碳膜印制电路板数字图像阈值分割算法研究.doc

碳膜印制电路板数字扫描图像阈值分割算法研究
碳膜印制电路板数字扫描图像阈值分割算法研究
刘威 1，王卫星 2
1 四川长虹器件科技有限公司～四川绵阳 (621000) 2 电子科技大学电子工程学院～四川成都 (610054)
E-mail:wei. 摘 要:本文通过研究印制电路板检测技术现状～针对目前检测技术的局限性～提出了基于 数字扫描图像的检测新方法～并深入研究了碳膜印制电路板数字扫描图像阈值分割方法～通 过实验验证～得到了很多有价值的研究结果。
关键词:印制电路板、检测、数字图像
中图分类号:
1(引言
1903 年 Mr. Albert Hanson 将金属箔切割成线路导体，黏于石蜡纸之间，形成了今天的 印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)的雏形;到 1936 年，Dr. Paul Eisner 发明了 PCB 印刷蚀刻的制造技术，使得 PCB 在电子制造业中获得极大发展。我国的 PCB 行业也在近二 十年取得飞速发展，成为继美国、日本、中国台湾地区之后世界第四大生产地。图 1(a)-(d) 是我国拥有完全自主知识产权研发生产的 PCB 产品。
(a) (b) (c) (d) 图1 (a)单面印制电路板(b)双面印制电路板(c)高频印制电路板(d)碳膜印制电路板。【图像由四 川长虹器件科技有限公司提供】
印制电路板的检测对于 PCB 质量是十分重要的。检测手段也随着 PCB 行业的发展，不 断丰富和完善。图 2 描述了印制电路板行业目前使用较为广泛的几种检测手段。图 2(a)所示 是人工目测的方法，这一种非常传统的检测手段，以放大镜附圆形灯管来检视线路品质。检 测耗时、可信度低、检验人员劳动强度大，且高密度板无法检查，但这种方法检测成本低， 我国很多印制电路板制造厂商仍大量使用这一检测手段;图 2(b)为电检测试方法，利用探针 接触到 PCB 待测部位两端，在探针上施加测量电流，以判断 PCB 短路、开路等缺陷。在印 制电路板行业，电检法被认为是一种有效的测试手段，应用十分广泛。但随着电子工业水平 的不断提高，它的局限性也越来越大。比如高密度 PCB 上都有极细的走线和超细间距，焊 盘数量增多，使得电气节点数不断上升，因此相应电检设备及工装造价昂贵，测试时间也不 断延长。在一些高档手机中，电检法往往检测其中不到 50%的电气节点[1];图 2(c)为自动光 学检测方法(Automated optical Inspection，AOI)。利用摄像头采集 PCB 数字图像，将标准 板和被测板数字图像进行比较，从而发现缺陷。AOI 检测技术国内外都有较多的研究和应用，
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有成熟的产品推出，如英国 Diagnosys 公司、美国 Tera dyne 公司、韩国 Phoenics 公司等， 但 AOI 系统基本依赖进口，其售价和维护费用非常昂贵，在国内印制电路板行业应用较少。
(c) (a) (b)
图2 (a)人工目测,(b)电检测试,(c)AOI测试。【图像由四川长虹器件科技有限公司提供】
印制电路板目前的检测手段不能同时兼顾质量、效率、成本等各方面因素，或多或少存 在一定的缺陷。在日益竞争激烈的印制电路板制造业，研究开发检测自动化程度高，可信度 强，同时初置费用和运行费用相对低廉的 PCB 瑕疵检测系统，显得十分必要而且迫切。四 川长虹器件科技有限公司积累多年的印制电路板制造技术，提出了一种基于计算机视觉技术 PCB 瑕疵检测的新方法。新方法用高速数字扫描仪取代复杂的 AOI 系统作为数字图像采集 设备，利用开发的 PCB 瑕疵检测软件对 PCB 数字图像进行分析，以检测出 PCB 主要的表 面瑕疵。系统不需要借助复杂、昂贵的测试设备，不需要专门测试工装，并且人工干预程度 很小。其最大的优点是检测过程简单，效率高，可信度强，且初置费用和运行费用低廉，极 大地满足了印制电路板行业制造厂商的实际需求，具有很强的工程应用价值。
本文论述了这一检测新方法下的碳膜印制电路板数字扫描图像焊盘层、碳线层、线路层 的阈值分割方法。在对焊盘层、碳线层、线路层分割基础上，就可以应用模式识别的理论对 焊盘、碳线、线路进行瑕疵检测。
2(数字图像采样原理及颜色空间变换
根据扫描采样原理，数字图像是 x、y 方向的离散化和光强度的量化，即采样和量化。 在数学上可看做二维单位离散取样序列对场景取样，并对样点进行 L 级量化的结果。设取 样场景为ƒ(x,y)，对场景取样就是将ƒ(x,y)乘以取样序列函数 s (x,y)的结果，如式(1)描述[1]。
， ，
(1) f s (x, y ,) f ( x