CN102721695A - 一种检测印刷电路板缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测印刷电路板缺陷的方法，通过解析Gerber文件代码，搜索文件中得所有圆，并保存相应参数；解析Gerber文件代码，搜索文件中的所有直线，并保存相应参数；比较骨架像素点的距离值与直线线宽之间的差异变化，将缺陷分类查找。使用本发明的技术方案，能够降低漏检率和误检率，且能够自动发现检测印刷电路板存在的缺陷，以及缺陷种类，具有较强的通用性。

Description

一种检测印刷电路板缺陷的方法

技术领域

本发明涉及一种检测印刷电路板缺陷的方法，更具体地，涉及一种基于Gerber文件线宽比对算法检测印刷电路板的典型缺陷的方法。属于印刷电路板检测技术领域。

背景技术

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，它是任何电子设备及产品均需配备的，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。近年来，随着生产工艺的不断提高，PCB正在向超薄型、小元件、高密度、细间距方向快速发展，该趋势给质量检测工作带来了很多挑战和困难。因此PCB故障的检测已经成为PCB制造过程中的一个核心问题，是电子产品制造厂商非常关注的问题。在生产线上，厂家为保证PCB板的质量，就得要求100%的合格率，对所有的部件、子过程和成品都是如此。

现有的印刷电路板缺陷检测的方法很多，大致可分为两类:一是参考比较法，它是将待检测PCB与标准PCB逐点比较或者是把待检PCB上提取出的特征与标准PCB上提取出的特征比较，任何差异均被认为是潜在的缺陷。参考比较法的优点是概念上直观，电路实现简单，缺点是要求待检PCB和标准PCB空间位置的精确对准，否则检测的虚报警较多。二是非参考法，它是检测PCB是否满足设计规则，主要是进行尺寸校验，即检查导体和焊盘等尺寸是否满足设计标准所要求的宽度和间隙，任何与设计规则要求不符的，均被认为是潜在的缺陷。它的优点是无需参考PCB，因而它无需对准，缺点是不能检测出满足设计尺寸的缺陷，如PCB上丢失某条导线等。

因此，需要一种检测精准、减少虚报警、能检测出满足设计尺寸的缺陷的印刷电路板缺陷检测的方法。

发明内容

 本发明针对现有技术的不足，提供一种检测印刷电路板缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤1、搜索Gerber文件中所有的圆；

步骤2、搜寻Gerber文件中所有的直线；

步骤3、进行拍摄图与Gerber文件之间的坐标转换； 

步骤4、提取骨架，根据Gerber文件中直线参数求出骨架上每个像素点到Gerber文件中最近直线之间的距离；

步骤5、根据骨架像素点的距离值与直线线宽的大小关系进行缺陷分类。

进一步，步骤1中搜索Gerber文件中所有的圆的步骤为：解析Gerber文件中所有的D03项，检测所有圆的中心坐标和半径信息，通过左上、右上、右下、左下角的四个定位孔配准。

更进一步，所述步骤2中搜寻Gerber文件中的所有直线的步骤包括：解析Gerber文件中所有的D码，通过依次搜寻D01和D02码，找出文件中所有的直线起始坐标、终止坐标、角度θ、线宽ｗ，直线法线方程Ｐ等7个参数。

一个非限制性的实施方式中，所述步骤3中拍摄图与Gerber文件之间的坐标转换进一步包括：任取骨架上的两点（x1,y1），(x2,y2)及其对应的Gerber文件中的坐标(X1,Y1),(X2,Y2)求解出坐标转换参数m1、m2、p1、p2。

更进一步，所述步骤4中提取骨架，根据Gerber文件中直线参数求出骨架上每个像素点到Gerber文件中最近直线之间的距离的步骤进一步包括：

步骤41：求取骨架上的像素点                                                

到所有的直线的距离，

根据d值找到距离像素点

最短的直线；

求该像素点

到最短距离直线的交点坐标

：

；

步骤42：判断该像素点到直线的交点是否在直线上。

所述步骤42进一步包括：设直线起始点横坐标为

，终止点横坐标为

；

令，若<0,说明交点肯定在直线之间；若

>0, 说明交点不在直线上，需排除；若

=0,说明交点与直线的某个端点重合，需排除。

更进一步，所述步骤5中根据骨架像素点的距离值与直线线宽的大小关系将缺陷进行分类包括以下步骤：设骨架上某个像素点到最近直线的距离值为s,直线线宽值为s′，根据距离异常值将缺陷分类：若s> s′,说明缺陷为凸起；若s< s′,说明缺陷为凹陷；若s′= 0，s ≠ 0，说明缺陷为断路；若s′≠ 0，s = 0，说明缺陷为短路。

本发明的技术方案能够降低漏检率和误检率，且能够自动发现检测印刷电路板存在的缺陷，以及缺陷种类，具有较强的通用性。

附图说明

图1是本发明搜索Gerber文件所有圆的示意图；

图2是本发明搜索Gerber文件所有直线的示意图；

图3是本发明提供的检测印刷电路板缺陷方法的流程图。 

具体实施方式

为了解决现有算法存在的问题，提供一种检测印刷电路板缺陷的方法，该方法基于Gerber文件线宽比对算法，该方法包括以下步骤：

步骤1、搜索Gerber文件中所有的圆，找到PCB板的四个定位圆，以供拍摄图与Gerber文件之间配准；

步骤2、搜寻Gerber文件中所有的直线；

步骤3、进行拍摄图与Gerber文件之间的坐标转换；

步骤4、提取骨架，根据Gerber文件中的7个直线参数，求骨架上每个像素点到Gerber文件中最近直线之间的距离；

步骤5、根据骨架像素点的距离值与直线线宽的大小关系将缺陷进行分类。

上述步骤1中搜索Gerber文件中的所有圆的步骤进一步包括：

步骤11：解析Gerber文件中所有的D03项，该D03编号为画圆指令，表示该行代码之前一行的坐标为中心坐标。检测所有圆的中心坐标和半径信息，通过左上、右上、右下、左下角的四个定位孔配准。参见附图1，附图1为本发明搜索Gerber文件所有圆的示意图，在一个非限制性的实施方式中，首先解析Gerber文件，其次，搜索“%ADDxxC，###*%”语句，其中“AD”表示定义光圈，“Dxx”表示定义“Dxx”光圈的类型和尺寸，“C”表示定义光圈的类型为圆形光圈，即搜寻圆的唯一标准，“###”表示圆形光圈的直径。按照此方法，搜寻所有D03代码，为“闪烁”命令（桌面移动时快门是关闭的，当桌面移动到对应的坐标时快门打开一下又马上关闭一下，这样就会在胶片上留下光圈影响），可以搜索出Gerber文件中的所有圆。

上述步骤2中搜寻Gerber文件中的所有直线的步骤进一步包括：

步骤21：解析Gerber文件中所有的D码，对应的X、Y坐标即为直线曝光位置，通过依次搜寻D01和D02码，找出文件中所有的直线起始和终止坐标（4个参数）、角度θ、线宽ｗ，直线法线方程Ｐ等7个参数。在Gerber文件中X、Y值决定了某一形状和尺寸的D码的放置和作图位置。X和Y值作为一组坐标，决定光头曝光位置。采用D码确定图像之间移动时的状态，光头划线、画弧时的曝光状态以及画两个图像之间移动时的状态。找寻直线需要搜索文件中所有的“D01”和“D02”代码，“D01”表示画线命令，而“D02”是一个只移动桌面而不曝光胶片的命令，就好像是落笔画线和提笔移动笔架。进一步参见附图2，附图2为本发明的一个搜索Gerber文件所有直线的效果图。

上述步骤3提到的拍摄图与Gerber文件之间的坐标转换进一步包括以下步骤：设Gerber文件中A点坐标为(X，Y)，拍摄图A′点坐标为(x， y),任取骨架上的两点（x1,y1），(x2,y2)及其对应的Gerber文件中的坐标(X1,Y1),(X2,Y2)代入公式下列中，即可求解出坐标转换参数m1、m2、p1、p2：

            （1-1）

                                       （1-2）

                                               （1-3）

联立以上三个公式，找到拍摄图和Gerber文件之间的坐标转换关系，即可保证在搜索距离异常值时不会出现错位现象。

根据直线的7个参数（起始坐标、终止坐标、角度θ、线宽ｗ，直线法线方程Ｐ），求骨架上每个像素点到最近直线的距离的步骤进一步包括：

步骤41：求取骨架上的像素点

到所有的直线的距离，

根据d值找到距离像素点

最短的直线。

求该像素点

到最短距离直线的交点坐标：

步骤42：判断该像素点到直线的交点是否在直线上。设直线起始点横坐标为

，终止点横坐标为。

在此需要特意申明，本发明中所述的“直线”为本领域的通用表示，本领域的技术人员根据本发明实施方式的描述能够理解，所述直线实际上为线段所处的直线，搜索Gerber文件所有直线实际上是搜索Gerber文件所有直线段。

令

，

若

<0,说明交点肯定在直线之间；

若

>0, 说明交点不在直线上，需排除；

若

=0,说明交点与直线的某个端点重合，需排除。

上述步骤5中根据骨架像素点的距离值与直线线宽的大小关系将缺陷进行分类包括以下步骤：

设骨架上某个像素点到最近直线的距离值为s,直线线宽值为s′，根据距离异常值将缺陷分类：

若s> s′,说明缺陷为凸起；

若s< s′,说明缺陷为凹陷；

若s′= 0，s ≠ 0，说明缺陷为断路；

若s′≠ 0，s = 0，说明缺陷为短路。

本发明提供的检测印刷电路板缺陷方法的流程图如图3所示。

本发明通过解析Gerber文件代码，搜索文件中得所有圆，并保存相应参数；解析Gerber文件代码，搜索文件中的所有直线，并保存相应参数；比较骨架像素点的距离值与直线线宽之间的差异变化，将缺陷分类查找等技术手段，能够达到以下技术效果：① 在任何电路板的对角线上，都会成对出现四个定位圆，且大小相同，利用这4个Mark孔坐标配准，可以允许有像素偏差，即使不能完全匹配，也不影响检测效果；② 传统意义的算法通常是与Gerber文件转换后的图配准，若配准有些许偏差，将会导致大量漏检和误检，而采取直接解析Gerber文件代码，获取到每条线段的线宽，与提取骨架后的像素距离值对比，一旦搜索到距离值发生异常，则能够发现存在的缺陷，再根据相应的距离值变化情况其缺陷分类，该算法效率高，且可检测缺任意陷种类，通用性强。

Claims (7)

1.一种检测印刷电路板缺陷的方法，包括以下步骤：

步骤1、搜索Gerber文件中所有的圆，找到PCB板的四个定位圆，以供拍摄图与Gerber文件之间配准；

步骤2、搜寻Gerber文件中所有的直线；

步骤3、进行拍摄图与Gerber文件之间的坐标转换； 

步骤4、提取骨架，根据Gerber文件中直线参数求出骨架上每个像素点到Gerber文件中最近直线之间的距离；

步骤5、根据骨架像素点的距离值与直线线宽的大小关系进行缺陷分类。

2.如权利要求1所述的检测印刷电路板缺陷的方法，其特征在于：

步骤1中搜索Gerber文件中所有的圆的步骤为：解析Gerber文件中所有的D03项，检测所有圆的中心坐标和半径信息，通过左上、右上、右下、左下角的四个定位孔配准。

3.如权利要求1所述的检测印刷电路板缺陷的方法，其特征在于：所述步骤2中搜寻Gerber文件中的所有直线的步骤包括：

解析Gerber文件中所有的D码，通过依次搜寻D01和D02码，找出文件中所有的直线起始坐标、终止坐标、角度θ、线宽ｗ，直线法线方程Ｐ等7个参数。

4.如权利要求1所述的检测印刷电路板缺陷的方法，其特征在于：所述步骤3中拍摄图与Gerber文件之间的坐标转换进一步包括以下步骤：

设Gerber文件中A点坐标为(X，Y)，拍摄图A′点坐标为(x， y),任取骨架上的两点（x1,y1），(x2,y2)及其对应的Gerber文件中的坐标(X1,Y1),(X2,Y2)代入公式（1-1）、（1-2）、（1-3）中，求解出坐标转换参数m1、m2、p1、p2：

                   （1-1）

                      （1-2）

                                           （1-3）。

5.如权利要求1所述的检测印刷电路板缺陷的方法，其特征在于：所述步骤4中提取骨架，根据Gerber文件中直线参数求出骨架上每个像素点到Gerber文件中最近直线之间的距离的步骤进一步包括：

步骤41：求取骨架上的像素点

到所有的直线的距离，

根据d值找到距离像素点

最短的直线；

求该像素点

到最短距离直线的交点坐标：

；

步骤42：判断该像素点到直线的交点是否在直线上。

6.如权利要求5所述的检测印刷电路板缺陷的方法，其特征在于：所述步骤42进一步包括：

设直线起始点横坐标为

，终止点横坐标为

；

令

，

若

<0,说明交点肯定在直线之间；

若>0, 说明交点不在直线上，需排除；

若

=0,说明交点与直线的某个端点重合，需排除。

7.如权利要求1所述的检测印刷电路板缺陷的方法，其特征在于：所述步骤5中根据骨架像素点的距离值与直线线宽的大小关系将缺陷进行分类包括以下步骤：

设骨架上某个像素点到最近直线的距离值为s,直线线宽值为s′，根据距离异常值将缺陷分类：

若s> s′,说明缺陷为凸起；

若s< s′,说明缺陷为凹陷；

若s′= 0，s ≠ 0，说明缺陷为断路；

若s′≠ 0，s = 0，说明缺陷为短路。

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