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基于图像的pcb板的断路短路检测技术研究.doc
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基于图像的pcb板的断路短路检测技术研究.doc
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题 目: 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
Title
Detection of Short Circuit and Open Circuit of PCB Based on Image
Abstract
Printed Circuit Board (PCB) is an information carrier integrating various electronic
components. It has been applied in different fields widely.With the higher complexity and
output of Printed Circuit Board manufacture in recent years, the traditional methods of PCB
defect inspection can not meet demands of inspection gradually because of restricted contact,
high cost or low efficiency.Therefore, the study of automatic defect inspection system is
meaningful in the PCB production today. Automatic optical inspection (AOI) technology is
more and more important, in which the image detection will become mainstream of automatic
optical inspection in PCB defect inspection technology.
Image recognition software on the basis of research results in AOI system is analyzed in
the system. Then, the scheme of PCB color images treatment and PCB defect inspection was
proposed, in which a reference method and design rule method is used. It is based on image
processing, pattern recognition and defect detection.The inspection system is composed of
several parts, including light, CCD cameras, capture cards and computer image processing
software systems. As the core of this thesis, the design and implementation algorithm of
functional modules is the key of image processing. Functional modules is composed of image
pre-processing as image graying, image filter, sharpening, and image recognition. These
algorithms are simulated in MATLAB7.0.
The software detection program of PCB defect is implemented using modern
sophisticated digital image processing technology in this paper. In the preprocessing module,
image preprocessing methods is used combining the characteristics of PCB board.In order to get
high-quality PCB image, first, the color image is grayed, then the gray image is filtered, and
finally, the image is sharpened. In the module of image recognition, short circuit and open
circuit is recognized by analyzing the character of two defects.The system have high
production efficiency and low production costs.
Keywords: Defect inspection; Image processing;
Image Filtering; Image recognition
目 次
1 绪论...................................................................................1
1.1 课题研究的背景 1
1.2 国内外现状和发展趋势 2
1.3 课题研究的目的和意义 4
1.4 本课题主要研究的内容 4
2 检测总体方案的设计.................................................................6
2.1 图像检测结构 6
2.2 图像采集单元 7
2.3 图像处理单元 7
2.4 采集到的图像 8
3 PCB 图像的预处理...................................................................9
3.1 MATLAB 软件简介 9
3.2 彩色图像灰度化 10
3.3 PCB 图像的滤波12
3.4 PCB 图像的锐化15
4 PCB 图像的缺陷检测..............................................................19
4.1 PCB 的主要缺陷19
4.2 PCB 缺陷检测方法 20
4.3 图像对比 20
4.4 短路断路的检测 21
结 论...................................................................................23
致 谢...................................................................................24
参考文献...............................................................................25
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(Printed Circuit Board,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
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