专利名称：一种基于大容量图像存储技术的电路板缺陷离线检测方法
技术领域：
本发明涉及印刷电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)生产工艺及质量保证 领域，特别是用于自动光学检测(Automatic Optical Inspection,简称AOI)设备的电 路板缺陷程式编辑、检测方法。
背景技术：
随着电子技术的不断发展和生产工艺的提高，印刷电路板(PCB)生产的自动化程度 越来越高，自动光学检测(AOI)设备巳经被普遍应用。AOI设备的主要功能是检测PCB 生产各阶段产生的缺陷从而保证产品质量。使用AOI设备进行缺陷检测首先需要工程师制作缺陷检测程式，该程式主要纪录需 要检测的PCB板上各元器件的物理位置和需要检测的内容(具体的程式格式和内容根据 AOI设备的设计厂家略有不同)，在程式制作完成后一般需要在AOI设备上进行联机调试， 调试完成后才能正式的应用到生产线上进行检测工作。编辑、调试缺陷检测程式在目前 的工业应用中主要有两种方式， 一种是在一台独立的AOI检测设备上进行，另一种是在 工业生产线的AOI设备上进行。这两种方式都有很突出的问题，AOI设备都相当昂贵，使 用一台专门的AOI设备进行程式的调试是很大的浪费，而使用生产线上的设备进行调试 必然带来整个生产线停止运行，从而影响生产线的效率。由于目前大多数PCB生产厂家 使用后一种方法进行程式的设计和调试，而整个设计和调试时间根据电路板的不同可能 长达数个小时，这会造成很大的生产进度拖延和设备浪费，因此如何尽可能的减少程式 制作和调试过程中的占线时间，成为PCB生产厂家最关心的问题。缺陷程式的离线编辑和调试是大多数AOI设备生产厂家所追求的方法，不过由于不 能很好的重现在线时的检测状态，目前的离线编辑和调试方法都没有能真正替代在线调 试应用到实际生产中。发明内容本发明使用独创的图像拼接和大容量图像存储技术，完全重现了 PCB在线时的检测 状态，使得工程师在离线的情况下通过个人电脑就可以获得和AOI设备上同样的调试效 果，最大的减少了制作、调试缺陷检测程式的占线时间，从而提高了生产效率。本发明通过如下步骤完成PCB缺陷的离线检测1)调节AOI设备到检测条件，拍摄待检测PCB板的各局域图像，并保存到本地计算机或者网络服务器上。本发明支持多种 常用的图像格式如bmp， jpg， tiff等。2)使用本发明推荐的图像拼接技术根据拍摄图 像的物理位置拼接成完整的图像，并使用本发明推荐的大容量图像保存格式，保存成TMAP 文件。3)使用离线AOI程式编辑系统打开保存的TMAP图像，在本地计算机上编辑缺陷 检测程式。4)使用离线AOI程式编辑系统基于TMAP图像调试设计的程式，模拟PCB板 的检测。优选地，所述步骤l)具体需要调节AOI设备的光源到PCB检测时的亮度； 进一步,使用面阵或者线阵的CCD相机拍摄PCB板的各局域图像并存储到本地计算机 或者网络服务器上。优选地，所述步骤2)具体是根据各局部图像的空间位置关系，使用基于图像相关的 方法，拼接成一个完整的PCB板的图像。进一步，按照TMAP图像的格式要求存储完整的PCB板图像。优选地，所述步骤3)具体的AOI程式编辑系统需要支持TMAP图像文件的浏览和程 式的制作。制作的程式的格式与在线AOI设备检测的格式相同。优选地，所述步骤4)具体的AOI程式编辑系统需要支持基于TMAP图像文件的电路 板缺陷检测模拟，即该系统通过提取TMAP图像的局部模拟AOI设备在线检测时获得的真 实PCB图像，进一步，通过运行与AOI在线检测相同的检测算法模拟在线检测的效果。 进一步根据模拟的结果调整程式中参数和设计。进一步，重复所述步骤3)和所述步骤4)直到达到可以应用于在线检测的程式。 通过以上的PCB缺陷的离线检测方法，工程师可以最少的占用PCB生产线上电路板 检测设备，在离线状态可以获得联机状态时完全相同的观察景象，从而显著的提高了 PCB 生产线上电路板检测设备的利用率，减少了制作缺陷检测程式的时间。
图1是本发明的步骤流程简图；图2是本发明实施实例中拍摄区域的相对位置示意图； 图3是本发明使用的TMAP文件的结构框图；图4是本发明在实施实例中打开、显示一个TMAP文件的步骤流程图； 图5是本发明在实施实例中详细的步骤流程图。
具体实施方式
本发明旨在提供一种实用的AOI离线缺陷程式编辑、检测系统，其核心思想是通过采 集实际在线检测状况下的PCB板局部区域图像，通过拼接算法将多个区域图像拼接成一整幅PCB板图像，并按TMAP方式存储，工程师通过在本地计算机上打开TMAP图像编辑、 调试用于在线的AOI缺陷检测程式。具体步骤如图l所示，可主要分为4步1) 拍摄电路板各区域的图像；2) 按空间位置关系拼接各区域的图像，存储为TMAP图像；3) 在离线状态下编辑电路板缺陷检查程式；4) 在离线状态下进行电路板缺陷检测。图2至图5表现了本发明一个优选实施例的主要步骤和方法，具体实施步骤如图5 所示，按以下方法实现。步骤S1:准备A0I设备，载入需要检测的PCB板。步骤S2:调整AOI系统的光学系统到实际检测状态，优选地，本实例具体为调整AOI 系统的照明光源强度和镜头放大倍数。步骤S3:通过移动AOI系统中的CCD相机逐区域的拍摄PCB板各部分图像。优选地， 拍摄的区域如图2所示，相邻的拍摄区域需要有一定的重叠以保证区域图像可以在下一 步进行精确的拼接。拍摄的各局部区域的图像可以被保存在本地计算机内。步骤S4:根据保存下来各局部区域图像的空间位置关系，拼接成一整幅图像，并存 储为TMAP图像以便以后浏览。优选地，本实例中使用基于图像相关的匹配算法拼接步骤 S3中保存的各局部图像。用于保存整幅图像的TMAP文件是用于大容量图像保存的文件存储格式，其文件结构 如图3所示。具体的该文件结构主要由以下三部分组成文件头(Header):文件头定义了 TMAP文件类型的全局信息，包括但不局限于以下内容图像文件格式说明，"TMAP";文件格式版本号；图像数据文件数目；图像基本信息图像大小、颜色、压縮方式、压縮比、最大倍率；图像图层(Layer)信息最大图层数目；图像图层间倍率关系；图像数据块(Tile)信息数据块大小；图像数据校验码；保留信息(用于数据结构升级)；原始图像信息(Image):原始图像信息定义了用于生成TMAP数据文件的原始图像数据信息，包括但不限于以 下内容Image编号；Image对应的位置信息；Image对应的数据文件编号；Image对应的放大倍率；Image对应的数据文件位置及偏移量；中间层图像块(Tile):中间层图像块定义了生成TMAP数据文件过程中自动产生的中间层数据块的信息，包 括但不限于以下内容 Tile编号；Tile对应的位置信息；Tile对应的数据文件编号；Tile对应的放大倍率；Tile对应的数据文件位置及偏移量。为了使得TMAP图像可以在任意放大倍数下进行快速浏览。该文件结构采用图层 (Layer)和图像块(Tile)结合的方式来存储图像数据。与传统的图像存储方式(按行 排列图像数据)不同，TMAP采用图像块(Tile)的方式来排列图像数据。其中的每一个 小方块就代表一个图像块(Tile)，这样做的好处是，用户在任意一个时间点上浏览图像， 只需要将用户所浏览区域的数据块(Tile)载入显示就可以了，而传统的图像存储方式 几乎需要载入整个图像数据，对于大容量数据来说几乎是无法完成的任务。步骤S5:在离线状态下，在本地计算机上使用离线的AOI编辑、检测软件打开步骤 S4中保存的TMAP文件，进行PCB缺陷程式的编辑。具体打开、浏览一个TMAP图像的方法如图4所示。当使用AOI程式编辑软件打开一 个TMAP文件时，首先需要根据TMAP文件的信息构建出软件需要使用的数据结构。在本 实施实例中，采用了一个固定数组来存储每个数据块(Tile)的信息。该数组中每个数 据成员的结构定义如下数据成员结构信息-图像块(Tile)的水平坐标；图像块(Tile)的垂直坐标；图像块(Tile)所对应的数据文件编号；图像块(Tile)所对应的数据文件位置；图像块(Tile)所对应的数据文件的偏移量；图像块(Tile)所对应的放大倍率；其中，图像块(Tile)的坐标由用户根据不同的坐标系统自己定义。由图3可以知道， TMAP文件结构本来就包括了图像各层数据块(Tile)的所有信息，因此，这些信息很容 易可以通过TMAP文件全部获得。此外，还可以从TMAP文件中获得该图像数据所支持的最大图层(Layer)数和每个图 层表示的倍率。初始化完图像数据之后，当用户浏览TMAP图像时，在任何一个时间点上，用户都在 以某个倍率浏览图像的某个区域。此时可以按照如图4所述步骤来确定需要载入的图像 数据。首先确定用户当前所选择的图像放大倍率；然后可以根据当前图像的放大倍率选择 TMAP文件结构中合适的图层(Layer)来读取数据，为了保证图像不失真，优选地，本实 例选择的图层倍率为高于当前图像放大倍率的最小图层(Layer);进一步，根据用户选 择的图像区域计算出该区域在原始图像上的坐标位置；进一步，清空当前状态下待解码 的图像块(Tile)队列，遍历所选图层(Layer)的图像块(Tile)，求出与需要显示的 区域有交集的图像块(Tile)，并解码当前图像块队列中的图像块；进一步，在用户界面 中显示解码图像。优选地，本实例通过多线程处理的方法进行解码和显示工作，通过调节线程优先级加 快图像浏览和显示速度。步骤S6:使用离线的AOI缺陷编辑、检测软件对步骤S5中制作的缺陷程式进行离线 检测。由于保存的TAMP图像完全再现了 AOI实际在线检测环境，所以检测结果应当与在 线检测结果一致。步骤S7:检査步骤S6生成的检测结果是否满足要求，如果不满足则返回步骤S5修 改缺陷程式，循环执行步骤S5至步骤S7直到步骤S6生成的检测结果满足要求。如果步 骤S6的结果满足要求则认为缺陷程式的编辑、调试工作结束。步骤S8:保存完成编辑、调试的缺陷程式，用于AOI系统的在线检测。综上所述，本发明主要是采用较佳的算法拼接了 AOI在线检测状态下的PCB板各局部 图像，并将整幅图像以TMAP的方式存储，这样保存了与在线检测状态相同的图像，通过 基于TMAP图像显示、浏览的离线AOI程式编辑、调试软件就可以完成AOI缺陷程式的编 辑、调试，从而最大的减小了调试工作的占线时间，提高了生产线的工作效率。以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并且因此使得本领域的技术人员 能够做出和使用本发明。但这仅仅是一个较佳的实施例，并非对本发明作任何形式上的 限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和 方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。
权利要求
1、一种基于大容量图像存储技术的电路板缺陷离线检测方法，该方法采集实际在线检测状况下的PCB板局部区域图像，通过图像拼接技术将多个局部区域图像拼接成一整幅PCB板图像，并存储在硬盘上，在本地计算机或者网络计算机上打开图像文件进行编辑、调试用于在线的自动光学检测AOI设备缺陷检测程式，实现对PCB板缺陷离线检测，该电路板缺陷离线检测方法包括步骤(1)调节AOI设备到检测条件，拍摄待检测PCB板的各局域图像，并保存到本地计算机或者网络服务器上；(2)使用图像拼接技术根据拍摄各局域图像的物理位置拼接成完整的图像，保存成在硬盘上；(3)使用离线AOI设备程式编辑系统打开保存的图像文件，在本地计算机上编辑缺陷检测程式；(4)使用离线AOI设备程式编辑系统程式，模拟PCB板的检测。
2、 根据权利要求1所述的电路板缺陷离线检测方法，其特征为所述调节AOI设 备到检测条件是指调节AOI设备的光源到PCB检测时的实际检测状态；使用面阵或者线 阵的CCD相机拍摄PCB板的各处局域图像。
3、 根据权利要求2所述的电路板缺陷离线检测方法，其特征为所述调节AOI设 备的光源具体为通过电压控制自动调整亮度的RGB三色LED光源。
4、 根据权利要求2所述的电路板缺陷离线检测方法，其特征为所述AOI设备的镜 头为可通过电机控制自动调整放大倍数的高精度镜头。
5、 根据权利要求1或2所述的电路板缺陷离线检测方法，其特征为所述拍摄的 各局域图像需要有一定的重叠以保证区域图像能够进行精确地拼接。
6、 根据权利要求1所述的电路板缺陷离线检测方法，其特征为根据各局域图像 的物理位置关系，使用基于图像拼接技术的匹配算法，拼接成一个完整的PCB板的图像；并存储完整的PCB板图像。
7、 根据权利要求l所述的电路板缺陷离线检测方法，其特征为在步骤(4)中，AOI设备程式编辑系统通过提取PCB板图像的局部模拟AOI设备在线检测时获得的真实 PCB图像，并通过运行与AOI设备在线检测相同的检测算法模拟在线检测的效果。
8、 根据权利要求1所述的电路板缺陷离线检测方法，其特征为当检测结果与在 线fe测结果一致时，认为所述离线检测的效果满足要求，如果检测接过不能满足要求， 重复步骤(3)和步骤(4)直到达到能够应用于在线检测的程式。
全文摘要
本发明公开了一种基于大容量图像存储技术的电路板缺陷离线检测方法。该方法包括以下几个步骤1)使用相机逐区域的拍摄需要检测的电路板，并保存每个局部区域的图像；2)使用图像拼接方法将多个单独区域的图像按其所拍摄区域的位置关系拼接成一幅完整的图像；3)使用离线电路板缺陷检测软件编辑电路板缺陷检测程式；4)使用离线电路板缺陷检测软件检测电路板缺陷。通过以上方法和技术，工程师可以最少的占用PCB生产线上电路板检测设备，在离线状态可以获得联机状态时完全相同的观察景象，从而显著的提高了PCB生产线上电路板检测设备的利用率，减少了制作缺陷检测程式的时间。
文档编号G01B11/00GK101334266SQ200810116850
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者刘明星, 李鹏杰, 郑众喜 申请人:北京优纳科技有限公司