题检查出来，势必会在PCB板调试和使用的过程中留下隐患，造成更大的损失，所以必须实施严格的中间检测。

目前，印刷电路板的在线检测已成为PCB板生产厂家和企业的共识，但真正实现在线检测难度很大，现有的PCB检测手段已经不能适应当今PCB的发展趋势了。

因此，一种高效、高速、高精度的印刷电路板缺陷自动检测设备已成为PCB行业的迫切需要。

1.2国内外现状和发展趋势

目前，PCB板缺陷的检测方法主要有接触式和非接触式两种，在PCB发展的早期，接触式检测发挥了重要作用，而现在非接触式则成了PCB板缺陷检测的主要方法和手段。

接触式检测主要有两种形式：

针床式检测和飞针式检测。

针床式检测主要适用于大批量中、低密度电路板的检测，检测速度较快。

比如制造缺陷分析仪使用一个针床，接着便可以诊断输出。

然而针床式检测也存在很多缺陷：

针对不同的电路板需要制作不同的模板，制作和调试的周期长、成本高，因此不适合低产量原型样机的测试。

飞针式检测是专门针对小批量、多品种生产的测试系统，使用来回移动的探针对整块的电路板进行测试。

飞针式检测具有许多优点：

设定、编程和测试简单灵活；能快速地转换测试和反馈过程错误；很方便检测具有细微间距引脚的电路板；精度、稳定性、可靠性高；无须专门开发夹具，降低检测成本；简化功能测试。

但也有缺点，比如：

由于逐点检测，测试一面后翻转再测试另一面，飞针测试时间很长；因为物理的接触通孔和焊盘，可能在焊锡上留下小凹坑；在没有焊盘的地方探针会接触到元件引脚，所以可能会错过松脱或焊接不良的元件引脚；飞针测试还限制电路板的尺寸。

非接触式检测中，检测传感器不与被检测对象发生直接的物理接触，这样可以避免因物理接触而发生故障。

相对接触式检测来说，非接触式检测通常不需专门的定位和装卡，而且响应时间比较快。

非接触式检测在PCB缺陷检测中有明显的优势，它不仅可以检测到功能性缺陷，而且可以很方便地检测出外观性缺陷。

现在自动光学检测系统（AOI）是非接触式PCB检测中一个相当重要的研究方向。

自动光学检测系统（AutomaticOpticalInspectionsystem，简称AOI）是利用摄像头、扫描仪等对PCB板进行扫描，将标准板和被测板的电路图像进行比较，从而发现缺陷。

自动光学检测系统比以前的检测方式有着不可比拟的优势，比如：

AOI不仅能检查出PCB上断路、短路的缺陷，而且对导线上的缺口、残余铜、空洞或划痕等能进行有效的检查；它不需要和PCB板接触，不会损坏电路板；可以对高密度PCB、超小型元器件进行检测；此外AOI是一种快速的在线测试法，不会有疲劳问题，可以让操作者能及时处理有关的问题并可以日夜工作，可以跟上高速的生产线，减少重复劳动的花费，提高检测的效率。

因此，可以把AOI放到生产线中的不同位置，及时发现故障和缺陷，使生产和检测合二为一，这样可以缩短发现故障和缺陷的时间，及时找出故障和缺陷的原因。

因此它是目前采用得比较多的一种检测方法。

自从上个世纪80年代初，国际上已经纷纷开始研制PCB缺陷自动检测系统。

一些国际性的大企业、大厂商，如美国的IBM、日本的日立、美国的西屋等都投入了大量的人力、物力、财力在这方面的研究上。

经过l0多年的努力，自动光学检测系统最终被成功地运用在印刷电