[发明专利]用于印制线路板的三维形貌测量及缺陷检测的方法

说明书

本发明提供了一种用于印制线路板的三维形貌测量及缺陷检测的方法，其包括以下步骤：步骤1、对两个线阵相机的成像模型参数进行标定；步骤2、利用两个线阵相机同步拍摄印制线路板的表面，获取印制线路板表面待检测区域的一维数字散斑图像，并对其进行拼接得到两幅二维数字散斑图像；步骤3、在两幅二维数字散斑图像中利用数字图像相关方法寻找对应点，以实现图像匹配，得到对应点的图像坐标；步骤4、利用步骤1得到的标定参数，结合步骤3得到的数字散斑图像中对应点的图像坐标，计算该点的三维空间坐标，得到印制线路板表面的三维形貌；步骤5、依据步骤4得到的三维形貌对印制线路板进行缺陷检测。本发明可满足线路板的在线实时检测。

技术领域

本发明属于光学测量技术中的立体视觉三维数字图像形貌测量领域，直接应用于基于线阵相机和三维数字图像相关的印制线路板全场形貌测量、缺陷检测。

背景技术

印制线路板(Print Circuit Board，PCB)是具有印制线路的绝缘基板，用于安装和连接电路元器件。为了保证PCB生产质量，需要对其进行检测，传统的检测方法有人工目测、针床测试、飞针测试等。由于“接触受限”等缺陷，这些方法已经不能完全适应制造技术的发展需求，基于图像的自动光学检测(Automatic Optical Inspection，AOI)技术逐渐发展起来。

AOI技术使用传感器获得检测物的二维照明图像并数字化，利用灰度图像并通过参考比较法(与预先存储的数字化模板图像作比较)或设计规则检验法(按照一些给定的规则检测图形)进行缺陷检测。

由于AOI技术无法直接得到检测物表面的三维形貌，因此无法检测高度方面的缺陷；其他一些方法如自动X射线检测(Automatic X-ray Inspection，AXI)，由于高成本、检测速度慢的原因，也难以在生产线中使用。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种新型的印制线路板PCB表面三维形貌测量及缺陷检测的方法。本发明利用线阵CCD高速采集的特点，可以在工业生产线上高速获得原始图像数据，无需传送带反复启动和停止，利用针对不同视场设计的激光投影散斑，基于三维数字图像相关方法，全场测量印制线路板表面的三维形貌，以解决传统AOI方法无法得到高度方向形貌结果的缺陷；由于采图频率高以及算法的优越性，典型情况下对2000X2000像素图像(拼接图像)，在i7 4790kCPU+GTX680硬件条件，立体图像的重建速度小于0.5秒，可满足线路板的在线实时检测，以解决AXI方法检测速度慢的缺陷。

本发明基于三维数字图像相关(3D-DIC)重建三维形貌的原理，其原理如下：3D-DIC方法结合了DIC方法和双目立体视觉的原理，使用两个互成一定角度固定的线阵相机拍摄物体表面散斑图像再拼接为二维图像，然后通过图像匹配算法计算得到图像中待测点的图像坐标，再结合事先标定好的两个相机的参数和相对位置关系，计算得到物体表面的三维空间坐标，得到物体表面的三维形貌。

本发明为解决PCB的表面三维形貌测量及缺陷检测的问题，如PCB板刻蚀清洗后出现的短路，开路，铜渣，线宽、线距错误，特征遗漏等缺陷，特别是高度方向的缺陷问题，提出了基于3D-DIC的用于印制线路板PCB的高精度三维形貌测量及缺陷检测的方法。其技术方案如下：

一种用于印制线路板的三维形貌测量及缺陷检测的方法，其包括以下步骤：

步骤1、对两个线阵相机的成像模型参数进行标定；

步骤2、利用两个线阵相机同步拍摄印制线路板的表面，获取印制线路板表面待检测区域的一维数字散斑图像，并对其进行拼接得到两幅二维数字散斑图像；

步骤3、在两幅二维数字散斑图像中利用数字图像相关方法寻找对应点，以实现图像匹配，得到对应点的图像坐标；

步骤4、利用步骤1得到的标定参数，结合步骤3得到的数字散斑图像中对应点的图像坐标，计算该点的三维空间坐标，得到印制线路板表面的三维形貌；