基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法與流程
2024-03-31 04:28:05 3
本發明屬於智能檢測領域，尤其涉及一種基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法。
背景技術：
目前，PCB印刷質量檢測主要依靠傳統的人工檢測方式，隨著PCB行業的發展， PCB板印刷電路越來越複雜，人工加測難度大，耗時長，主觀性大，難以滿足日益發展的PCB行業發展需求。
因而現有技術還有待改進和提高。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供針對PCB生產過程中傳統的人工檢測的不足，提供一種基於機器視覺的PCB裸板缺陷檢測方法，實現PCB裸板缺陷自動檢測，極大的解決了傳統PCB檢測複雜度高，難度大，檢測耗時的問題，節省了人力成本，提高了生產效率。
為了達到上述目的，本發明採取了以下技術方案：
一種基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法，其包括如下步驟：
步驟1、存儲待測PCB板參數，所述待測PCB板參數包括PCB板尺寸；
步驟2、根據所述PCB板尺寸，以及相機視野，確定最少拍攝次數；
步驟3、加載用於檢測PCB裸板缺陷的CAD模板圖像，並對所述CAD模板進行圖像分割處理，以及模板角點加測；
步驟4、由相機待測圖像採集，並與PLC進行通信；在採集行測圖像時搭載相機移動，分區域對整張PCB板進行圖像採集；
步驟5、CAD模板圖像與對應的待測圖像進行配準；
步驟6、圖像缺陷檢測提取；
步驟7、在檢測到缺陷時，輸出報警信號，記錄缺陷、並保存和顯示。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，所述步驟1包括：
測量待檢測PCB板的尺寸，並在軟體人工交互界面中進行參數設置。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，所述步驟2包括：
根據待檢測PCB板的尺寸和相機拍攝視野的大小，確定最優的拍照方案；所述最優的拍照方案以整張待測PCB板的最少拍攝次數為最優拍照方案。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，所述步驟3包括：
步驟31、對CAD模板圖像進行加載並作初始化處理，根據所述最優拍攝方案，對整張CAD模板圖像進行對應區域裁剪，為後續與分區域拍攝的待測圖像配準做準備；
步驟32、為了確保後續缺陷檢測的實時性，在加載CAD模板圖像時對模板圖像進行特徵點提取，具體為提取各分割圖像的角點作為特徵點。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，所述步驟4包括：
步驟41、待測PCB板圖像採集方式採用高解析度面陣黑白相機分區域多次採集；
步驟42、採集過程中與相機與PLC相互通信，根據拍攝次數，拍攝場景大小，以及PCB板的尺寸確定PLC水平方向和垂直方向的移動步長，PLC移動完成後，觸發相機抓拍；
步驟43、在相機抓拍完成後通信PLC移動至下一個抓拍位置，直至完成整個過程拍攝。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，所述步驟5包括：
步驟51、根據CAD模板圖像各分割區域的角點，選取角點周圍一定範圍內區域為ROI區域，並選取CAD模板圖像的ROI區域圖像；
步驟52、在待測圖像中，在與模板ROI區域對應區域範圍內進行搜索匹配，根據最佳匹配結果，確定待測圖像中對應的角點；
步驟53、對步驟3中提取的所有角點執行步驟52的匹配過程，得到模板中與之一一對應的角點；
步驟54、利用角點得到模板與待測圖像之間的變換矩陣，並對模板圖像進行圖像仿射變換。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，步驟6中圖像缺陷提取包括提取電路斷裂缺陷和電路誤連缺陷。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，在提取電路斷裂缺陷時，所述步驟6包括：
步驟61、令待測圖像test0和模版圖像model0為二值化取反圖像；
步驟62、對模版圖像model0進行細化操作，具體為遍歷model0圖像像素，if(model0（x,y）=0）重置(test0(x,y)=0)，得到Resttest0；
步驟63、對model0和Resttest0做差，得到斷裂缺陷檢測結果。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，在電路誤連缺陷時，所述步驟6中包括：
步驟61′、令待測圖像test1和模版圖像model1為二值化取反圖像；
步驟62′、對model1進行膨脹操作，遍歷model1像素，if(model1（x,y）=255）重置(test1(x,y)=255)，得到Resttest1；
步驟63′、對model1和Resttest1做差，得到電路誤連缺陷檢測結果。
所述的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中，所述步驟7包括：
對檢測缺陷進行報警，並將檢測到的缺陷結果進行顯示，歷史記錄保存。
相較於現有技術，本發明的顯著效果在於採用高解析度面陣黑白工業對整張PCB板圖像進行分區域多次採集，設備簡單。相機採用標準的CAD圖像作為模板圖像，避免了用相機採集模板圖像過程中因為灰塵等造成的模板圖像誤差，在模板加載生成環節提前提取模板角點，減少後續實時缺陷檢測耗時，並根據提取的角點區域進行匹配，得到待測圖像中對應的角點，利用多對角點提取模板與待測圖像的變換矩陣，進行仿射變換，並分析線路斷裂和誤連缺陷特徵，分別進行提取，檢測精度高，實時性好，有效的節省人力成本。
附圖說明
圖1是本發明的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法的流程圖。
圖2是本發明的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中模板圖像與對應待測圖像匹配的流程圖。
圖3是本發明的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法中缺陷（斷裂，誤連）檢測的流程圖。
具體實施方式
本發明提供的基於機器視覺的PCB裸板缺陷自動檢測系統可以實現PCB裸板印刷缺陷自動檢測，利用高解析度面陣黑白相機以及圖像處理算法檢測精度高，能夠實現PCB生成全時段完全檢測，檢測效率大大提升，同時對生產的PCB產品質量實現統計管理，滿足現代化生產的需求。
為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖並舉實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
圖1是本發明的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法的流程圖。本發明的基於面陣相機的PCB裸板缺陷檢測方法包括：
步驟1、存儲待測PCB板參數，所述待測PCB板參數包括PCB板尺寸。對於不同規格的PCB板，通過人工測量方式確定待檢測PCB板的尺寸，並在軟體人工交互界面中進行參數設置。
步驟2、根據所述PCB板尺寸，以及相機視野，確定最少拍攝次數。在確定拍攝次數時，根據待檢測PCB板的尺寸和相機拍攝視野的大小，確定最優的拍照方案；所述最優的拍照方案以整張待測PCB板的最少拍攝次數為最優拍照方案。
步驟3、加載用於檢測PCB裸板缺陷的CAD模板圖像，並對所述CAD模板進行圖像分割處理，以及模板角點加測。其具體包括：
步驟31、對CAD模板圖像進行加載並作初始化處理，根據所述最優拍攝方案，對整張CAD模板圖像進行對應區域裁剪，為後續與分區域拍攝的待測圖像配準做準備；
步驟32、為了確保後續缺陷檢測的實時性，在加載CAD模板圖像時對模板圖像進行特徵點提取，具體為提取各分割圖像的角點作為特徵點。
步驟4、由相機待測圖像採集，並與PLC進行通信；在採集行測圖像時搭載相機移動，分區域對整張PCB板進行圖像採集。其具體包括：
步驟41、待測PCB板圖像採集方式採用高解析度面陣黑白相機分區域多次採集；驟42、採集過程中與相機與PLC相互通信，根據拍攝次數，拍攝場景大小，以及PCB板的尺寸確定PLC水平方向和垂直方向的移動步長，PLC移動完成後，觸發相機抓拍；驟43、在相機抓拍完成後通信PLC移動至下一個抓拍位置，直至完成整個過程拍攝。
步驟5、CAD模板圖像與對應的待測圖像進行配準；其具體包括：
步驟51、根據CAD模板圖像各分割區域的角點，選取角點周圍一定範圍內區域為ROI區域，並選取CAD模板圖像的ROI區域圖像；
步驟52、在待測圖像中，在與模板ROI區域對應區域範圍內進行搜索匹配，根據最佳匹配結果，確定待測圖像中對應的角點；
步驟53、對步驟3中提取的所有角點執行步驟52的匹配過程，得到模板中與之一一對應的角點；
步驟54、利用角點得到模板與待測圖像之間的變換矩陣，並對模板圖像進行圖像仿射變換。
步驟6、圖像缺陷檢測提取；所述圖像缺陷提取包括提取電路斷裂缺陷和電路誤連缺陷。
對於電路斷裂缺陷檢測，對CAD模板圖像進行細化，由於模板採用CAD圖像，故與實際拍攝的待測圖像電路存在差異，為保證斷裂缺陷檢測結果準備，採用檢測電路骨架是否存在斷裂作為缺陷檢測依據，故在進行斷裂缺陷檢測時需要先對原來模板圖電路連線進行細化。在提取電路斷裂缺陷時，所述步驟6包括：
步驟61、令待測圖像test0和模版圖像model0為二值化取反圖像；
步驟62、對模版圖像model0進行細化操作，具體為遍歷model0圖像像素，if(model0（x,y）=0）重置(test0(x,y)=0)，得到Resttest0；
步驟63、對model0和Resttest0做差，得到斷裂缺陷檢測結果。
在電路誤連缺陷時，所述步驟6中包括：
步驟61′、令待測圖像test1和模版圖像model1為二值化取反圖像；
步驟62′、對model1進行膨脹操作，遍歷model1像素，if(model1（x,y）=255）重置(test1(x,y)=255)，得到Resttest1；
步驟63′、對model1和Resttest1做差，得到電路誤連缺陷檢測結果。
步驟7、在檢測到缺陷時，輸出報警信號，記錄缺陷、並保存和顯示。具體為：對檢測缺陷進行報警，並將檢測到的缺陷結果進行顯示，歷史記錄保存
本發明採用標準CAD圖像來作為模板圖像，根據待檢測PCB板尺寸、相機拍攝視野來進行拍攝次數設定，通過設定PLC移動參數，來控制相機水平移動距離和PCB板載臺垂直移動距離，實現對整塊PCB板的快速分區域拍攝。
在軟體初始化階段自動連接相機，獲取相機參數，在加載模板階段實現將標準的CAD模板圖像讀取到內存，並根據確定的拍攝次數，拍攝視野大小實現對整板CAD模板圖像的區域自動劃分和讀取，為了節省耗時，在提取各個區域的CAD模板圖像後，進行角點檢測，此發明中採用Shi-tomasi方法來進行角點檢測。
模板加載環節完成時，觸發信號觸發PLC自動控制PCB載臺自動進料（即輸送待測PCB板），相機開始抓拍，並觸發PLC搭載相機載臺水平方向移動事先確定的步長後，觸發相機拍照，直至水平方向完成預定拍攝次數，搭載PCB板載臺繼續垂直方向移動一定步長，直至完成所有拍攝次數實現對整個PCB的移動拍攝。
在拍攝過程中，檢測線程同步執行，開始對採集到的待測圖像與對應的模板圖像進行配置，進行缺陷檢測。
進一步地，請參閱圖2，圖2是本發明的模板與對應待測圖像匹配的流程圖。在進行模板與對應待測圖像匹配時，由於標準的CAD模板為黑白圖像，缺少圖像灰度信息，因此特徵點檢測採用角點提取來實現配準。具體為：
首先對模板圖像進行角點提取，具體方法採用Shi-tomasi方法，最終得到不同區域模板圖像的角點；而後以角點為中心，在模板圖像中確定每一個角點對應的ROI區域，並在待測圖像中對應的位置選取待配準區域（由於模板與待測圖像之間存在著位移，為了後續模板角點對應的ROI區域能夠在待測圖像中得到較為精確的模板匹配結果，待測圖像中對應的待配準區域需大於模板圖像中對應的ROI區域）；之後，在模板圖像中，對應的ROI區域與待測圖像中對應位置進行遍歷模板匹配，得到準確的匹配位置，從而得到待測圖像中對應的角點位置，對提取的所有模板的角點依次重複上述過程，得到一一對應的模板與待測圖像中的角點匹配對，從而得到模板與待測圖像的仿射變換矩陣，實現對模板圖像的仿射變換。
圖3是本發明的缺陷（斷裂，誤連）檢測的流程圖。所述步驟6根據得到的仿射變換矩陣，實現對模板圖像的圖像變換，對變換後的模板圖像model進行二值化取反操作，用來進行電路斷裂和電路誤連缺陷檢測。
如圖3所示，對於電路斷裂缺陷檢測，test0和model0為二值化取反圖像，對model0進行細化操作，根據為了避免其他因素的影響，遍歷model0圖像像素，if(model0（x,y）=0）重置(test0(x,y)=0);得到Resttest0，對model0和Resttest0做差，根據差值得到斷裂缺陷檢測結果，如差值為0時，檢測結果則為沒有缺陷，不為0時，則存在電路斷裂缺陷。
對於電路誤連缺陷檢測，test1和model1為二值化取反圖像，對model1進行膨脹操作，遍歷model1像素，if(model1（x,y）=255）重置(test1(x,y)=255)了，得到Resttest1，對model1和Resttest1做差，得到誤連檢測結果。
並且，針對電路斷裂和誤連兩種不同的缺陷檢測結果，分別在原待測圖像中用不同顏色進行標示，記錄檢測結果。
綜上所述，本發明採用高解析度面陣黑白工業對整張PCB板圖像進行分區域多次採集，設備簡單。相機採用標準的CAD圖像作為模板圖像，避免了用相機採集模板圖像過程中因為灰塵等造成的模板圖像誤差，在模板加載生成環節提前提取模板角點，減少後續實時缺陷檢測耗時，並根據提取的角點區域進行匹配，得到待測圖像中對應的角點，利用多對角點提取模板與待測圖像的變換矩陣，進行放射變換，並分析線路斷裂和誤連缺陷特徵，分別進行提取，檢測精度高，實時性好，有效的節省人力成本。
可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。