CN105277569B - 基于三维特征的线路板检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维特征的线路板检测方法，所述方法包括：获取被检测线路板上各个位置的三维坐标数据，根据所述各个位置的三维坐标数据提取各个三维特征值，判断每个所述三维特征值是否符合标准值，当三维特征值不符合所述标准值时，确定该三维特征值所对应的位置为缺陷位置。本方案是针对线路板上的各个点的三维坐标数据进行采集、处理、比较和分析，得到检测结果，进而能检出所有类型的线路板缺陷，同时不受氧化、脏污等环境的影响，能有效地降低因环境影响而造成的误检率或误报率。此外，还可以检测出传统的自动光学检测仪无法检测出的凹陷缺陷和盲孔。

Description

基于三维特征的线路板检测方法

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种基于三维特征的线路板检测方法。

背景技术

印制线路板(PCB，Printed Circuit Board)是组装电子零件的基板，是电子产品的关键电气互连件，被称为“电子系统产品之母”，因此对其进行质量检测，有重要的意义，传统的对印制线路板的检测时通过自动光学检测仪(AOI)来实现。

在自动光学检测仪对印制线路板进行检测的过程中，现有的检测方式是先获取产品的平面图像，再将该平面图像与标准图像相比较，进而根据比较结果对检测产品进行缺陷判断。具体地，从检测所用特征的角度来说，现有方法依据的是“平面图像的灰度特征”。由于线路板基材和导体的反射特性不同，当出现多铜性缺陷，例如短路、铜渣、毛刺等缺陷时，本应亮度较低的位置会出现高亮度区域；当出现缺铜性缺陷，例如断路、针孔、缺口等缺陷时，本应亮度较高的位置会出现低亮度区域。

但是现有的基于产品图像灰度特征进行检测的方法，存在的缺点包括：

一方面由于检测的产品易受氧化、脏污等干扰而导致误检。现场统计数据表明，现有AOI设备所报告缺陷数超过40％是由于氧化和脏污导致的误报，另外，这些误报占用大量的复检确认时间和人力；另一方面是对于一些凹陷缺陷无法完全检测出来。例如，印制线路板上有一类缺陷是仍然存在导体连接，但导体厚度远低于设计值。这种缺陷会导致强度降低甚至阻抗改变，需要检出，而现有的通过AOI仪器基于图像灰度特征的检测方法无法检测出这种缺陷。

发明内容

本发明实施例中提供基于三维特征的线路板检测方法，以解决上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种基于三维特征的线路板检测方法，所述方法包括：

获取被检测线路板上各个位置的三维坐标数据，所述三维坐标数据包括X轴坐标数据、Y轴坐标数据和Z轴坐标数据；

根据所述各个位置的三维坐标数据提取各个位置的三维特征值；

判断每个所述三维特征值是否符合标准值；

当三维特征值不符合所述标准值时，确定该三维特征值所对应的位置为缺陷位置。

优选的，所述获取被检测线路板上各个位置的三维坐标数据包括：

获取被检测线路板上各个位置的实测数据；

对所述实测数据进行处理，得到所述各个位置的三维坐标数据。

优选的，所述对所述实测数据进行处理，得到所述各个位置的三维坐标数据包括：

对所述实测数据进行剔除干扰处理，得到所述各个位置的三维坐标数据。

优选的，所述根据所述各个位置的三维坐标数据提取各个三维特征值还包括：

根据各个位置的三维坐标数据提取每个所述三维坐标数据的Z轴坐标数据，并将所述Z轴坐标数据作为三维特征值。

优选的，所述三维特征值还包括高程、梯度幅值与方向、等高线或高度阶跃。

优选的，所述判断每个所述三维特征值是否符合标准值包括：

判断每个所述三维特征值是否符合标准值，或者，判断每个所述三维特征值是否在预设值范围之内。

优选的，当判断每个所述三维特征值是否符合标准值时，所述方法还包括：

根据所述线路板的工艺质量要求以及生产规则，确定所述标准值。

优选的，当判断每个所述三维特征值是否在预设阈值范围之内时，所述方法还包括：

获取与所述被检测线路板相对应的参考线路板的设计参数；

根据所述参考线路板的设计参数，获取所述参考线路板上各个位置的参考三维坐标数据；

根据每个所述参考三维坐标数据，提取每个所述参考三维坐标数据中的参考三维特征值；

根据每个所述参考三维特征值确定每个所述三维特征值的预设值范围。

优选的，所述参考三维特征值包括高程、梯度幅值与方向、等高线或高度阶跃。

优选的，其特征在于，所述方法还包括：

统计所有不符合所述标准值的缺陷位置，并绘制与所述被检测线路板对应的模拟图。

本方案提供的一种基于三维特征的线路板检测方法，通过采集线路板表面各个位置的三维坐标数据，提取各个三维坐标数据的三维特征值，再通过对这些三维特征值进行比较，当获取的三维特征值不符合标准值时，表明该三维特征值对应的位置为缺陷位置。由于本方案是针对线路板上的各个点的三维坐标数据进行采集、处理、比较和分析，得到检测结果。由于当被检测线路板出现缺陷时，无论是多铜还是缺铜缺陷，线路板相应位置的导体厚度相对于标准值都会有改变或超出允许范围，因此本方案提供的检测方法能检测出所有类型的线路板缺陷。并且，即使线路板被氧化或者脏污，也不会影响该线路板的厚度，所以，本检测方法不受氧化、脏污等环境的影响，能有效地降低因环境影响而造成的误检率或误报率。

此外，相比于现有的基于产品灰度图像检测方法，本方案还可以判断出线路板缺陷的具体位置、形态、尺寸、类型，可以检测出传统的自动光学检测仪无法检测的凹陷和缺陷；由于三维坐标数据能够直接体现孔深度，因此可以实现准确的盲孔质量检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于三维特征的线路板检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种被检测线路板的三维结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种基于三维特征的线路板检测方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种基于三维特征的线路板检测方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种基于三维特征的线路板检测方法与现有的AOI检测的比较示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于三维特征的线路板检测方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S110：获取被检测线路板上各个位置的三维坐标数据，所述三维坐标数据包括X轴坐标数据、Y轴坐标数据和Z轴坐标数据。

首先需要建立一个三维空间坐标系，包括X轴、Y轴和Z轴；其次，将被检测线路板置于该三维空间坐标系中，使得被检测线路板上的每一个位置都能够通过三维空间坐标表示出来；其中任一点都包括X轴坐标数据、Y轴坐标数据和Z轴坐标数据。

步骤S120：根据所述各个位置的三维坐标数据提取各个位置的，并且与所述三维坐标数据对应的三维特征值。

所述三维特征值包括Z轴坐标数据，或者其它值，例如高程、梯度幅值与方向、等高线或高度阶跃等能代表被检测线路板特征的值。

步骤S130：判断每个所述三维特征值是否符合标准值。

由于X轴与Y轴组成水平平面，Y轴坐标表示被检测线路板的高度或厚度，所以检测线路板是否有缺陷时，可通常判断Z轴坐标数据是否符合标准值。

步骤S140：当三维特征值不符合所述标准值时，确定该三维特征值所在的三维坐标数据对应的位置为缺陷位置。其中不符合标准值包括高于或者低于比较的标准值。

步骤S141：当判断该三维特征值符合标准值时，即与标准值相同时，确定该坐标位置无缺陷。

本实施例提供的一种基于三维特征的线路板检测方法，通过采集线路板表面各个位置的三维坐标数据，提取这些三维坐标数据中的三维特征值，并且将这些三维特征值与标准值相比较，当不符合标准值时，表明该三维数据坐标对应的位置为缺陷位置。由于本方案不同于现有的根据反射特性，即平面图像灰度特征采集被检测线路板的信息，再进行比较，而是根据线路板深度不同的特征，由于线路板的基材为一平整平板，导体在基材上凸起，突起厚度一般在30微米至500微米，如图2所示，当出现缺陷时，无论是多铜还是缺铜缺陷，线路板相应位置的导体厚度相对于标准值(或设计值)会有改变，或者超出允许范围，基于这种三维特征值，本技术方案提取被检测线路板上的各个位置的三维特征值，并对这些三维特征值进行比较和分析，进而得到检测结果。

本方案提供的检测方法即使被检测线路板被氧化或者脏污，也不会影响该线路板的厚度，因此，本方法不受氧化、脏污等环境的影响，能有效地降低因环境影响而造成的误检率或误报率，并能检测出线路板所有的缺陷问题。

如图3所示，在步骤S110中，所述获取被检测线路板上各个位置的三维坐标数据包括：

步骤S111：获取被检测线路板上各个位置的实测数据；其中所述三维坐标数据包括X轴坐标数据、Y轴坐标数据和Z轴坐标数据。

其中，在步骤S111中，可通过对被检测线路板进行图形扫描，再将扫描的结果转换成数据，即得到所述实测数据；或者通过对被检测线路板进行拍照得到所述实测数据；本实施例包括但不限于所述图形扫描或拍照两种方式获取被检测线路板的实测数据。

步骤S112：对所述实测数据进行处理，得到所述各个位置的三维坐标数据。

为了减少或者消除实测数据中的噪声等干扰，影响检测结果，对在步骤S111中获取的实测数据进行处理，所述处理包括滤波、去噪、放大等处理。

优选的，在步骤S112中，所述对所述实测数据进行处理，得到所述各个位置的三维坐标数据包括：

步骤S1121：对所述实测数据进行剔除干扰处理，得到所述各个位置的三维坐标数据。使获得的被检测线路板的三维坐标数据更接近实际被检测线路板的真实数值，减小测量带来的误差，进一步提高了检测质量。

在上述实施例的另一方面，步骤S120：根据所述各个位置的三维坐标数据提取各个三维特征值还包括：

步骤S121：根据各个位置的三维坐标数据提取每个所述三维坐标数据的Z轴坐标数据，并将所述Z轴坐标数据作为三维特征值。

此外，在步骤S121中，所述三维特征值还包括高程、梯度幅值与方向、等高线或高度阶跃。其中，所述高程、梯度幅值与方向、等高线或高度阶跃均可以通过高于X轴与Y轴形成的水平面以上的高度表示。还可以根据被检测线路板的实际情况，确定提取的三维特征值。

在另一个实施例中，步骤S130中，判断每个所述三维特征值是否符合标准值包括：

步骤S1301：判断每个所述三维特征值是否符合标准值，或者，判断每个所述三维特征值是否在预设值范围之内。

步骤S1301为步骤S130的替代步骤，也是对步骤S120的优化。步骤S130分为两种情况，第一种情况是被比较的两个值相等；第二中情况是被比较的两个值不相等，但是这两个值很接近，相差很小。所述第一种情况的判断过程与前述步骤S130相同，在此不再赘述；所述第二种情况中，当比较的三维特征值与标准值不相等时，如果两者的差值在误差允许的范围内，那么确定该Z轴坐标所在的位置不是缺陷位置，避免了由于细微的误差，而被误检为缺陷，进而使检测结果更准确。

与上述步骤S141相同，如果判断所述三维特征值在预设值范围之内，则确定该三维特征值所在的三维坐标数据对应的位置无缺陷。

如图4所示，为本实施例提供的另一种检测方法的流程图，在步骤S1301中的第一种情况，当判断每个所述三维特征值是否符合标准值时，所述方法还包括：

步骤S13011：根据所述线路板的工艺质量要求以及生产规则，确定所述标准值。

根据线路板出厂时说明书或者相关资料提供的信息，可获得该线路板的标准值，或者标准的三维特征值，并将该标准值或标准三维特征值集合标记为G。

步骤S1301中的第二种情况：当判断每个所述三维特征值是否在预设值范围之内时，所述方法还包括：

步骤S131：获取与所述被检测线路板相对应的参考线路板的设计参数；其中，所述设计参数包括但不限于从被检测线路板的说明书或者与说明书相关的资料中获得。

步骤S132：根据所述参考线路板的设计参数，获取所述参考线路板上各个位置的参考三维坐标数据；其中，该步骤所述的获取包括通过计算机分析、提取各个位置的参考三维坐标，或者根据设计参数直接读取，或者自定义参考三维坐标数据。具体结合步骤S1221，获取各个位置的参考三维坐标为标准数据集合G。

步骤S133：根据每个所述参考三维坐标数据的特征，提取每个所述参考三维坐标数据中的三维特征值，并作为参考三维特征值；所述提取参考三维特征值的步骤与前述步骤S120相同，根据被检测线路板的实际特征确定提取比较的参数值，但是所提取的参考三维特征值应与被检测的线路板提取的三维特征值相同或属同类。

步骤S134：根据每个所述参考三维坐标数据中的三维特征值确定每个所述三维特征值的预设值范围。

具体地，所述预设值范围的大小可根据与所述被检测线路板相对应的参考线路板的质量工艺、或者经验数据获得，即得到待比较的标准检测模板M。

对应于步骤S121，所述参考三维特征值包括Z轴坐标数据、高程、梯度幅值与方向、等高线或高度阶跃。可根据本检测线路板的实际情况或者参考线路板的设计参数确定所述参考三维特征值，但是，无论是根据被检测线路板的特征确定三维特征值，还是根据参考线路板的设计参数确定三维特征值，只要保证两种选取的三维特征值属于同类型即可。其中，所述同类型可理解为提取的三维数据特征同为等高线，或者同为高程，或者同为高度阶跃。

待标准检测模板M确定后，将被检测线路板的三维特征值与该标准检测模板M比较，根据比较结果得出检测结果。

上述步骤S131至步骤S134为步骤S1301预设值范围设定的具体过程，该过程只是确定其预设值范围的一种方法，不限于上述步骤S131至步骤S134之间顺序的置换。

在上述实施例的另一个方面，所述方法还包括：

步骤S160：统计所有不符合所述标准值的缺陷位置，并绘制与所述被检测线路板对应的模拟图。如图5所示，为传统的通过AOI与本方案基于三维特征检测方法的对比图，通过本实施提供的方法生成的模拟图可以清楚地判断被检测线路板上的缺陷位置的类型，由于三维坐标数据能够直接体现孔深度，因此可以实现准确的盲孔质量检测。例如5图中，可确定(1)号位置为断路；(2)号位置为焊盘缺损；(3)号位置为凹陷；(4)号位置为短路缺陷。

本方案提供的线路板检测方法，相比于现有的基于产品灰度图像检测方法，还可以判断出线路板缺陷的具体位置、形态、尺寸、类型，可以检测出传统的AOI(自动光学检测仪)无法检测的凹陷和缺陷；由于三维坐标数据能够直接体现孔深度，因此可以实现准确的盲孔质量检测，提供了检测质量，检测结果更精准。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

任何基于上述三维特征的线路板检测方法所对应的具有同样检测功能的装置、模块，设备等具有实体物的技术方案，或者仅仅是对应于本方法的装置在结构上的替换，也属于本发明保护的范围以内。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于三维特征的线路板检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取被检测线路板上各个位置的三维坐标数据，所述三维坐标数据包括X轴坐标数据、Y轴坐标数据和Z轴坐标数据；

根据所述各个位置的三维坐标数据提取各个位置的三维特征值，所述三维特征值包括：高程、梯度幅值与方向、等高线或高度阶跃；

判断每个所述三维特征值是否符合标准值；

当三维特征值不符合所述标准值时，确定该三维特征值所对应的位置为缺陷位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取被检测线路板上各个位置的三维坐标数据包括：

获取被检测线路板上各个位置的实测数据；

对所述实测数据进行处理，得到所述各个位置的三维坐标数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述实测数据进行处理，得到所述各个位置的三维坐标数据包括：

对所述实测数据进行剔除干扰处理，得到所述各个位置的三维坐标数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断每个所述三维特征值是否符合标准值包括：

判断每个所述三维特征值是否符合标准值，或者，判断每个所述三维特征值是否在预设值范围之内。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当判断每个所述三维特征值是否符合标准值时，所述方法还包括：

根据所述线路板的工艺质量要求以及生产规则，确定所述标准值。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当判断每个所述三维特征值是否在预设阈值范围之内时，所述方法还包括：

获取与所述被检测线路板相对应的参考线路板的设计参数；

根据所述参考线路板的设计参数，获取所述参考线路板上各个位置的参考三维坐标数据；

根据每个所述参考三维坐标数据，提取每个所述参考三维坐标数据中的参考三维特征值；

根据每个所述参考三维特征值确定每个所述三维特征值的预设值范围。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参考三维特征值包括高程、梯度幅值与方向、等高线或高度阶跃。

8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

统计所有不符合所述标准值的缺陷位置，并绘制与所述被检测线路板对应的模拟图。