СПОСОБ ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
METHOD FOR RANGE VERIFICATION OF PRINTED-CIRCUIT BOARDS

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах с техническим зрением при контроле печатных плат.
Известны способы контроля печатных плат, основанные на сравнении с эталонами (Automatic PCI Inspection Algoritms. / M.Moganti, F.Ercal, C.Dagli [etc.] // A Survey, Computer Vision and Image Understanding. - 1996. - №63. - P.287-313; Automatic Visual Inspection of Printed Circuit Boards: An Experimental System. / B.Benhabib, C.R.Charette, K.C.Smith, A.M.Yip. // International Journal of Robotic and Automation. - 1990. - №5 (2).
Несмотря на кажущуюся простоту, способы чувствительны к качеству юстировки изображения и эталона в частности к взаимному повороту, параллельному смещению и к незначительному изменению масштаба и не позволяют дифференцированно определять фактические и ложные заужения.
Известны способы контроля печатных плат, основанные на использовании структурно-лингвистических методов распознавания изображений (А.Л.Држевецкий, В.Н.Контишев «Методы и средства контроля топологических характеристик множества объектов в системах с техническим зрением». - Приборы и системы управления. 1993. №3), позволяющие производить контроль допустимых значений ширины проводников и допустимых расстояний между проводниками независимо от их ориентации. Недостатками этих способов являются: снижение точности определения заужений проводников при наличии раковин, расположенных на периферии печатных проводников, и невозможность классифицировать причины заужений.
Наиболее близким к предлагаемому является способ оптического допускового контроля (А.Л.Држевецкий, А.В.Григорьев. «Автоматизированная система оптического допускового контроля печатных плат и фотошаблонов». -Метрология, ежемесячное приложение к научно-техническиму журналу «Измерительная техника». 1995. №4), позволяющий контролировать практически весь широкий класс дефектов печатных плат с указанием их местоположения и количественных характеристик, в том числе и недопустимых заужений печатных проводников, для выявления которых используются сложные алгоритмы, снижающие производительность контроля и не исключающие селекцию ложных дефектов, обусловленных наличием раковин, находящихся на периферии печатных проводников, а также сложность однозначного указания причины заужения, которые могут быть вызваны естественным уменьшением поперечного сечения проводников за счет влияния раковин в теле проводника, что является важной характеристикой дефектов, упрощающей анализ технологического процесса и выбор направления его коррекции.
Техническим результатом предлагаемого способа допускового контроля печатных плат является повышение производительности контроля за счет исключения процедуры определения связности каждого дефектного участка и расширение функциональных возможностей за счет определения количества раковин печатных проводников, приводящих к недопустимым заужениям.
Предлагаемый способ допускового контроля печатных плат основывается на том, что производят выделение участков проводников печатных плат, поперечное сечение которых превышает допустимое значение. При этом анализируют область вне проводников, в которой могут существовать области дефектов, поперечное сечение которых не превышает допустимого значения, и область дефектов типа наплывов или сколов, которые тесно граничат с основным телом проводника, искажая его границы. Кроме того, в теле проводника существуют раковины, которые в основном концентрируются в периферийной части проводника, уменьшают его поперечное сечение и образуют двухсвязные дефекты, которые являются необходимыми, но не достаточными условиями заужений. Заужение проводника при отсутствии раковин также образует двухсвязный дефект, и наличие такого дефекта является необходимым и достаточным признаком заужения.
Для правильной диагностики заужений важно определить природу образования двухсвязных дефектов, а именно выяснить: они вызваны физическим заужением проводника или раковинами внутри проводника. Это важно для осуществления более тонкой селекции дефектов. Поставленную задачу решают путем формирования одного единственного числа, которое является эталонным и отражает отсутствие заужений в проводниках печатных плат в поле зрения, а сравнение реального числа для конкретной печатной платы с эталонным дает информацию о заужениях и о природе этих заужений. Эталонное число формируют в несколько этапов.
На первом этапе исключают раковины в изображениях проводников и подсчитывают число металлизированных участков, общее число дефектных участков, которое равно сумме одиночных и примыкающих дефектов. Эталонное число, которое характеризует проводники без заужений, составляет разницу между общим числом металлизированных участков и числом одиночных дефектов. Подсчитывают число изображений, поперечное сечение которых превышает допустимое значение, и сравнивают с эталонным числом. Если число изображений, поперечное сечение которых превышает допустимое значение, превышает эталонное число, то делают вывод, что в поле зрения существуют проводники с заужениями, и такую плату отбраковывают. Если число изображений, поперечное сечение которых превышает допустимое значение, равно эталонному числу, то делают вывод, что в поле зрения двухсвязные дефекты либо отсутствуют, либо находятся на периферии проводников и не приводят к заужениям.
Повышение точности и производительности допускового контроля печатных плат при селекции дефектов достигается за счет того, что оценка заужений проводников производится без конкретного рассмотрения параметров каждого дефекта, а производится интегрально для всего поля изображения, которое включает сами проводники, дефекты вне проводников и раковины внутри тела проводника. Такой подход не требует использования сложной и детальной обработки изображений, что естественно увеличивает производительность способа и позволяет, в то же время, дифференцированно выделить заужения, обусловленные физическим изменением ширины проводников, которые менее допустимой величины, и сразу сделать заключение о браке без дальнейшего длительного исследования, а также исключить ложные заужения, которые проявляются в виде двухсвязных дефектов, но находятся на периферийных участках проводника, что повышает точность допускового контроля без дополнительных затрат времени и использования сложных вычислительных процедур. Предлагаемый способ позволяет довольно просто сформировать эталонное число, сравнение с которым дает ответ на вопрос о природе заужений, и исключить ложные заужения. Способ может использоваться как автономно, так и входить в состав других, улучшая их характеристики.
Предлагаемый способ допускового контроля печатных плат ориентирован на применение считывающих устройств телевизионного типа, преобразующих изображение участка печатной платы в видеосигнал, который после квантования его на два уровня образует отсчеты бинарного изображения участка печатной платы, соответствующие матрице исходного изображения, в которой уровень «1» соответствует участкам металлизации, а «0» - участкам диэлектрика. В результате образуется дополнительная матрица, получения из матрицы исходного изображения путем операций сжатия и расфокусировки.
Принципы выполнения операций сжатия и расфокусировки и реализация цифровых фильтров изложены в статье (А.Л.Држевецкий «Методы построения нелинейных пространственных фильтров с управляемыми характеристиками». -Пенза, 1991 г.). Первое число, которое позже будет сравниваться с эталонным, получается в результате подсчета числа сжатых и расфокусированных связных участков матрицы исходного изображения. Принцип подсчета числа изображений и устройства, которые наиболее близки для излагаемого способа, приведены в (А.С. 1383413 СССР, G06К 9/00. Устройство для подсчета количества изображений объектов и в А.С. 1640720 СССР, G06К 9/00. Устройство для подсчета изображений объектов). Путем логического вычитания отсчетов дополнительной матрицы из матрицы исходного изображения получают матрицу дефектов, на основании которой выделяют связные участки изображения, соответствующие дефектам, и дефектные участки, примыкающие к сжатым и расфокусированным областям. Одновременно со считыванием матрицы исходного изображения выделяют раковины в проводниках и маркируют, то есть каждой раковине присваивают порядковый номер и устанавливают связь с маркированным проводником. Для каждой раковины подсчитывают площадь, периметр и координаты центра тяжести. Способ и устройство для определения координат центров тяжести изображений множества объектов, которые максимально адаптированы для использования в данном изобретении, рассмотрены в (Патент Российской Федерации RU №2032218 С1, кл. G06К 9/00 от 27.03.95 Бюл. №9).
Следующая важная операция, которую необходимо выполнить прежде, чем сформируется эталонное число, - это коррекция матрицы исходного изображения, цель которой присвоить выбранным раковинам признак проводника (то есть уровень «1»). Так как все раковины промаркированы и существует библиотека раковин, то из всех отверстий выбираются только те, которые исключаются из объекта. Это означает, что раковинам с соответствующими номерами, которые необходимо исключить, присваивается уровень «1», соответствующий уровню проводника. Технически эту операцию реализуют во время считывания второго кадра. Для этого вводят оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), адресное пространство которого соответствует номерам раковин, а по соответствующим номерам записывают «1». Запись в ОЗУ производят перед считыванием второго кадра, и после записи адресное пространство ОЗУ подключаются к узлам маркировки раковин, определяющих номера раковин. Во время считывания второго кадра в матрицу исходного изображения подмешивают элементы с уровнем «1» с выхода ОЗУ. При считывании второго кадра матрицу исходного изображения заменяют скорректированной и все операции выполняют со скорректированной матрицей. Во время считывания второго кадра исключают из матрицы исходного изображения все раковины.
В результате производится подсчет числа сжатых и расфокусированных участков скорректированной матрицы, а также общее число дефектов, число примыканий к сжатым и расфокусированным областям в корректированной матрице, а также число связных участков скорректированной матрицы, которые соответствуют числу участков металлизации. На основе данных чисел формируется эталонное число, как разность между числом связных участков в корректированной матрице и числом несвязных дефектов, которая, в свою очередь, определяется, как разность между общим числом дефектов и числом примыканий к сжатым и расфокусированным областям. На основе сравнения эталонного числа с числом сжатых и расфокусированных участков скорректированной матрицы или с числом сжатых и расфокусированных участков матрицы исходного изображения делают выводы о наличии или отсутствии заужений, вызванных естественным заужением проводников или раковинами в теле проводников.
Естественное заужение имеет место, если число сжатых и расфокусированных участков скорректированной матрицы больше эталонного числа, что свидетельствует о безусловном браке, а при равенстве заужение отсутствует и проверяется наличие заужений за счет раковин.
Равенство эталонного числа и числа сжатых и расфокусированных участков матрицы исходного изображения свидетельствует либо об отсутствии раковин, либо о том, что, при их наличии, эти раковины находятся на периферии проводящих дорожек и не приводят к недопустимым заужениям.
Данный способ можно расширять и для других случаев, например, исключить раковины с заранее заданными свойствами, с малой площадью и в этих условиях сравнить число сжатых и расфокусированных участков матрицы с эталонным числом. Возможны и другие варианты, которые не влияют на сущность способа.