专利名称：用于检测印刷焊锡膏中缺陷的系统和方法
技术领域：
本发明的实施例通常涉及用在机器视觉系统中的装置、系统和方法。具体地，本发明涉及用于检测焊锡膏印刷处理中的缺陷的系统和方法。
背景技术：
在典型的表面安装电路板制造操作中，利用丝网印刷机来将焊锡膏印刷到电路板上。典型地，具有将要把焊锡膏沉积到其上的衬垫图形或某些其他表面，通常是导电表面，的电路板被自动地馈送到丝网印刷机中，并利用电路板上称为参考点的一个或多个小孔或标记来在将焊锡膏印刷到电路板上之前，将电路板与丝网印刷机的丝网或筛子正确地对准。在某些现有技术中的系统中，利用光学对准系统来将电路板与丝网对准。Freeman的1991年10月21日公开的美国专利5,060,063以及也是Freeman的1992年1月31日公开的美国专利Re.34,615中描述了用于丝网印刷机的光学对准系统的例子，上述专利都作为参考被包含在本文中。
在表面安装组件中，焊锡膏印刷操作可以是缺陷的主要来源。因此，已经提供了各种处理来检查将焊锡膏沉积到其上后的衬底，用以确定焊锡膏是否已经正确地施加到了位于衬底上的导电衬垫上，通常，但并不限定于印刷电路板上的导电衬垫。例如，在某些现有技术的系统中，上面提到的光学对准系统还包括视觉检查系统，以检查衬底。
但是，用于评估印刷缺陷的自动化的基于机器的技术只能隔离开并确定可知特性的数量。仍需要可靠的方法来分类并权衡涉及处理的印刷缺陷的重要性，用以提供有意义的输出，并定义出现实有用的处理限度。尽管随后的处理的确要部分确定出最后印刷了的电路板(PCB组件)的数量，但对印刷时出现的桥和其他缺陷的检测和精确的评估可以提供对于合适的印刷功能的过程控制最直接的反馈。
发明内容
在相邻衬垫之间由其自身产生的跨缝隙的焊锡膏不能保证与桥相关的缺陷会稍后出现在装配过程中。并非所有的桥或类桥缺陷具有严重影响给定处理过程的必要条件或几何结构。相反，实际上对于处理过程很重要的缝隙缺陷不可能一直连接相邻的衬垫以形成轮廓明确的桥。已经发现，不考虑它的几何结构，如形成桥或“类桥”特征的膏的总量、膏特征的几何结构(例如长度、宽度、比例)和缝隙内膏的总量等因素影响了缝隙内膏缺陷的重要性。
在至少一个实施例中，本发明提供了系统和方法，其可提供改进了的对焊锡膏缺陷如桥的检测，以改进印刷过程控制。在该实施例中，本发明的系统和方法基于这样一个前提，即，并非所有的桥或“类桥”缺陷具有严重影响给定处理过程的必要条件或几何结构，主要的缝隙缺陷不会一直连接相邻衬垫以形成桥的。尽管随后的处理也要部分确定出最后组件的数量，但在至少一个实施例中，对印刷时出现的桥和其他缺陷的检测和精确的评估可以提供对于合适的印刷功能的过程控制直接的反馈。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于分析缝隙缺陷的方法，其提供了可靠的缝隙内膏面积的测量，并检测了与SMT(表面安装技术)装配处理过程相关的类桥膏特征的主要几何结构和跨度。利用缝隙内膏的总量和跨该缝隙的类桥特征的有效跨度一起来确定特定的膏特征将导致与桥相关的缺陷的可能性。
本发明的一个实施例涉及一种分析衬底到衬底上的物质的图像的方法，该图像包括多个象素。该方法包括限定出图像中的相关区域，将相关区域加到第一和第二正交坐标轴上，其中图像中的一组象素位于第一坐标轴，将相关区域内的象素转换成与第一坐标轴对准的一维阵列，并投影到第二坐标轴，以及将至少一种阈值应用到该一维阵列，该阈值至少部分基于预定的限度。
本发明的实施例可以包括接下来的特征中的一个或多个。该方法可以包括平滑该一维阵列。该方法可进一步包括对于沿第一坐标轴的每个象素，计算在相关区域内与沿该坐标轴对应的象素正交对准的所有象素的总和，以及将沿该坐标轴的每个象素的总和表示成与第二坐标轴正交的一维阵列。
本发明的实施例可进一步包括定位基本上接近相关区域的一个边缘的坐标轴，其中图像中的一组象素位于该坐标轴的步骤，以及评价该一维阵列，以确定在相关区域内是否存在某些特征的步骤。该特征可包括缺陷、短路、类桥特征、桥、物质的过剩量、物质的偏离面积和物质质量差的面积。
本发明的方法的其他实施例包括接收至少一个检测参数，该检测参数用于确定图像中的至少一种特征可稍后导致功能性缺陷的可能性。可根据该至少一个检测参数来完成评价步骤。本发明进一步的实施例可包括对于相关区域中的每个特征，计算特征的面积和几何结构，至少部分利用检测参数和一维阵列来完成该计算。再进一步的实施例可包括根据面积和几何结构来确定图像中的至少一种特征可稍后导致功能性缺陷的可能性。
本发明的实施例可包括作为衬底的印刷电路板和作为物质的电子材料。本发明的其他实施例可包括包含有焊锡膏的物质。该图像可包括数字化图像。
本发明的实现方式可包括检查在其上沉积有物质的衬底的方法。该方法包括将物质沉积到衬底上，采集衬底的图像，检测图像中结构的变化，用以确定衬底上物质的位置，限定出图像中的相关区域，该限定出的相关区域具有第一坐标轴，其中图像中的一组象素位于该坐标轴，对于沿该坐标轴的每个象素，计算在相关区域内与沿该坐标轴对应的象素正交对准的所有象素的总和，将沿该坐标轴的每个象素的总和表示成与该坐标轴正交的一维阵列，以及评价该一维阵列，以确定在相关区域内是否存在某些特征。
本发明的其他实现方式包括用于在衬底上的预定位置分配焊锡膏的系统。该方法包括在衬底上分配材料的分配器，用于维持分配器工作的控制器，和与控制器进行电通信的处理器。将该处理器编程为执行位于衬底上的焊锡膏沉积的基于结构的识别，限定焊锡膏图像内的相关区域，该限定出的相关区域具有第一坐标轴，其中图像中的一组象素位于该坐标轴，对于沿该坐标轴的每个象素，计算在相关区域内与沿该坐标轴对应的象素正交对准的所有象素的总和，将沿该坐标轴的每个象素的总和表示成与该坐标轴正交的一维阵列，以及评价该一维阵列，以确定在相关区域内是否存在某些缺陷。
本发明再进一步的实现方式涉及一种检测在衬底上沉积的物质中的缺陷的方法。该方法包括采集衬底的图像，检测图像中结构的变化，用以确定衬底上物质的位置，限定出图像中的相关区域，该限定出的相关区域具有第一坐标轴，其中图像中的一组象素位于该坐标轴，对于沿该坐标轴的每个象素，计算在相关区域内与沿该坐标轴对应的象素正交对准的所有象素的总和，将沿该坐标轴的每个象素的总和表示成与该坐标轴正交的一维阵列，以及评价该一维阵列，以确定在相关区域内是否存在某些缺陷。
本发明的实施例可包括接下来的特征中的一个或多个。物质可以是焊锡膏。缺陷可包括焊锡桥、类桥特征或过剩膏特征中的至少一种。衬底可包括第一和第二衬垫，焊锡膏沉积到该第一和第二衬垫上，缺陷可包括存在的跨第一和第二衬垫之间的距离的至少一部分的焊锡膏。该方法可进一步包括应用一种规则以确定缺陷是否应被分类为焊锡桥。
本文中更完整地描述了涉及本发明的这个和其他实施例的细节。
结合接下来的详细描述和附图将更完整地理解本发明的各个优点和方面，其中图1A提供了根据本发明的一个实施例的丝网印刷机的前视图；图1B是本发明另一个实施例的示意图；图2A-2B是印刷电路板的示意图；图3是用于检查沉积在衬底上的焊锡膏的方法的流程图；
图4A-4B是利用了本发明的方法的处理器内各个区域的示意图；图5A-5C是用在本发明的方法中典型地有代表性的各种过滤器；图6是实现本发明的自动增益偏差特征的方法的流程图；图7A-7B是印刷电路板上示意性的有代表性的焊锡膏分布图；图8A-8H是用于膏结构空间对放大率的各种核结构选择的示意图；图9A-9D是从利用本发明的实施例的系统中得到的有代表性的实验结果；图10A-10C是从利用本发明的实施例的系统中得到的未饱和的新图像的比较图；图11A-11C是从利用本发明的实施例的系统中得到的饱和的新图像的比较图；图12是从利用本发明的实施例的系统中得到的实验结果的柱状图；图13是现有技术中用于检查沉积在衬底上的焊锡膏的处理过程的流程图；图14是在图13的采集步骤中所需的膏的灰度图像；
图15是在图13的膏只图像步骤过程中被转换成膏只图像的图14的灰度图像的加权膏只图像；图16是在图13的采集步骤中所需的UV改进了的荧光膏的RGB图像；图17是在图13的膏只图像步骤过程中被转换成膏只图像的图16的RGB图像的二进制膏只图像；图18是根据本发明的一个实施例的印刷缺陷检测顺序的流程图；图19A-19C是根据本发明实施例具有指明的说明性特征的运行期图像的细节；图20A-20C是图19A-19C中对应图像的膏只图像的细节；图21是根据本发明实施例用于桥特征分析处理的流程图；图22是说明根据本发明实施例实现的系统的输入和输出的普通方框图；图23A-23C是根据本发明的实施例处理了的缝隙内焊锡膏的第一种说明性的运行期图像、膏只图像和投影的膏只图像；图24A-24D是根据本发明的实施例处理了的缝隙内焊锡膏的第二种说明性的运行期、膏只、相关区域和投影的膏只图像；图25A-25C是根据本发明的实施例处理了的缝隙内焊锡膏的第三种说明性的运行期、膏只和投影的膏只图像；
图26是示出根据本发明实施例在缝隙尺寸上的衬垫尺寸变化的效果的说明图；图27是示出根据本发明实施例在缝隙尺寸上的衬垫位置变化的效果的说明图；图28是示出可利用本发明的一个实施例检测的桥/类桥特征的类型的第一种有代表性的说明图；图29是示出可利用本发明的一个实施例检测的桥/类桥特征的类型的第二种有代表性的说明图；图30是示出可利用本发明的一个实施例检测的桥/类桥特征的类型的第三种有代表性的说明图；图31是可根据本发明的至少某些实施例检测到的其他类型丝网印刷/焊锡膏印刷缺陷的有代表性的说明图。
附图不必是成比例的，其重点主要是说明本发明的原理。
详细描述本发明的一个实施例主要涉及丝网印刷机，其使用了用于传导焊锡膏结构识别的方法。这种技术被用来得到印刷衬底的膏只图像，如丝网和电路板，用于分析并在其后防止出现缺陷。例如，印刷缺陷经常出现在利用丝网印刷机将焊锡膏印在电路板上的过程中。图1A示出了根据本发明的一个实施例的丝网印刷机100的前视图。该丝网印刷机100包括框架12，其支撑着丝网印刷机的多个部件，这些部件包括控制器108、丝网16和分配头118，该分配头118具有可以从其上分配焊锡膏的分配槽118a。
分配头118利用两个翼形螺钉22耦合到第一板18。第一板18耦合到第二板20，而该第二板20耦合到丝网印刷机10的框架12上。第一板18耦合到第二板20上的方式是该第一板可以沿着由图1A中所示的坐标轴系统23所定义的z轴而相对于该第二板移动。通过受控制器108控制的电动机来移动该第一板。
第二板20可移动地耦合到框架12上，以使得该第二板20可以沿着也是由坐标轴系统23所定义的x轴而相对于框架12移动。如下所述，第一和第二板的移动允许分配头118被设置在丝网16的上方，并跨丝网移动，以将焊锡膏印到电路板上去。
丝网印刷机100还包括具有轨道24的输送系统，用于将电路板102传送到丝网印刷机中的印刷位置。丝网印刷机具有多个定位针28，当电路板位于分配位置时这些定位针的位置是在电路板的下方。这些定位针用于升高电路板102使其脱离轨道24用以当进行印刷时将电路板放在与丝网16相接触或接近丝网16的位置。
分配头118构成为接收两个标准SEMCO三盎司或六盎司焊锡膏筒104，其在印刷操作过程中将焊锡膏提供给分配头118。每个焊锡膏筒104都耦合到气动空气软管30的一个末端。本领域的技术人员可以更容易理解的是，分配头可以适合于接收其它标准的或非标准的筒。每个气动空气软管的另一端依附到压缩机上，该压缩机受控制器108的控制将压缩空气提供给这些筒，用以迫使焊锡膏从筒流进分配头118内并流到屏幕16上。如活塞的机械设备可以被用来提供额外的气压或取代气压来迫使焊锡膏从SEMCO筒流进分配头。
在本发明的一个实施例中，控制器108是利用使用了Microsoft DOS或WindowsNT操作系统的个人计算机来实现的，其应用专用软件以如本文中所述来控制丝网印刷机的操作。
丝网印刷机100按下述方式操作。电路板102利用输送轨道24加载到丝网印刷机中。执行机械视觉处理，用于自动地将印刷电路板102与丝网16对齐。在应用焊锡膏之前使印刷电路板102和丝网16进行接触或近似接触。然后在z轴方向上放下分配头118，直到它接触到丝网16为止。在沿x轴方向跨丝网16移动分配头的同时将压缩空气提供给筒104。该压缩空气迫使焊锡膏从筒流出并在分配头内在焊锡膏上产生压力以迫使焊锡膏从分配头118的分配槽118a通过孔流到丝网16中并流到电路板102上。一旦分配头118完全越过丝网16，则将电路板102降回到输送轨道24上，并将其传送离开印刷机，以使得可以将第二个电路板加载到印刷机内。为了在第二个电路板102进行印刷，在与用于第一个电路板的方向相对的方向上跨丝网移动分配头118。可替换的，可以使涂刷器臂向内摆动以将焊锡膏收回到分配器中，然后可以在z轴方向上升起分配器并将其移回到它的初始位置，以准备好利用相同的方向行程来在第二电路板上进行印刷。
如进一步在1999年1月21日申请的标题为“Method andApparatus for Dispensing Material in a Printer”的美国专利No.6,324,973中所述的，其专利权人为Speedline Technologies，Inc.，本发明的专利权人并通过参考包含在本文中，分配头118下降到印刷位置中，以使得它与丝网相接触。丝网印刷机100的操作是当分配头跨丝网移动时利用施加给每个SEMCO筒的气压来迫使焊锡膏从分配头118流到丝网上。在印刷位置处，两个叶片(图中未示出)变成与丝网的顶部表面相接触。对于分配头跨丝网移动的每个方向来说，其中的一个叶片作为从动叶片将任何多余的焊锡膏从丝网上刮走。
印刷的最后，当希望将分配头118升起以从丝网上移走时，控制器108在升起分配头118之前关闭压缩空气源。这样使得当分配头118被升起时焊锡膏保留在腔(图中未示出)内，当完成印刷时可有效地减少留在丝网上的焊锡膏的量。
在将焊锡膏沉积到印刷电路板上后，执行机械视觉处理，用于自动地检查印刷电路板。在本发明的一个实施例中，该检查处理是使用结构识别方法以确定焊锡膏是否已经正确地沉积到了位于印刷电路板上的预定的接触区域上。现在将描述用在本发明实施例中的焊锡膏结构识别系统。
参考图1B，其示出了丝网印刷机100的功能方框图101。图1B中，丝网印刷机100示出了检查衬底102，衬底102具有设置在其上的物质102a。在一个实施例中，衬底102包括印刷电路板、丝网、晶片或者任何平的表面，并且物质102a包括焊锡膏。
图2A和图2B示出了印刷电路板220的顶部平面图，印刷电路板220可以用来取代图1B中的衬底102。印刷电路板220具有主要区域222和接触区域224。它还具有轨迹226和孔228。图2A示出了在任何接触区域224上都没有焊锡膏沉积的印刷电路板220。图2B示出了被分布到印刷电路板220的预定接触区域224上的焊锡膏沉积228。在印刷电路板220上，横跨印刷电路板220中指定的主要区域222分布预定的区域224。
图2B用接触衬垫224示出了未对准的焊锡膏沉积230。每个焊锡膏沉积230都部分地接触一个接触区域。但是，为了确保进行好的电接触，并防止在衬垫区域之间形成桥(即，短路)，焊锡膏沉积230应该在特定的公差内与接触衬垫区域224对准。本文中描述的本发明的一个实施例公开了一种利用结构识别来检测在接触衬垫上的未对准的焊锡膏沉积的方法，结果，显著提高了印刷电路板的产量。
再次参考图1B，在本发明的一个实施例中，用于焊锡膏结构识别的方法包括利用照相机104收集在其上沉积有物质102a的衬底102的图像。在一个实施例中，照相机104是电荷耦合设备，其将实时模拟信号105传送给帧接收器106。实时模拟信号对应于其上沉积有物质102a的衬底102的图像。照相机104可以利用光栅型扫描或者衬底102的区域扫描得到物质102a的图像。在一个实施例中，照相机104也能够通过使用反射镜、分光束镜或其它照相机的组合来得到衬底102或丝网16底侧的图像。
照相机104将模拟信号105传送给帧接收器106。该模拟信号105包括关于衬底102和在其上沉积的物质102a的图像的信息。帧接收器106将模拟信号105数字化，并形成数字化图像105a，其可以显示在监视器107上。将数字化图像105a分成预定的多个象素，每个象素的亮度值从0到255灰度级(在8位范围内)。在本发明的一个实施例中，模拟信号105表示衬底102和在其上沉积的物质102a的实时图像信号。但是，在可替换的实施例中，从耦合到控制器108的存储设备传送存储的图像。此外，根据照相机104和用来得到衬底102和物质102a的图像的其它设备，所用的亮度值可以从0到65535灰度级(在16位范围内)。
帧接收器106电连接到处理器116。控制器108包括处理器116和帧接收器106。处理器116计算物质102a的图像105a结构的统计变化。物质102a的图像105a的结构变化与衬底102上的非物质背景特征的相对亮度无关，使得处理器116可以确定衬底102上的物质102a的位置，并将物质102a的位置与所希望的位置进行比较。在本发明的一个实施例中，如果物质102a所希望的位置与实际位置的比较结果显示出未对准超出了预定的极限，则处理器116做出相适应的测量以减小或消除该误差，并可以拒绝该衬底或通过控制器108触发警报。控制器108电连接到丝网印刷机100的驱动电动机120上，以便于将丝网和衬底以及与印刷处理相关的其它设备对准。
控制器108是控制环114的一部分，该控制环114包括丝网印刷机100的驱动电动机120、照相机104、帧接收器106和处理器116。控制器108发送信号以调整丝网印刷机框架12的对准，因此调整机械耦合丝网16的对准，从而调整未对准的衬底102上的物质102a。
图3示出了用于检查在衬底上的焊锡膏沉积的方法的流程图300。步骤302包括收集沉积到衬底102上的物质的图像105。在一个实施例中，物质102a是焊锡膏，衬底102是印刷电路板。可以实时地收集或者从计算机存储器中得到具有沉积在其上的物质102a的衬底102的图像105a。步骤304包括将图像105a发送给处理器116。通过处理器116执行该检查方法中剩下的步骤。步骤306利用下面描述的各种结构敏感算子检测图像105a的结构变化。该结构变化被用来确定衬底102上的物质102a的位置。在步骤308中，对处理器116进行编程以将特定位置处的结构变化与衬底预定位置的结构特征进行比较。在步骤310中，如果该变化是在预定的范围内，则处理器116可以对其做出反应进行动态的自适应性测量(步骤314)以确定主要的处理。如果该变化落在预定的范围以外，则步骤314通过步骤312触发适合的恢复测量，以拒绝该衬底，终止处理，或者通过控制器108触发警报。相关的统计过程控制(SPC)数据与其它过程数据一起在步骤316中被记录下来，并可用于回顾并分析局域和经由网络访问。
如上所述，利用处理器116检测图像105a结构的变化，并将物质102a的位置和区域与预定的位置和区域进行比较。
处理器功能现在将描述处理器116用到的用来识别印刷电路板224上的焊锡膏228的技术。在本发明的一个实施例中，处理器116执行四种功能。这四种功能是图像增强、纹理分段、图像位置分析以及过程控制。
如前面说明的，现有的焊锡膏检查系统最初使用基本的单或双阈法，其仅利用原始图像中象素亮度的不同来识别焊锡膏。在本发明的实施例中，处理器116也利用单和双阈技术，但只是将其应用在利用各种结构敏感算子预处理过的图像上，以使得单和双阈值可以被用来根据相应的结构分开特定的区域，当在这种情况下，以识别焊锡膏沉积的位置和区域。双阈值技术是较优选的，因为它在边缘象素处或基于图像的结构中任何不确定的区域内提供了更精确的可称转换。
本发明的方法所用到的结构敏感算子包括锐化(sharpening)算子、拉普拉斯算子和平滑算子，该平滑算子包括升压机构。将描述作为处理器功能的一部分的每种算子。
结构是多种亮度。特别是，结构指从一个象素到另一个象素亮度上的局部变化。因此，如果当评价图像时亮度被中断，则该结构是表面粗糙度的量(measure)。
在本发明的一个实施例中，范围算子可以被用来检测图像105a中的结构。该范围算子表示在相邻的最大和最小亮度值之间的差别。范围算子将初始图像105a转换成用亮度来表示结构的图像。具体地，初始的亮度特征消失，并通过范围亮度辨别不同的结构区域。范围算子也可以被用来限定图像的边界。
用相邻区域的变化来表示另一个结构算子。在本发明的一个实施例中，对处理器进行编程以计算该变化。该变化主要是中心象素与它邻近象素的亮度之间的差值的平方和。如果通过除以邻近象素的量来对该平方和进行第一次校正，则其结果表示值的均方根(RMS)差，并对应于表面粗糙度。这些结构敏感算子和方法可以利用通过软件开发公司提供的基本工具来实现，以完成机器视觉过程。John C.Russ在“The Image Processing Handbook，Second Edition”中，并且Gerhard X.Ritter和Joseph N.Wilson在“Handbook of Computer Vision Algorithms in Image Algebra”中主要地讨论了这些过程，上述内容作为参考被包含在本文中。
在本发明的一个实施例中，对处理器116进行编程，以利用前面提到的结构敏感算子来执行单独的功能。在图4A中所示的功能方框图中在逻辑上示出了由处理器116执行的操作，其中示出通过信息总线214连接单独的操作，该信息总线214便于在功能块之间共享数据。处理器116的过滤部分202执行结构分割处理。处理器116的采集部分206计算所需的增益和偏差，用以提供专用对比度和亮度，以改善运行图像105a。处理器116的分析部分210执行衬底102上焊锡膏区域102a的位置和轮廓分析，并将它们与预定的参数进行比较。处理器116的过程控制部分212被用来将焊锡膏区域102a的图像中的任何图形失真减到最少。接下来讨论处理器116中各种功能中每种的执行情况。
过滤部分202在本发明的一个实施例中，处理器116的过滤部分202利用图4B中所示的拉普拉斯过滤器202B执行图像过滤。该拉普拉斯过滤器202B包括拉普拉斯算子。该拉普拉斯算子实质上是亮度的线性二阶导数的近似值。算子加亮了图像的点、线和边缘，并抑制了图像中均匀并平滑的可变区域。在一个实施例中，用图5A中所示的3乘3矩阵来表示该拉普拉斯算子。称作影响函数核的3乘3矩阵的中心象素的值等于-4，其含义是将图像105a的中心象素的亮度值乘以-4。在拉普拉斯影响函数核中，在中心象素的上面和下面的边上四个邻点的值都等于1。因此，图像105a中与中心象素最接近的四个邻点的亮度级被乘以1。典型地，在相对于中心象素的北、东、南和西四个方向上设置四个邻点。但是，也可以采用其它的方位(如图8A-8H中所示的)。
函数核中指定的象素被乘以对应的核系数，然后加在一起。请注意，在这个实施例中，拉普拉斯核系数的总和等于零。因此，在图像105a中亮度均匀的区域中，或者在图像105a中亮度呈梯度均匀变化的区域中，应用这种影响函数核的结果是将灰度级减小到零。但是，当出现不连续的情况，例如出现点、线或边缘时，根据不连续区域中中心点的位置该拉普拉斯函数核的结果可能不为零。
因为图像105a可以被分成几百万个象素，并且本发明的方法是要将每个象素都与它的邻点进行比较，所以可能影响到处理器的速度。但是，在本发明的一个实施例中，提供了一种选择方法来提高检查系统工作的速度，即通过减少采集和处理图像的时间来实现。具体地，可以选择一种填充系数选项来只产生衬底102中部分被处理过的图像。该填充系数是一乘数，其可用作subsequent blob-type算子来达到计算过的衬底102的图像的等效面积。
由过滤部分202执行的图像过滤法进一步包括锐化步骤。通过图4B中所示的锐化过滤器202A来实现该锐化步骤。锐化过滤器202A通过局部地增加不连续区域的对比度来改善图像105a。该锐化过滤器可以被描述成特定类型的拉普拉斯过滤器。如所提到的，拉普拉斯算子是亮度(B)在x和y方向上的线性二阶导数的近似值，用下面的等式来表示2B≡2B/x2+2B/y2.(1.0)上面的等式(1.0)是旋转的不变量，因此对不连续区域存在的方向不敏感。拉普拉斯算子的影响是加亮了图像105a中的点、线和边缘，并抑制了均匀平滑的可变区域。通过它本身，该拉普拉斯图像不容易进行说明。但是，通过将拉普拉斯改进和初始图像105a组合在一起，就恢复了整个的灰度标变化。这种技术也通过增加不连续区域的对比度来锐化了图像。
图5B中示出了用在本发明的一个实施例中用以局部地增加对比度的锐化过滤器202A的锐化函数核。注意，该锐化函数核的中心值是5。在本发明的另一个实施例中，中心值是-5，并且北、东、南和西四个邻点都乘以1。
也称作锐化算子的锐化函数核提高了在图像105a的边缘产生的对比度。在两个不同的说明中可找到对于该过程的合理说明。首先，图像中的污点可以被模式化成一扩散过程，其遵循下述偏微分等式f/t＝κ2f，(1.2)
其中污点函数是f(x，y，t)，t是时间，κ是常数。如果利用时间τ的泰勒级数展开来近似该等式(1.2)，则可以如下式来表示没有污点图像的亮度B(x，y)＝f(x，y，t)-τf/t+0.5τ22f/t2-....(1.4)如果忽略高阶项，则等式(1.4)变为B＝f-κ2f.(1.6)因此，可以通过从带污点的图像f中提取拉普拉斯算子(乘以一常数)来恢复没有污点的图像的亮度B。
利用傅立叶分析法来描述拉普拉斯算子的作用可以找到对于该过程的第二种合理说明，其中该傅立叶分析法作为高通过滤器包括图像亮度的高和低频率成分。在该方案中，用低通过滤器来描述平滑函数核。该低通过滤器滤掉了与噪声有关的高频变量，该噪声可以导致相邻象素的亮度发生改变。相反，高通过滤器允许这些高频成分保留下来(通过过滤器)，而滤掉与亮度上的整个渐进变化相对应的低频成分。
因此，由处理器116的过滤部分202执行的图像过滤法包括平滑步骤。利用图4B中所示的平滑过滤器202C来实现该平滑步骤。平滑过滤器202C被用来减小与图像105a有关的信噪比。主要地，平滑步骤执行空间平均化。空间平均化将图像105a的每个小区域中的象素亮度值都加在一起，并除以相邻象素的数量，然后利用结果值来构造新的图像。
在本发明的一个实施例中，图5C示出了用到的平滑算子。在这个实施例中，在平滑函数核中中心和相邻象素的值都等于1。这里利用平滑法来平均结构相似的区域，以通过后面的阈值算子来将其分开。
平滑算子可以减小图像中的最大值，并增大图像中的最小值。根据亮象素与暗象素的比，可以随着平滑的应用使得到的图像变亮或变暗。应用数量上没有限制的平滑算子将最终导致图像仅具有一个灰度级。在这个实施例中，暗象素(指低频成分)更普遍，所以不除以9，也即所用到的象素的数量，而是将得到的和除以8，以在每次应用或通过之后通过系数1.125来有效地提高平滑后的图像，以使得对于后面的阈值算子来提高对比度和亮度。这也通过允许进行相对更快的3位移位操作而不是进行数字上等效但相对更慢的除以8的除法来提高了处理速度。在这个实施例中，典型地，在进行了六次如上所述的平滑应用或通过之后可观察到最好的结果。
在本发明的另一个实施例中，可以通过执行函数核运算来减小信噪比。该函数核运算是空间平均化法，其通过用每个象素和它邻点的平均值来代替该象素来执行。在本发明的一个实施例中，计算机程序执行该函数核运算，并利用锐化算子、拉普拉斯算子和平滑算子来计算上述图像形态。
采集部分206在本发明的一个实施例中，处理器116包括采集部分206，其提供用来观察或采集图像105a的自动增益和偏差(AGO)。通常，可以应用任意一种用以调整或提高实时图像105或存储的图像105a的亮度、对比度或整体质量，或者图像105a的一部分的装置。这种提高可包括但并不限于点亮结构、利用滤光片、空间滤光片、偏光镜或包括它们的组合的任何方法。该提高可进一步包括图像105a中象素的软件处理，以提供对像差、晕光和照明的光学校正。
图6示出了流程图500，其描述了在本发明的一个实施例中的处理器116的采集部分206。由流程图500描述的步骤可以通过处理器116中的软件、硬件或硬件和软件的组合来实现。参考图6，可在步骤502中手动或自动地设定系统参数，其中系统故障参数可包括使用的照相机104的类型和各末尾位置的输入电压。末尾位置指图像105a的亮度柱状图中左侧(最暗)和右侧(最亮)末端或末尾。
步骤504采集初始图像105，并在步骤506中限定出用于分析图像的采样窗。可以手动或自动地限定出该采样窗，并且该采样窗是用于在步骤508和514中执行的计算的图像数据源。步骤508计算所需的增益和偏差，用以将图像105a的左侧和右侧末尾移到预定的位置。步骤510根据在步骤508中计算得到的信息执行第二次采集，以调整并改进用于下一次运算的图像数据的柱状图分布。在本发明的一个实施例中，步骤510还执行线性扩展和移位，以进一步提高图像105a的图像亮度和对比度。
在本发明的一个实施例中，实验结果表明，当利用配备有典型的可编程模数转换器(ADC)的8位视频装置和视频帧接收器时，可以如下面的表1和2中所示来设定初始限度
表1用于自动增益和偏差函数的初始ADC指令值表1示出了初始8位ADC指令值，典型地，当数字化时，该指令值使标准视频输入电平的整个范围完整地覆盖了8位ADC输出范围而不会被限幅。注意，对于从0(或7.5IRE)到255(或100IRE)的灰度标范围，其中100IRE等于0.714伏，用于偏差和增益的初始指令值分别是16和127。
下面的表2示出了用来控制ADC硬件的输入部分的指令值的最大和最小值范围。还示出了根据典型的引入的视频信号和期望的信号范围的信噪性能的调整限度。
表2ADC指令值范围和用于自动增益和偏差函数的限度下面的表3示出了自动增益和偏差(AGO)函数所使用的典型目标末尾位置，用以确定ADC增益和偏差的指令值，当下一次采集应用时，该指令值可限制相似区域的末尾或者与目标值有关的特征。
表3用于自动增益和偏差函数的初始目标参数通常，选择的目标值优化了与特定图像处理任务有关的区域或特征。在步骤508中，AGO函数利用表3中示出的末尾位置63和191以在不用考虑其它没有膏的图像数据的正确性的情况下改进焊锡膏区域。可供选择的，表3中所示的末尾位置15和240可被用来提供完整的正确图像数据，并允许下一次采集的末尾可稍作偏移，而不会由于在每个8位灰度标的末端进行限幅而有损失。
在本发明的一个实施例中，步骤508包括限幅范围检测、警告以及用于RS170/NTSC信号电压的校正法，该信号电压大约超过120±3IRE，或0.835到0.878伏。处理器116自动地调整采集参数，以使得信号电压保持在额定工作范围内。
典型的RS170/NTSC照相机的输出信号限幅电平设定为120±3IRE，或近似为0.835到0.878伏，其中100IRE等于0.714伏。如果电压超过限幅范围，则发送表示已经达到饱和或类型情况的警告信息。如果电压在限幅范围以下，则该方法进行到步骤510。步骤510管理最新计算得到的参数，以获得用于进一步处理的改进了的图像105a。步骤512再一次调用在步骤506中限定出的采样窗坐标，并将它们应用到在步骤510中采集到的新图像上。步骤514针对新的采样窗执行基于AGO函数的统计，用以确定最优的运行期采集和处理参数。本发明的这种方法确保了在运行期采集的图像的膏区域内形成相似的统计特征值。
在步骤516中，本发明的方法确定预先运行期的采集参数是否落在预定的硬件和软件限度内。在步骤516中还确定包括有函数核几何结构和有效的采样率的处理参数是否被最优化，用以提供性能的最大值。如果没有，则在步骤518中调整合适的系统参数，并在步骤510插入新的参数。然后重复步骤510到516。一旦确定了运行期参数，就在步骤520将它们存储在存储器中，并且本发明的该方法终止。
图7A-7B示出了处理器116的部分206中AGO效果的柱状图。参考图7A，其示出了其上沉积有焊锡膏102的印刷电路板220的初始图像的柱状图。柱状图的x轴代表从0到255的灰度级，y轴代表在每个灰度级的图像象素的数量。图7B示出了具有改进了的膏对比度的同一个图像的柱状图。图7B还示出了大量限幅到255的没有膏的象素。在本发明的一个实施例中，在从0到255的灰度标级上(指8位灰度标)，初始图像的左侧末尾等于15，右侧末尾等于240。在本发明的另一个实施例中，步骤502允许处理器116自动地计算并设定初始采集参数，或者可供选择的，允许操作者来设定参数。在本发明的另一个实施例中，设定AGO的步骤(步骤502)允许操作者手动地设定采集参数，或者允许处理器116自动地计算并设定参数。
如上面提到的，步骤510采集新的图像105a，以根据在步骤508中计算得到的参数改进在这种情况下相关区域的焊锡膏。在本发明的一个实施例中，并且参考图7B，改进了的图像105a左侧末尾和右侧末尾的灰度级出现在15和255处。在本发明的一个实施例中，并参考图7B，当在步骤510中在图像105a上执行第二次通过时调整了的图像的左侧末尾和右侧末尾的灰度级出现在15和255处，用以根据在步骤508中计算得到的参数改进在这种情况下相关区域中的焊锡膏。通过处理器116的采集部分206执行的计算形成焊锡膏区域的线性扩展和移位，使得相关的焊锡膏区域出现在末尾63和191之间。图7B还示出了当应用在步骤508中计算得到的参数时由于对将超出255的值进行限幅而增加了的在灰度级255处的象素数量。
比较图7A和图7B，在指定为膏的面积内y轴高度的减小反映出重新分配了等量的超出更大灰度级的象素的膏。
分析部分210处理器116的定位器分析部分210被用来确定相对于预定的接触区域224的焊锡膏的位置。利用质心、污点技术、相关性和各种其它的搜索工具可以确定每个面积的坐标轴。利用污点技术和质心的处理是公知的，在John C.Russ的“The Image ProcessingHandbook，Second Edition”的第416-431、487-545页中，以及在Gerhard X.Ritter和Joseph N.Wilson的“Handbook of ComputerVision Algorthms in Image Algera”的第161-172页中都对其进行了讨论，它们作为参考被包含在本文中。
位置分析的结果被用来检测膏的存在、不存在以及对准情况，因此也检测了具有所希望的接触区域224的丝网16的对准情况。结果还提供了用于其它自适应性和校正处理控制测量的基础。在本发明的一个实施例中，由定位器部分210所提供的信息被用来修改分配器头118的工作参数。
焊锡膏图像的防混叠(处理控制部分212)处理器116的处理控制部分212被用来将焊锡膏区域102a的图像中任何的混叠减到最少。在得到沉积在衬底102上的焊锡膏区域102a的数字化图像105a时，要考虑只有焊锡膏结构识别时才存在的几种条件。具体地，在本发明的一个实施例中，这几种条件包括膏的颗粒尺寸以及在各种放大率下它对图像105a的质量所产生的影响。通常，只要采样率大于尼奎斯特频率就可以避免混叠。但是，当焊锡膏区域形成图像时，也可以在颗粒尺寸、焦距、放大率和CCD象素间隔之间不具备适当的关系的情况下出现混叠。在一个实施例中，本发明的结构识别法考虑下面的表4中所示的四类焊锡膏。
表4所用的焊锡膏的类型和各种颗粒尺寸通常，不同类型焊锡膏的颗粒尺寸经常改变。表4列举了与各种类型的焊锡膏有关的额定颗粒尺寸。在本发明的一个实施例中，颗粒尺寸的变化导致最小的放大率，用该最小放大率可通过CCD照相机104来有效地观察采样得到的焊锡膏沉积102a。
如果选择了一组系统放大率，使得在尼奎斯特限度内采样表4中所示的每种焊锡膏，则可以如下面的表5中所示形成兼容放大率表。
表5用于各类焊锡膏的兼容系统放大率，其中X表示可兼容的放大率，用微米(μm)和mils per pixel(mpp)示出系统放大率。
理论上，尼奎斯特限度是最高频率，或者在这种情况下的最小颗粒尺寸，其可在给定的系统放大率下被精确地采样到。尼奎斯特限度可被定义为采样率的一半。
如所讨论的，焊锡膏结构识别法依赖于唯一的邻点特征和在图像锐聚焦时的焊锡膏的统计。在本发明的一个实施例中，利用光学瞄准镜和图像硬件来精确地采样膏结构。在该实施例中，膏粒子的采样频率低于系统的尼奎斯特限度，以避免混叠。可供选择的，通常限定放大率，以使得不会丢失焊锡膏唯一的频率特性，其中限定出的混叠是可被接受的，这是因为得到的图像数据的特性，特别是在膏区域内的，可以被用来检测膏的迹象。
在本发明的一个实施例中，通过应用取决于核尺寸和形状的频率来在适当的放大率范围内使处理器116的性能最优化。可以根据膏粒子的空间频率来手动地或自动地选择与原始象素(通常为中心象素)具有适当距离的邻点象素。通过用这种方式调整处理核的几何结构，可调整有效的采样率以适用各种膏类型。在本发明的一个实施例中，传感器采样频率正比于在每毫米周期内测量到的对应象素的中心到中心的空间距离，可以精确采样的最高频率是传感器采样频率的一半。放大率也可被描述为用来采集或处理焊锡膏区域图像的象素分布模式的函数。
图8A-8H示出了用来在一区域识别焊锡膏沉积的各种象素分布模式。该象素分布模式表示用于膏结构间隔结构的采样核结构。用于放大率的象素分布模式取决于焊锡膏的颗粒尺寸。图8A-8B和8E-8F中，象素分布模式示出了接触的中心象素和相邻象素。图8C-8D和8G-8H中，示出了相隔各种间距的中心象素和相邻象素。间距是由中心在中心象素的圆的直径来表示的(用微米和毫英寸来表示)。半径对应于有效的象素间隔或者采样率。因此，直径表示尼奎斯特限度或最小理论膏颗粒尺寸，其可利用所示的核几何结构来有效地采样。用圆形相关区域的直径来表示间距(用毫英寸来表示)。在图8A-8D所示的本发明的一个实施例中，每个象素表示0.6621mils，圆形相关区域的直径从1.3242mils变化到3.7454mils。图8E-8H中，每个象素表示0.4797mils，圆形相关区域的直径从0.9594mils变化到2.7136mils。
核结构并不限定为图8A-8H中所示的那些，通常，需要在象素之间不具有连通性。
结构识别的实验结果如上所述，本发明的一个实施例使用对数字化图像的统计和形态运算的组合来从印刷电路板、丝网、晶片或任何衬底上的其它特征丰富的非膏面积中分开焊锡膏结构面积。图9A-9D示出了利用本发明的实施例的系统的结果。
图9A中所示的是印刷电路板802中没有饱和的新的图像数据，电路板802上具有焊锡膏面积804和没有膏的特征。新的图像示出轮廓明确的边缘806，其画出了通向接触区域810的电路轨迹808，以及轮廓明确的分开线812，其是接触区域的开始处。
图9B中，示出了利用本发明的方法处理了的图像的结果。该处理了的图像显示出图9A中没有看到的焊锡桥814。注意，用相关区域816中的白色区域表示图9A中所示的包括边缘806、轨迹808、接触区域810和分开线812的没有膏的特征，而用黑色表示焊锡膏区域818。由于在输出的图像中用黑色区域表示存在焊锡膏，所以没有完全黑或白的任何区域表示膏边缘或该位置不确定的某些其它区域的过渡区域。因此，灰度可量区域820提高了精确地反映小的膏沉积的位置和面积的能力，其中，在特定条件下，构成整个面积的较大百分比的边缘更能容许图像质量、亮度和对比度的变化。
图9C中示出的是同一个印刷电路板802中饱和了的新的图像，该电路板上具有焊锡膏面积804和没有膏的特征。新的图像示出了同样轮廓明确的边缘806，其画出了通向接触区域810的电路轨迹808。但是，图9A中所示的轮廓明确的分开线812以及轨迹808和接触衬垫810的灰度级表示在图9C中都是难分辨的。图9C还示出了在前面的任何图像中都没有观察到的印刷电路板上的污点822。
图9D是利用本发明的方法处理了的饱和了的新图像。图9D中所示的处理了的图像显示出一焊锡桥814。图9D中用白色示出没有膏的特征816，用黑色示出灰度不确定的膏边缘820和面积以及焊锡膏区域818，并表示检测了100％的焊锡膏的面积。注意，当应用本发明的方法时忽略了衬底上包括图9C所示的污点822的没有焊锡膏的区域。灰度级是表示位于印刷电路板上非主要特征和焊锡膏沉积之间的区域的可量面积。灰度标信息允许成比例地计算边缘象素和任何不确定的面积。因此，可量的灰度面积传送了比黑或白二进制图像更多的信息给关心焊锡膏接触区域质量的观察者。
图10A-10C和图11A-11C提供了来自应用了本发明实施例的系统的图像的比较。图11A示出了除了饱和外与图10A相同的新的图像。利用本发明的方法处理新的图像。通过应用单阈值技术可将处理了的图像变为二进制的，即黑色或白色，或者通过应用双阈值技术，处理了的图像可具有可量的灰度范围。如前面描述的，双阈值使得可以适当地说明在膏边缘和其它不确定的面积处的过渡区域。因此，本发明的方法提高了质量控制软件程序的能力，用以精确地反映边缘构成整个面积的较大百分比的小膏沉积的面积，并且本发明的方法更能容许图像质量、亮度和对比度的变化。
图10A-10C示出了一连串球栅阵列(BGA)图像，用于当对图像执行单和双阈值处理时没有饱和的新图像之间的比较。图10A示出了未饱和的未被处理的新的BGA图像102，以及预定接触衬垫1004的阵列。图10B示出了对图10A中所示的新BGA图像执行单阈值处理的结果。图10C示出了对图10A所示的新BGA图像利用可量灰度级执行双阈值处理的结果。不确定的边缘和区域处于灰度阴影中。一个不确定的区域出现在1006处。
图11A-11C示出了一连串BGA图像，用于当对图像执行单阈值处理和双阈值处理时与饱和的新BGA图像102进行比较。图11A-11C还作为来自球栅阵列(BGA)的图像的比较，其来自利用了饱和的本发明实施例的系统。图11A示出了预定接触衬垫1004的阵列，以及饱和的未处理新BGA图像1002。图11B示出了对图11A的新BGA图像1002执行单阈值处理的结果。图11C示出了对图11A的新BGA图像利用可量灰度级执行双阈值处理的结果。不确定的边缘和区域处于灰度阴影中。相同的不确定区域1006出现在图10C和图11C中。
图10B-C和图11B-C示出了本发明的方法能容许没有膏的特征中显著的图像亮度和对比度的变化，该没有膏的特征包括非线性亮度变化和由于没有膏的特征的饱和或落下而导致的数据的丢失。
图12示出了利用本发明实施例的系统平滑后的结果的柱状图1200。该柱状图被分成三个区域没有膏的区域1202、过渡区域1204和焊锡膏区域1206。柱状图1200示出了对应于平滑图像中的结构的象素亮度的分布。在一个实施例中，平滑的图像将膏表示为白色，而没有膏的区域表示为黑色。因此，膏象素1206主要在柱状图的右端，而没有膏的象素1202主要在左端。对应于图像中边缘的过渡象素1204示出在膏和没有膏的区域之间的区域内。在本发明的另一个实施例中，平滑图像被颠倒为将膏表示为黑色，而没有膏的区域表示为白色。
桥检测方法图13是现有技术中用于检查沉积在衬底上的焊锡膏的处理的流程图。作为初始步骤，如通过面积或行扫描照相机采集板部分的图像(步骤1300)。图14是图13的步骤1300中采集到的图像的说明性例子。图14是焊锡膏的灰度标图像。处理步骤1300中采集到的图像，使得更容易识别用膏覆盖住的板的区域(步骤1310)。例如，对图像执行膏检测(也称作膏识别)处理，以从产生新的“膏只”图像(步骤1310和1330)的没有膏的特征(例如，导电衬垫、衬底)中分开焊锡膏。图15是根据应用到图14的图像的膏检测而加权了的膏只图像的说明性例子。不必在执行膏检测以确定膏沉积的数量、位置或重要性的过程中分析得到的图像。而是，可以利用分开处理(步骤1340)来分析膏只图像。
可以用许多种不同的技术来将焊锡膏从没有膏的信息中分开。一种公知的技术是阈值法，其可根据亮度或某些其它参数，如一类光的可见度，来将图像分成几个部分。选择单阈值(或亮度级)来形成表示膏和没有膏的区域的二进制图像。阈值技术将图像分割成几个相关区域，并移走所有其它的位于阈值以外而因此被认为不重要的区域。例如，荧光燃料可被加到焊锡膏中，以使得在特殊类型的光下只可看到膏。图16是UV可进入的荧光膏的红绿蓝(RGB)图像，图17是利用“单阈值”法来自“蓝”光信道的二进制膏只图像。双阈值法工作类似，但包括阈值之间亮度级的可量过渡区域，以更精确地说明边缘象素。双阈值法有时更优选于单阈值法，这是因为小的膏特征可以包含相对更多的边缘数据。
另一种公知的用于膏检测的技术是图像减色。减色法通过从另一个图像中减去一个图像来形成“差别图像”。某些基于减色的膏检测法比较参考图像和新采集的图像之间的差别以检测膏。在某些情况下，在减色之前必须精确地记住这些图像，以将误差减到最小。可能需要相对更多数量的计算机存储器、数据检索和存储缓冲器容量来容纳这么多的参考图像。理想的是，一组完整的参考图像仅需要采集一次，但实际操作时，相同衬底之间存在的各种问题可能相反地影响了性能。为了避免这种问题，对于每个要进行检查的衬底可以采集新的参考图像，但这样大大减慢了处理速度，并可能不适合用在高速生产环境中。各种阈值和/或图像减色技术可包括使用用以形成局部解剖图像的激光压型和x射线技术。这些和其它方法能更好地从用于下一次分析的没有膏的区域中分开膏。
在阈值和图像减色法中可能出现的一个缺点是，焊锡膏的亮度级和背景可能会经常重叠。如果不可能避免，则这种重叠可使得很难有效地将焊锡膏图像从背景信息中分开。此外，在这种情况下不能很确定地确定膏沉积的面积和位置，这样就限制了统计过程控制(SPC)数据和自适应性控制响应的值。
要识别印刷电路板上焊锡膏面积的一个原因是为了检测焊锡缺陷，如桥。在焊锡膏印刷操作中，术语“桥”可以指一种印刷缺陷，该印刷缺陷表现为一定量偏离的膏跨(或近似于跨)在了相邻衬垫之间的缝隙上，或者表现为一定量偏离的膏跨在衬垫之间的缝隙上超出了预定的限度。桥可以是主要的缺陷，因为在基本尺寸下，焊锡膏的桥可能不能在下一次回流操作中收回，导致在最终完成的装置中出现短路或其它相关的缺陷。桥并不是印刷和/或膏缺陷中唯一的类型。其它的缺陷，如过剩膏、质量差的印刷界限以及质量差的对准这些缺陷也可以增加类似缺陷，特别是“短路缺陷”，可能稍后在装配处理中出现在原始缺陷位置的可能性。
一种增加与焊锡膏沉积处理有关的产量的方法是在印刷操作之后立即检测印刷缺陷，并在放置电子元件之前撤掉有缺陷的电路板。这样能使得表面安装技术(SMT)制造商节省否则可能在装配有缺陷的电路板时所浪费掉的时间，并避免了代价很高的重复劳动。无论在任何特定场所是否发现了缺陷，都可以收集SPC数据，并将其用来在它们对处理构成威胁之前监控并校正所不希望有的趋势。
对桥、类桥特征和其它印刷缺陷的评价可以是一个没有什么很难的规则或限定的主观任务。对如“桥”、“类桥”、“太多膏”等印刷缺陷的主观描述可被看作是对印刷缺陷的主观描述。在不进行进一步技术评价的情况下，很难用任何或所有的这些主观描述来预言稍后在给定的处理中是否将出现缺陷，如与桥相关的缺陷，或者表明存在增加这种缺陷的可能性的处理倾向。
可以将某些公知的用来检测桥，如所谓的简单“污点”，的技术和“边界框”技术，以及桥检测技术，该技术仅依赖于相关区域(如，衬垫之间的缝隙)内膏的面积，应用到二进制“噪声”中，并可提供关于“盒”内或相关区域内的几何结构或实际的大量特征的很少的信息。而且，必须经常将缝隙内膏的限度设定得相对较高以避免故障检测。这些方法中没有一种可以始终如一地并可靠地检测在有效可防止的印刷过程控制中的部分桥或类桥倾向。
如上所述，焊锡膏结构识别法可用来检测在衬底上出现的特定缺陷，如桥。在焊锡膏印刷操作中，当相对轮廓明确的膏沉积跨(或近似于跨)在了衬垫之间的缝隙上时，或者当膏沉积超出了预定限度时，可出现桥或类桥特征。由于膏特征的跨接增加了跨过缝隙的可能性，因此要处理该特征。所谓“典型的”桥将跨接整个缝隙，但仅是跨接并不能保证相关的缺陷不会稍后出现的处理过程中。有时不完全的跨接可能同样麻烦或者同样开始。必须考虑其它的特征以测量对于处理该缺陷的真正影响。
尽管沿桥的部分可能较窄或“脆弱”，或者它的类桥结构较差，但可发现，桥在下一次回流操作中在某点出现的可能性取决于包含的膏的量、位置和几何结构。随着膏特征覆盖面积的增加，在缝隙上存在足够跨接时膏将导致的与桥相关的缺陷的可能性也增加了。
所谓“所弱的连接”的沿桥特征最薄的点可表明桥要断开并在下一次回流操作中回收的能力或趋势。如果沿桥的部分足够窄，则膏将断开并从该点回收的可能性可能比在该最窄的点保留有相对(或基本上)较宽的沉积的可能性更大。随着膏特征的宽度或“体积”的增加，膏特征可能导致与桥相关的缺陷的可能性也增加了，所提供的跨缝隙的足够的跨接以及形成桥的膏的量足够在下一次回流操作中维持它。
另一种印刷缺陷是所谓的“普通”印刷缺陷。不考虑缝隙的形状或位置，当膏的总量超过预定限度时就形成普通的印刷缺陷。当检测到普通印刷缺陷时，不需要确认实际的膏桥，也不需要进一步的缺陷特征，以决定衬底是否是有缺陷的。普通印刷缺陷情况通常指质量差的印刷、差对准、桥或所有这些情况，其增加了与桥相关的缺陷(例如短路)可能稍后在装配过程中在印刷缺陷的位置出现的可能性。对于普通缝隙内膏缺陷，对缝隙内的整个膏面积应用用户定义的限度。
对于许多普通SMT印刷缺陷的检测，以及对于在处理过程中对不希望有的倾向的校正，桥的精确检查可以是主要的工具。由于相对不重要的缝隙内膏面积可以提供跨缝隙的重要的桥结构，反之亦然，所以缝隙内膏和跨接测量都需要可靠地确定处理中类桥特征的真正重要性。
本发明的一个实施例提供了用于缝隙缺陷分析的系统和方法，其提供了可靠的缝隙内膏测量，并检测涉及表面安装技术(SMT)装配过程的类桥膏特征的主要几何结构和跨度。在一个实施例中，缝隙内膏的总量和跨缝隙上的类桥特征的有效跨度一起用来确定特定的膏特征将导致与桥相关的缺陷的可能性。
图18是根据本发明的一个实施例的印刷缺陷检测顺序的流程图。本发明可使用事实上以任何方式(步骤1800)采集到的图像，只要该图像适于(或者可适于)被分割成“膏只”图像(步骤1810)即可。图像可以是通常被称为“数字化”的图像。本文中也称作“处理过的图像”的膏只图像例如可以是二进制图像或者可以具有加权了的灰度级，以适合于说明在边缘和其它不确定面积的过渡区域。使用各种图像改进技术，包括所谓的“水准测量”或“场压扁作用”，可应用到第一级处理过程中的采集图像中以基本上提高得到的膏只图像的保真度。
在本发明的至少一个实施例中，膏只图像使用加权象素。使用加权象素值提高了本发明桥分析的能力，以精确地反映面积，因此，在特定条件下，边缘构成整个面积更大百分比的小膏沉积更可容许图像质量、亮度和对比度的微小变化。此外，使用加权象素值可得到更精确的桥检测结果，特别是在包含有相对少的象素或采样点的小缝隙面积内。在本发明的一个实施例中，可以使用预定的查表，如256项的查表，来有效地在运行期产生膏只图像1810的过程中对象素进行加权，而不需要很高的重复性、冗余、运行期数学运算。
经过前面描述的方法可以形成“膏只”图像，包括但并不限于对采集到的图像直接应用单或双阈值、图像减色技术和本文中描述的基于结构的分割技术。如前面所述的其它可用的用于形成膏只图像的技术包括使用UV染色改进膏、激光压型，使用干涉测量法以形成地形数据的2D表示法(即，“体积元素”图像或三维象素)，以及x射线技术。对于本领域的技术人员应理解的是，现在公知的许多方法以及将来为了形成分段的膏只图像而发展的许多方法都可用在本发明的至少一个实施例中。
再次参考图18，在膏只图像(步骤1810)内，限定出相关区域(步骤1820)。在一个实施例中，相关区域是希望知道其中沉积的物质的数量和特性的区域。例如，在PCB、晶片、丝网或类似衬底上，该相关区域可以是存在有不希望有的桥或类桥特征的衬垫或孔之间的缝隙。下面描述的图19A-19C和20A-20C说明了示出“相关区域”的运行期和膏只图像。
图19A-19C详细示出了根据本发明的实施例具有说明性特征的运行期图像，该说明性特征包括相关区域的例子。图19A-19C说明了放大了的焊锡膏1903中类桥特征1900的视图，以及几种典型的没有膏(板)的特征。图19A是放大了的图19B中所示的运行期图像第一部分的视图，图19C是放大了的图19B中的运行期图像第二部分的视图，包括类桥特征1900和焊锡膏1903。没有膏的特征例如包括空板1906、空轨迹1910、轨迹1910上的掩模1915和空衬垫1920。图19A和19B还说明了第一焊锡衬垫1925和第二焊锡衬垫1930之间的缝隙1920。在这个例子中，焊锡膏1903被移到第一焊锡衬垫1925的右侧，移进缝隙1920。
图20A-20C分别是图19A-19C中所示图像的对应的膏只视图。图20A-20C是根据本文中所述的基于结构法形成的膏只图像的说明性例子。如所提到的，基于结构的图像仅是多个适合的膏只图像的一个例子。图20中，可能的类桥特征1900是圆形的。
再次参考图18，在本发明的至少一个实施例中，图20B的膏只图像可用于步骤1810，图19A和20A中所示的缝隙相关区域1920可用于步骤1820。但是，在至少一个实施例中，可颠倒步骤1820和1810，也就是说，在采集到的图像中限度出相关区域，然后仅形成相关区域的膏只图像。这样做可节省处理时间。在本发明的至少一个实施例中，在不比需要包括在步骤1820中限定出的所有子区域大的区域上执行步骤1810的膏只转换。
在步骤1850中，在适当的分段膏只图像上使用投影和滑动平均法(参见图21和下面的相关讨论)，用以在特定的相关区域内基本上检测并分析主要的桥或类桥特征。此外，在步骤1827中设定用户定义的输入，其在图22中描述并进行相关讨论。这些用户定义的输入帮助测量衬垫上的膏(步骤1830)以及缝隙内的膏(步骤1840)的面积，并分析桥特征(步骤1850)。
主要参考图22，其是普通的方框图，说明了根据本发明的实施例实现的系统2200的输入和输出，并示出了几种用户定义的输入2210。这些包括缝隙2215内所允许的膏的最大量、桥检测系统2220的主观“灵敏性”设定以及跨缝隙2225的主要桥特征的最大可允许跨度。
缝隙2215内所允许的膏的最大量表示在取走一定量的膏以表明主要的印刷缺陷之前可在缝隙内的用户定义的膏的最大量。例如，其可以表示为额定缝隙面积的百分数，如55％意味着在出现缝隙内膏缺陷之前，膏最多可以覆盖到额定缝隙面积的55％。这些值纯粹是为了说明的目的。
在步骤2230中使用“灵敏度”设定2220来计算滑动平均窗(也叫做平滑核)的尺寸，并基本上确定平滑或过滤的程度，用以如后面所述应用到投影数据上。这样可使用户指定在用相对术语的跨度测量中要考虑的桥特征的最小宽度或“体积”，并且是优选地。可供选择的，用户可用更直接的单位提出“灵敏度”，包括象素、毫英寸和微米。在本文中所述的本发明的实施例中，用象素，如5个象素宽、10个象素宽等，来测量平滑核2230的宽度以及要考虑成桥特征的特征的最小宽度。这些值纯粹是为了说明的目的，当然，可以根据所希望的桥检测灵敏度的水平来改变。
跨缝隙2225的主要桥特征的最大可允许跨度表示用户定义的如桥特征的特征可延伸跨过相关区域如衬垫之间的缝隙的最大值。例如，这可以表示成缝隙的百分数，如缝隙宽度(或长度)的70％，其方向与“桥”的轴平行。这个值也纯粹是为了说明的目的。
滑动平均窗2230的尺寸是一维平滑核的尺寸，其用在本发明的至少一个实施例中，用以平滑缝隙的投影值。这提供了沿投影在每个点处的定位平均值，同时移走对应的对于处理被认为是不重要的特征细节的水平。本文中进一步描述该特征。作为一个例子，可用象素，如5个象素，来测量滑动平均窗的尺寸。在至少一个实施例中，滑动平均窗2230的尺寸至少部分取决于被认为是主要桥特征的特征的最小宽度。用相对性术语(例如，低、中等、高)表示步骤2220的灵敏度设定，其在步骤2230中用象素基本上确定了滑动平均的宽度。
再次参考图18，步骤1830中对衬垫上膏面积的测量是直接测量绕衬垫在稍微放大了的相关区域内找到的膏的量。这是2维表面积测量，对于本领域的技术人员是公知的，并与普通的缝隙内膏面积测量相似。衬垫上膏面积的测量最简单，并且是现有技术中被最普遍地应用于膏检查。它被包括在本文中作为优选操作模式的一部分，这是因为它分享了同一个膏只图像，并可与在本发明中描述的缝隙面积和桥分析一起使用用以提供一组更全面的数据来控制印刷处理。另外，相关区域内衬垫上膏面积的测量(步骤1830)与普通的缝隙内膏面积测量(步骤1840)和桥特征测量(步骤1850)相互独立。缝隙内膏面积的测量(步骤1840)与缝隙2215内所允许的膏的最大量的用户定义输入值相比较。这样，利用步骤1830和1840来帮助检测相关区域内普通的印刷缺陷(前面所描述的)。如果检测到普通的印刷缺陷，则可以立即拒绝该被检查的衬底。
在步骤1850中分析相关区域内的桥特征。图21是根据本发明用于步骤1850的桥特征分析处理的流程图。图21中，为了评价类桥特征的重要性，将相关区域放到一对正交坐标轴中(步骤2100)，使得首先膏只图像可投影到相关区域的一个坐标轴上。例如，图23A-23C是根据本发明的实施例处理了的缝隙(该缝隙被定义为仅用于说明目的的相关区域)内焊锡膏的第一种说明性的运行期图像、膏只图像和投影的膏只图像的图表。图23A是相关区域的说明性例子，其是缝隙内膏的“运行期”图像(其例如对应于图18的步骤1800，紧接着是图18的步骤1820)。图23B是图23A的运行期图像的膏只图像。这是滑动或移动的平均。通过利用专用核尺寸平滑初始的投影值而形成了新的阵列。该得到的值表示沿缝隙在每个点的膏的有效跨度。
注意，在图23B中，在步骤2215中将缝隙内膏的覆盖率确定为45％。
再次参考图21和图23A-C，图23C是一个图表，其X和Y轴对应于缝隙区域象素的维数。Y轴典型地对应于缝隙长的“非桥”轴，X轴对应于缝隙的“桥”或“跨度”轴。当然，根据“桥”轴，也可以将这些轴颠倒过来。在步骤2110中，相关区域内的膏被转换成一维阵列2305，其有效地与缝隙的一个轴对准，并正交于跨度或“桥”轴。在一个实施例中，通过通常被本领域的技术人员所公知的沿相关区域的一个轴的简单的象素数据“投影”来形成该一维阵列。例如，在图23B中可看到，沿缝隙的长度，在Y轴上约38的位置处，跨缝隙的所有象素的跨度被加在了一起。将该总数除以255，即最大的8位灰度级，以得到一个沿该Y轴的在此位置处象素的等效跨度。该值被画在图23C中X轴大约12个象素跨度的缝隙内的点上，或者跨16个象素宽缝隙的大约75％处。
然后平滑该一维阵列2305或投影，以过滤出由相对较弱或不重要的桥式几何结构形成的小的不规则性。平滑处理使数据点被用它们的邻点以时间串或象素图像进行了平均，以减小或“弄污”锐化边缘和新数据中突然的过渡。在一个实施例中，通过对新投影的数据进行滑动平均2310(具有通过用户定义/指定的参数确定的尺寸，参见图22)来执行平滑步骤2120，以在沿投影的点得到平滑的等效跨度。该滑动平均是一种有效的一维平滑核。平滑的程度取决于核的尺寸，并类似于主要桥或类桥特征的最小宽度。但是，平滑核的尺寸不必与主要桥或类桥特征的最小宽度一样。图23中的例子使用5个象素的滑动平均或平滑核。将任意5个连续的投影项的平均值看作矩形的一个边，而将平滑核的尺寸或者5看作是另一个边，这样可得到矩形2310，以表示沿相关区域的长度在每个点的功能上等效的桥特征。平滑后的结果表示沿缝隙长度的这些“瞬间”桥特征的有效跨度，并且这些在步骤2140中(图21)校验的表示为整个缝隙宽度的百分比的值接近用户定义的限度2225(图22)。
例如，在图23C中，滑动平均2310具有用于指定的5个象素宽度，其与桥特征的最小宽度相同。沿投影数据的一维阵列相对于图23C所示的图像从顶部到底部方向通过滑动平均2310(当然，方向也可以相反，并且如果缝隙的投影是垂直的，则滑动平均可以从右侧通过到左侧或从左侧通过到右侧)。与平滑结果和其他用户指定的信息一起用在滑动平均中的元素的数量(平滑核的尺寸)使得能够沿缝隙的长度对特征的面积和主要几何结构进行功能性评估。
再次参考图21，在步骤2140中，首先定位平滑的一维阵列的最大值。然后可将同样是用户指定的预定阈值(参见图22的2225和图23C的图示2320)应用到该最大值以确定任意特征是否“满足”或超过这些限度，如果是这样，则根据定义检测类桥缺陷。例如，在图23C中，应用阈值以确定平滑投影的任意部分是否超过用户定义的限度2320，或缝隙的70％。在这个例子中，发现有5个平滑值或“采样数”2330大于阈值2320，为了说明，用与2310相似的条标记其位置。当然，图23C中所示的阈值和滑动平滑宽度(用象素表示)纯粹是为了说明的目的，也可用其他的数。根据阈值的应用，识别出可能的桥和/或类桥特征(步骤2140)，并返回到图18的步骤1850。
图24和25提供了本发明实施例的其他的例子，其示出了如图21中所述的平滑和阈值的应用。图24A-24D分别是根据本发明的实施例处理了的缝隙内焊锡膏的第二种说明性的运行期、膏只、相关区域和投影的膏只图像数据的图表。图24D中，所用的滑动平均是10个象素，图24D中的双线2410示出了进行平滑后的一维阵列2405的图表。在图24D中看到，单个特征满足根据定义进行分类的作为“类桥”缺陷的要求，其中最大平滑值大约用户定义的限度。
图25A-25C是根据本发明的实施例处理了的缝隙内焊锡膏的第三种说明性的运行期、膏只和投影的膏只图像。图25C中，桥或类桥特征的最小宽度是10个象素，用户定义的阈值是70％。这些用户定义的参数与图24中的相同。在图25A和25B中可看到相对真实的焊锡桥。图25C中，滑动平均超出了用户定义的阈值，因此超过了在70％阈值线时缝隙相对较大的长度。尽管只需要一个最大值来表明存在类桥缺陷，但这个图表已经说明存在较严重的类桥缺陷，其许多平滑值都超过了阈值。
在本发明的至少一个实施例中，可以修改滑动平均来提供相似的滑动均方根(RMS)输出，其中，计算局部平均数(滑动平均)之前，计算沿投影的数据点的平方值。这些“均方值”的“根”基本上与简单的滑动平均值相同。但是，滑动平均可能更有利，这是因为它需要最少量的计算。
再次主要参考图18，在完成步骤1850的分析之后，可以将该结果与预定的(如用户定义的)处理限度进行比较(步骤1860)，为了针对丝网印刷/焊锡膏放置处理进行可能的修改而存储得到的数据(步骤1870)。无论是否超过处理限度或者是否在任何特定地点反映出缺陷，都可以对数据进行适当地过滤，并为了有效地控制印刷处理而用数据来监控次要的趋势(步骤1880)，这对本领域的技术人员是可以理解的。例如，在完成检查(例如给定衬底的检查)之后，可以存储在衬垫之间的缝隙内发现的膏的最小量、最大量和平均量。为了进行类桥特征的跨度测量，可以存储相同的测量值。这些数据不仅能够进行用于有效过程控制的趋势分析，还提供了根据历史性能和实际生产需要而优化调谐检测参数的手段。
在至少一个实施例中，图22的用户指定输入部分取决于衬底的特征，如缝隙尺寸、衬垫尺寸和衬垫位置的变化。例如，在图23、24和25的示例性实施例中，还可以看到，用户指定的桥/类桥特征的最小宽度可以根据如缝隙的长度和宽度以及用户指定的阈值而改变。这是因为如熔焊锡膏的物质的固有表面张力可以使焊锡膏“回收”，并且如果投影的宽度比缝隙的尺寸小则不会跨过缝隙，即使投影延伸超过了缝隙跨度的一半。因此，对于图25C中9个象素缝隙跨度的例子，指定了可能出现的桥/类桥特征的更大的最小宽度(即，10个象素)。所以，例如，可以允许具有9个象素宽度的特征延伸直到图25C的例子中的缝隙宽度的90％，这是因为焊锡膏的趋势是要回收而不是“桥”。
相反，对于图23C中示例性的缝隙跨度(即，16个象素)，桥特征的最小宽度是5个象素。在这个例子中，如果桥特征超过缝隙跨度的70％或更多，则不可能“回收”，而更可能是“桥”。
图26是说明图，其示出了根据本发明的实施例在缝隙尺寸上的衬垫尺寸发生变化时的影响，图27是说明图，其示出了根据本发明的实施例在缝隙尺寸上的衬垫位置发生变化时的影响。如图26和27所说明的，缝隙尺寸可以根据衬垫尺寸和衬垫位置而改变。因为至少本发明的某些实施例允许对于各种参数的用户指定的输入，这些参数如跨缝隙的主要桥特征的最大跨度、滑动平均窗的尺寸等(参见图22)，本发明的系统和方法有利的是在衬垫尺寸和位置改变时可快速地适应各种尺寸的衬底。
图28-30是有代表性的说明图，其示出了各种类型的桥和类桥特征，它们可利用本发明的一个实施例而被检测到。准确地画出了所有类桥特征，它们正好分别覆盖了图28、29和30中整个缝隙面积的6％、18％和36％，而不考虑它们的形状。只改变类桥特征的几何结构，来证明各种形状是如何影响后来在所谓“回流”的处理中将出现桥缺陷的可能性的，其中加热焊锡膏以呈熔化状态，这样能够通过表面张力重新分配焊锡沉积。当然，自然产生的类桥特征的形状将更随意，但它们将均分更多的在这些说明中示出的基本特性。在接下来的段落中仅详细描述了图28，相同的描述同样适用于图29和30中相同的图。
图28中，标记2800表示类桥膏特征，其延伸了两个相邻衬垫沉积之间的缝隙的整个跨度，使它们相互接触，它可称为“典型的”桥几何结构。桥特征2802跨缝隙的整个跨度具有均匀的厚度，其任何部分都不可能在随后的回流操作中通过表面张力而断开并“回收”。在回流操作过程中，表面张力将产生“通过毛细作用带走”熔焊锡，即先前的焊锡膏，的趋势，使其朝向节点2804和2806向后，都倾向于加宽接点2804和2806，并使桥特征的中间变薄。事实上，在特定条件下，该特征可变得足够薄而断开并朝对应的“节点”2804和2806回收每个迁移部分。
如在本发明中所述的，通过投影数据的滑动平均产生的最大值取决于滑动平均的尺寸，即平滑核。在优选方法中，通过用户定义的“灵敏度”设定来确定滑动平均的尺寸。对于特定的核尺寸，或者给定的灵敏度，桥特征的尺寸和形状确定了平滑核将对投影数据以及平滑后的最大值产生多少影响。最大值可以被看作是至少具有足够“体积”或“功率”的特征的有效跨度，用以省去平滑运算。再次主要参考图24，在图24B中可看到实际的桥特征，其在相对尺寸和形状上与桥的例子2802相似，所以这里它将被用来示出实际上的形状形似的类桥特征的平滑效果。两种特征都跨缝隙的100％。图24D示出了在桥位置处的最大值大约为85％的平滑数据的图表。如果在这种85％的情况下最大的平滑跨度超过用户定义的限度，则该特征就认为是缺陷。
图28示出了均匀的桥特征2810，其在2814处仅与一个衬垫沉积接触。在这种情况下已经出现了“断开”2812，因此在2810中“回收”的可能性大于2800，这是因为表面张力仅集中在了一侧，从相对侧不会有反作用。注意，与衬垫沉积接触的点2814稍微大于节点2804，因为需要在图28A-F中所示的所有桥的例子中都保持相同的6％的缝隙覆盖率。由于给定了的相同的桥的“灵敏度”，平滑2810的投影数据的效果将与前面的例子2800相似，这是因为它们具有基本上相同的均匀厚度，但有效跨度(即，最大平滑值)将比在前面例子中的更小。再次，如果最大平滑跨度大于用户定义的限度，则该特征就认为是缺陷。
图28中的标记2820也具有与2812相似的“断开”2822，只是其位于跨度的中间。
图28中的标记2830与标记2800相似的是是在缝隙的两侧都进行接触。这里主要的不同点是形状，其在缝隙一侧的接触范围2834更大，而在另一侧的接触点2836更小。点2836几乎不会提供“通过毛细作用带走”的趋势，而更大的范围2834将会提供。而且，根据对桥特征2832和2802的投影数据进行相似的平滑，三角形特征2832的有效跨度(最大平滑值)将小于均匀形状2802。有效跨度上的不同正确地反映了2802具有比2832更主要的桥潜力，尽管都必须要对照用户定义的跨度限度来检验这两种跨度，但相比于2802，特征2832不太可能被认为是缺陷。图29包括标记2900、2910、2920、2930、2940和2950。图30包括标记3000、3010、3020、3030、3040和3050。图29和30表示模式与图28中所示的基本上相同的类桥特征，只具有一个显著的不同点。图28中所示的所有桥特征都正好覆盖缝隙的6％，图29中的覆盖缝隙的18％，图30中的覆盖36％。根据利用相同的函数核对图28、29和30中类桥特征的投影数据进行的平滑，沉积更大的有效跨度将更大。而且，有效跨度中的不同准确地反映了相对更大的沉积比更小的沉积具有更主要的桥潜力，并且尽管必须要对照用户定义的跨度限度检验所有的情况，但更大的更可能被认为是缺陷。此外，也必须对照用户定义的限度检验普通的缝隙内膏的面积，并且尽管典型地对它们进行设定以收集也可具有主要桥潜力的总缺陷，但这里也是更大的沉积比更小的沉积更可能被认为是缺陷。
图31是可根据本发明的至少某些实施例检测到的其他类型丝网印刷/焊锡膏印刷缺陷的有代表性的说明图。图31中的标记3100示出了由于普通的质量差的膏对准而形成的普通的印刷缺陷。在这种情况下，反映出的缝隙内膏的值将随未对准程度的增加而升高，如反映出的跨缝隙的膏的跨度。图31中的标记3110示出严重未对准的效果。为了评估进一步的桥潜力，本发明将利用膏对准函数准确地评估相关桥缺陷的增加了的潜力。
图31中的标记3130和3140示出多种唯一的缺陷，其中跨度的长度和特征的形状确定了缺陷的潜力。在标记3130中，两种特征都延伸到了缝隙中间，尽管是从相对两侧延伸出来的，但覆盖了相同的缝隙面积。本发明的该方法对两种特征同时进行操作，如首先在图28中所示范的，矩形特征将在平滑操作后准确地产生最大的缝隙跨度。尽管最大跨度将更大，并在该例子中桥潜力将更大，但同理适用于图3140中相似的特征。
图31中的标记3120和3150分别示出了轻微和严重的过印刷。在两种情况下，接近缝隙中心的跨缝隙膏的有效跨度是最大的。只有在桥的方向上膏的累积效果才是最重要的。这样，用在本发明中的简单的投影和滑动平均法都根据所反映的有效跨度之间的差别能够准确地确定出比较3150比标记3120具有更大的桥潜力。而且，所反映的缝隙内膏的面积对于标记3150将比对于标记3120更大，这样，由于这个原因，标记3150将首先准确地表明缝隙内膏的缺陷。
图28-31以及相关的描述论证了用在本发明中用以根据用户定义的“灵敏度”参数来准确地评估膏沉积的有效“桥潜力”，以及用以根据用户定义的限度检测并认定可严重影响随后的处理的桥缺陷的方法。
可看到，用于如桥的缺陷的检测法在使用精确可靠的膏检测法以从背景中分开膏时更有用。有利的是，在本文和系列申请No.09/304,699中公开的基于结构的膏检测法可与本文中公开的桥分析技术组合在一起来提供与板装配处理相关的桥特性的有用可靠的测量。
在描述图中所说明的本发明的实施例时，为清楚起见使用了专用术语。但是，本发明并不限于所选择的这些专用术语，每个专用术语都至少包括采用相似方式以完成相似目的的等效的所有技术和功能。
如本领域的技术人员可认识到的，本文中所描述内容的各种变化、修改和其他实现方式对本领域的普通技术人员都是公知的，而不会脱离所要求的本发明的精神和范围。此外，实际上本文中所描述的本发明实施例的任何方面都可利用软件、硬件或硬件和软件的组合来实现。
应理解的是，在本申请的所有附图中，在某些情况下，多种系统元件或方法步骤都可表示为说明性的一种特定系统元件，而单个系统元件或方法步骤可表示为说明性的多种特定系统元件或方法步骤。应理解的是，示出的多种特定元件或步骤并不是要说明根据本发明实现的系统或方法必须要包括这些元件或步骤中的多个，也不是通过说明单个的元件或步骤而要将本发明限定到仅具有单个对应的元件和步骤的实施例中。此外，并不是要限定为特定的系统元件或方法所示出的元件或步骤的总数；本领域的技术人员将认识到，在某些情况下，可选择特定系统元件或方法步骤的数量，以满足特定的用户需要。
尽管用具有具体特定程度的优选形式描述并示出了本发明，但应理解的是，在不脱离如下文中所要求的本发明的精神和范围的情况下，可给出仅通过例子给出的优选形式新的公开方式，并对各部件的详细结构和组合以及设置方式作出各种改变。
权利要求
1.一种分析沉积到衬底上的物质的图像的方法，该图像包括多个象素，该方法包括限定出图像中的相关区域；将相关区域加到第一和第二正交坐标轴上，其中图像中的一组象素位于第一坐标轴；将相关区域内的象素转换成与第一坐标轴对准的一维阵列，并投影到第二坐标轴；以及将至少一种阈值应用到该一维阵列，该阈值至少部分基于预定的限度。
2.如权利要求1的方法，进一步包括平滑该一维阵列。
3.如权利要求2的方法，其中平滑包括指定相关区域中物质的最大量、平滑程度和沉积在衬底上的物质的最大量中至少一种。
4.如权利要求1的方法，其中转换包括对于沿第一坐标轴的每个象素，计算在相关区域内与沿该坐标轴对应的象素正交对准的所有象素的总和；以及将沿该坐标轴的每个象素的总和表示成与第二坐标轴正交的一维阵列。
5.如权利要求1的方法，进一步包括定位基本上接近相关区域的一个边缘的坐标轴，其中图像中的一组象素位于该坐标轴。
6.如权利要求1的方法，进一步包括评价该一维阵列，以确定在相关区域内是否存在某些特征。
7.如权利要求6的方法，其中特征包括缺陷、短路、类桥特征、桥、物质的过剩量、物质的偏离面积和物质质量差的面积。
8.如权利要求6的方法，进一步包括接收至少一个检测参数，该检测参数用于确定图像中的至少一种特征可稍后导致功能性缺陷的可能性。
9.如权利要求8的方法，其中根据该至少一个检测参数来完成评价步骤。
10.如权利要求9的方法，进一步包括对于相关区域中的每个特征，计算特征的面积和几何结构，至少部分利用检测参数和一维阵列来完成该计算。
11.如权利要求10的方法，进一步包括根据面积和几何结构来确定图像中的至少一种特征可稍后导致功能性缺陷的可能性。
12.如权利要求11的方法，进一步包括根据确定的图像中的至少一种特征可导致功能性缺陷的可能性来修改物质沉积在衬底上的处理过程。
13.如权利要求1的方法，其中衬底包括印刷电路板。
14.如权利要求1的方法，其中物质包括电子材料。
15.如权利要求1的方法，其中物质包括焊锡膏。
16.如权利要求1的方法，其中图像包括数字化的图像。
17.一种检查衬底的方法，该衬底具有沉积在其上的物质，该方法包括以下步骤将物质沉积到衬底上；采集衬底的图像；检测图像中结构的变化，用以确定衬底上物质的位置；限定出图像中的相关区域，该限定出的相关区域具有第一坐标轴，其中图像中的一组象素位于该坐标轴；对于沿该坐标轴的每个象素，计算在相关区域内与沿该坐标轴对应的象素正交对准的所有象素的总和；将沿该坐标轴的每个象素的总和表示成与该坐标轴正交的一维阵列；以及评价该一维阵列，以确定在相关区域内是否存在某些特征。
18.如权利要求17的方法，其中特征包括缺陷、短路、类桥特征、桥、物质的过剩量、物质的偏离面积和物质质量差的面积。
19.如权利要求17的方法，进一步包括接收至少一个检测参数，该检测参数用于确定相关区域中的至少一种特征可稍后导致功能性缺陷的可能性。
20.如权利要求19的方法，其中根据该至少一个检测参数来完成评价步骤。
21.如权利要求20的方法，进一步包括对于相关区域中的每个特征，计算特征的面积和几何结构，利用至少一个检测参数和一维阵列来完成该计算。
22.如权利要求21的方法，进一步包括根据面积和几何结构来确定图像中的至少一种特征可稍后导致功能性缺陷的可能性。
23.如权利要求17的方法，其中衬底是印刷电路板。
24.如权利要求17的方法，其中物质包括焊锡膏。
25.一种用于在衬底上的预定位置处分配焊锡膏的系统，包括在衬底上分配材料的分配器；用于维持分配器工作的控制器；和与控制器进行电通信的处理器，将该处理器编程为执行位于衬底上的焊锡膏沉积的基于结构的识别，限定焊锡膏图像内的相关区域，该限定出的相关区域具有第一坐标轴，其中图像中的一组象素位于该坐标轴；对于沿该坐标轴的每个象素，计算在相关区域内与沿该坐标轴对应的象素正交对准的所有象素的总和；将沿该坐标轴的每个象素的总和表示成与该坐标轴正交的一维阵列；以及评价该一维阵列，以确定在相关区域内是否存在某些缺陷。
26.如权利要求25的方法，其中衬底是电路板。
27.如权利要求25的方法，其中缺陷包括短路、桥、焊锡膏的过剩量、焊锡膏的偏离面积和衬底上焊锡膏质量差的面积。
28.如权利要求25的方法，其中将该处理器进一步编程为对于相关区域中的每个缺陷，利用检测参数和一维阵列计算缺陷的面积和几何结构。
29.一种检测沉积在衬底上的物质中的缺陷的方法，包括采集衬底的图像；检测图像中结构的变化，用以确定衬底上物质的位置；限定出图像中的相关区域，该限定出的相关区域具有第一坐标轴，其中图像中的一组象素位于该坐标轴；对于沿该坐标轴的每个象素，计算在相关区域内与沿该坐标轴对应的象素正交对准的所有象素的总和；将沿该坐标轴的每个象素的总和表示成与该坐标轴正交的一维阵列；以及评价该一维阵列，以确定在相关区域内是否存在某些缺陷。
30.如权利要求29的方法，其中物质包括焊锡膏。
31.如权利要求30的方法，其中缺陷包括焊锡桥、类桥特征或过剩膏特征中的至少一种。
32.如权利要求31的方法，其中衬底包括第一和第二衬垫，焊锡膏沉积到该第一和第二衬垫上，缺陷包括存在的跨第一和第二衬垫之间的距离的至少一部分的焊锡膏。
33.如权利要求32的方法，进一步包括应用一种规则以确定缺陷是否应被分类为焊锡桥。
全文摘要
一种分析沉积到衬底上的物质的图像的方法，该图像包括多个象素，该方法包括限定出图像中的相关区域，将相关区域加到第一和第二正交坐标轴上，其中图像中的一组象素位于第一坐标轴，将相关区域内的象素转换成与第一坐标轴对准的一维阵列，并投影到第二坐标轴，并将至少一种阈值应用到该一维阵列，该阈值至少部分基于预定的限度。
文档编号G06T1/00GK1947153SQ200480003322
公开日2007年4月11日 申请日期2004年12月10日 优先权日2003年12月12日
发明者戴维·P·普赖西 申请人:斯皮德莱技术公司