一种用于pcb板在线检测的结构光辅助双目测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及PCB在线自动质量检测技术中的视觉测试法领域，具体涉及一种用于 PCB板在线检测的结构光辅助双目测量方法。
【背景技术】
[0002] 印刷PCB作为电子产品的基础部件，是各种电器元器件的信息载体，在现代电子 设备中占重要的地位。随着时代变迁，电子设备的日益普及，国内外的PCB行业都在应势发 展，从生产加工到产品检修，提升每个环节的质量更是各商家的共识。
[0003]PCB结构复杂，质量直接影响产品的性能。为保证质量必须保证其线宽、线距、焊 盘等都满足设计要求。而PCB的生产工序繁多、在生产过程中存在很多不确定的因素，无法 保证每个成品都完整无缺。在生产加工过程中必须对PCB进行缺陷检测，尽早识别缺陷提 高产物合格率。PCB的常见的缺陷主要有短路、断路，目前的检测系统从技术上看可以分为 电器测试法（ElectricalTest)和视觉测试法（Vision-inspection)。两者原理不同，各有 优缺点。视觉测试是经由过程视觉查抄电子元件的特性以及印刷路线的特性找出缺陷。按 其操作方式又可细分为人工法和主动视觉检测法。视觉检测通常应用在生产过程的初期阶 段，可以更轻易侦测到导体间不准确但是只能检测用视觉可以看出的妨碍，对付短路或断 路之类的瑕疵只能用电器测试法来加以办理。
[0004]PCB主动视觉检测（A0I)基于光学原理，综合图像、计算机和自动控制等多种技 能，是自动化的检测设备，其检测的服从度，可靠性都高很多。对生产中碰到的缺陷进行检 测和处理，是较新的确认制造缺陷的方式。针对视觉检测技术，人眼这种原始的视觉检测手 腕相对于A0I，不但繁琐，劳动强度大，而且检测精度低，速度慢，最关键还无法消除主观的 测量误差，已无法全满足现代制造业快速发现的要求，近年来国内外学者对PCB的基于视 觉缺陷检测提出了不少算法，大都基于两个常识。一是利用待测PCB的全部信息，最直接的 将两张图像进行异或运算，将待测PCB的图像与标准图进行逐像素对比，差异则被视为缺 陷，具有算法简单、速度快并且易于用硬件实现的优点，但是它对光照和定位的要求高，另 外这种方法存在数据量大，缺陷分类难等难题；另外一种通过预先定义的法则，如线宽、线 距、焊点半径等特征值要求在设计的范围内，不符合设计准则的地方则视为存在缺陷。这种 检测思路无需标准PCB图，因此降低了存储空间，但是其边缘、特征点提取与测量算法相对 复杂，并且只能检测那些违反设计规则的缺陷，对于丢失孔、线条等缺陷无法检测。国外研 究基于这两种判断的多种组合手段，组成的PCB质量检测系统已经基本能完成常见缺陷的 检测，但其价格昂贵，操作方式也不符合国人的习惯导致无法充分发挥其功能，发生资源浪 费。
[0005] 国内这方面研究相对较晚。目前的算法复杂不能满足实时要求，自适性不够，系统 扩展能力差，经常出现漏检误判等问题，检测精度和效率不能满足当前电子信息产业飞速 发展的需求。因此国内的大部分中小企业还是由人工目测完成PCB的质量检测，虽然人眼 检测方法快速有效，适合小批量的生产但容易发生误检和漏检，因此PCB工业迫切需要研 制出自主知识产权的高效高精度低成本，适用于中小企业生产流水线上的PCB缺陷检测设 备，这对我国的电子信息产业发展有深远的意义。
[0006] 摄像测量有着悠久的历史，是一种非接触、被动、实时、高精度的测量方法。在三维 测量的应用中有着一套完整的理论，算法成熟。
【发明内容】
[0007] 本发明应用双目相机对PCB进行观测时克服了单张图像的局限性，且不需要使用 三维相机，避免了三维摄像机存在图像分辨率和成像质量较差的难题，实现三维表面缺陷 检测。因此这种基于双面阵相机的交会测量方法可以在简单的实验设备下对PCB进行在线 观测，具有设备的简单性、测量精度高的优点。
[0008] -种用于PCB板在线检测的结构光辅助双目测量方法，在结构光辅助下，由两台 摄像机构成双目摄像测量系统，在线标定摄像机，并由自适应投影结构光纹理来完善PCB 板表面纹理稀疏的区域，结合立体视觉，得到待检测电路板表面的三维结构，并最终用于实 时缺陷检测。
[0009] 本发明突出在于在线检测生产线两端布设标志控制点可以实时标定拍摄设备的 外参数，并在结构光的辅助下根据PCB表面的分布结构，构建自适应结构光纹理，以确保在 纹理稀疏的部位也能够准确的重建，最终达到PCB实时缺陷检测的目的。
[0010] 该在线检测系统包括图像采集、图像预处理、特征点匹配、三维测量解算环节，本 发明重点是以下几个问题做了研究。
[0011] (1)实验平台的总体设计 包括硬件和软件系统。硬件系统是支撑软件系统所能实现的基础，包括图像采集硬件 即双相机、投影光、控制点、计算机。
[0012] 1)在生产线测量平台上根据PCB表面纹理分布，提供自适应投影结构光，结构光 的形式为对应PCB板无纹理区域不满单像素间隔的国际象棋棋盘格，使得生产线上的PCB 在表面缺少或没有纹理的区域依然可以匹配，如图1。
[0013] 2)PCB生产线路的两侧安装标志点用于相机标定，计算机连接两个相机和投影仪， 进行采图、图像处理、交会计算、投影图案生成等设备结构设计如图2。
[0014] 3)软件系统是按缺陷检测系统的工作要求编写特定程序来实现它的功能，是整个 系统最关键的部分，各模块所需要的算法具体包括图像预处理、相机标定、特征点匹配、三 维测量等方面。
[0015] (2)双面阵相机的在线标定 立体标定是三维重建待检测的PCB的基础环节。本发明采用计算机视觉中成熟的立体 标定算法。事先标定双相机内参数，再利用生产线两侧固定的位置摆设的控制点与拍摄PCB 同时拍摄控制点，可以完成在线实时标定外参数，即两个像机之间的姿态参数R和T，完成 相对定向。
[0016] (3)本发明中采用最小二乘匹配算法配准PC