一種用于pcb板在線檢測的結(jié)構(gòu)光輔助雙目測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及PCB在線自動質(zhì)量檢測技術(shù)中的視覺測試法領(lǐng)域，具體涉及一種用于 PCB板在線檢測的結(jié)構(gòu)光輔助雙目測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 印刷PCB作為電子產(chǎn)品的基礎(chǔ)部件，是各種電器元器件的信息載體，在現(xiàn)代電子 設(shè)備中占重要的地位。隨著時代變遷，電子設(shè)備的日益普及，國內(nèi)外的PCB行業(yè)都在應勢發(fā) 展，從生產(chǎn)加工到產(chǎn)品檢修，提升每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量更是各商家的共識。
[0003]PCB結(jié)構(gòu)復雜，質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的性能。為保證質(zhì)量必須保證其線寬、線距、焊 盤等都滿足設(shè)計要求。而PCB的生產(chǎn)工序繁多、在生產(chǎn)過程中存在很多不確定的因素，無法 保證每個成品都完整無缺。在生產(chǎn)加工過程中必須對PCB進行缺陷檢測，盡早識別缺陷提 高產(chǎn)物合格率。PCB的常見的缺陷主要有短路、斷路，目前的檢測系統(tǒng)從技術(shù)上看可以分為 電器測試法（ElectricalTest)和視覺測試法（Vision-inspection)。兩者原理不同，各有 優(yōu)缺點。視覺測試是經(jīng)由過程視覺查抄電子元件的特性以及印刷路線的特性找出缺陷。按 其操作方式又可細分為人工法和主動視覺檢測法。視覺檢測通常應用在生產(chǎn)過程的初期階 段，可以更輕易偵測到導體間不準確但是只能檢測用視覺可以看出的妨礙，對付短路或斷 路之類的瑕疵只能用電器測試法來加以辦理。
[0004]PCB主動視覺檢測（A0I)基于光學原理，綜合圖像、計算機和自動控制等多種技 能，是自動化的檢測設(shè)備，其檢測的服從度，可靠性都高很多。對生產(chǎn)中碰到的缺陷進行檢 測和處理，是較新的確認制造缺陷的方式。針對視覺檢測技術(shù)，人眼這種原始的視覺檢測手 腕相對于A0I，不但繁瑣，勞動強度大，而且檢測精度低，速度慢，最關(guān)鍵還無法消除主觀的 測量誤差，已無法全滿足現(xiàn)代制造業(yè)快速發(fā)現(xiàn)的要求，近年來國內(nèi)外學者對PCB的基于視 覺缺陷檢測提出了不少算法，大都基于兩個常識。一是利用待測PCB的全部信息，最直接的 將兩張圖像進行異或運算，將待測PCB的圖像與標準圖進行逐像素對比，差異則被視為缺 陷，具有算法簡單、速度快并且易于用硬件實現(xiàn)的優(yōu)點，但是它對光照和定位的要求高，另 外這種方法存在數(shù)據(jù)量大，缺陷分類難等難題；另外一種通過預先定義的法則，如線寬、線 距、焊點半徑等特征值要求在設(shè)計的范圍內(nèi)，不符合設(shè)計準則的地方則視為存在缺陷。這種 檢測思路無需標準PCB圖，因此降低了存儲空間，但是其邊緣、特征點提取與測量算法相對 復雜，并且只能檢測那些違反設(shè)計規(guī)則的缺陷，對于丟失孔、線條等缺陷無法檢測。國外研 究基于這兩種判斷的多種組合手段，組成的PCB質(zhì)量檢測系統(tǒng)已經(jīng)基本能完成常見缺陷的 檢測，但其價格昂貴，操作方式也不符合國人的習慣導致無法充分發(fā)揮其功能，發(fā)生資源浪 費。
[0005] 國內(nèi)這方面研究相對較晚。目前的算法復雜不能滿足實時要求，自適性不夠，系統(tǒng) 擴展能力差，經(jīng)常出現(xiàn)漏檢誤判等問題，檢測精度和效率不能滿足當前電子信息產(chǎn)業(yè)飛速 發(fā)展的需求。因此國內(nèi)的大部分中小企業(yè)還是由人工目測完成PCB的質(zhì)量檢測，雖然人眼 檢測方法快速有效，適合小批量的生產(chǎn)但容易發(fā)生誤檢和漏檢，因此PCB工業(yè)迫切需要研 制出自主知識產(chǎn)權(quán)的高效高精度低成本，適用于中小企業(yè)生產(chǎn)流水線上的PCB缺陷檢測設(shè) 備，這對我國的電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展有深遠的意義。
[0006] 攝像測量有著悠久的歷史，是一種非接觸、被動、實時、高精度的測量方法。在三維 測量的應用中有著一套完整的理論，算法成熟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明應用雙目相機對PCB進行觀測時克服了單張圖像的局限性，且不需要使用 三維相機，避免了三維攝像機存在圖像分辨率和成像質(zhì)量較差的難題，實現(xiàn)三維表面缺陷 檢測。因此這種基于雙面陣相機的交會測量方法可以在簡單的實驗設(shè)備下對PCB進行在線 觀測，具有設(shè)備的簡單性、測量精度高的優(yōu)點。
[0008] -種用于PCB板在線檢測的結(jié)構(gòu)光輔助雙目測量方法，在結(jié)構(gòu)光輔助下，由兩臺 攝像機構(gòu)成雙目攝像測量系統(tǒng)，在線標定攝像機，并由自適應投影結(jié)構(gòu)光紋理來完善PCB 板表面紋理稀疏的區(qū)域，結(jié)合立體視覺，得到待檢測電路板表面的三維結(jié)構(gòu)，并最終用于實 時缺陷檢測。
[0009] 本發(fā)明突出在于在線檢測生產(chǎn)線兩端布設(shè)標志控制點可以實時標定拍攝設(shè)備的 外參數(shù)，并在結(jié)構(gòu)光的輔助下根據(jù)PCB表面的分布結(jié)構(gòu)，構(gòu)建自適應結(jié)構(gòu)光紋理，以確保在 紋理稀疏的部位也能夠準確的重建，最終達到PCB實時缺陷檢測的目的。
[0010] 該在線檢測系統(tǒng)包括圖像采集、圖像預處理、特征點匹配、三維測量解算環(huán)節(jié)，本 發(fā)明重點是以下幾個問題做了研究。
[0011] (1)實驗平臺的總體設(shè)計 包括硬件和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)是支撐軟件系統(tǒng)所能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，包括圖像采集硬件 即雙相機、投影光、控制點、計算機。
[0012] 1)在生產(chǎn)線測量平臺上根據(jù)PCB表面紋理分布，提供自適應投影結(jié)構(gòu)光，結(jié)構(gòu)光 的形式為對應PCB板無紋理區(qū)域不滿單像素間隔的國際象棋棋盤格，使得生產(chǎn)線上的PCB 在表面缺少或沒有紋理的區(qū)域依然可以匹配，如圖1。
[0013] 2)PCB生產(chǎn)線路的兩側(cè)安裝標志點用于相機標定，計算機連接兩個相機和投影儀， 進行采圖、圖像處理、交會計算、投影圖案生成等設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖2。
[0014] 3)軟件系統(tǒng)是按缺陷檢測系統(tǒng)的工作要求編寫特定程序來實現(xiàn)它的功能，是整個 系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分，各模塊所需要的算法具體包括圖像預處理、相機標定、特征點匹配、三 維測量等方面。
[0015] (2)雙面陣相機的在線標定 立體標定是三維重建待檢測的PCB的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。本發(fā)明采用計算機視覺中成熟的立體 標定算法。事先標定雙相機內(nèi)參數(shù)，再利用生產(chǎn)線兩側(cè)固定的位置擺設(shè)的控制點與拍攝PCB 同時拍攝控制點，可以完成在線實時標定外參數(shù)，即兩個像機之間的姿態(tài)參數(shù)R和T，完成 相對定向。
[0016] (3)本發(fā)明中采用最小二乘匹配算法配準PC