基于自动光学检测技术的印刷电路板检孔装置

徐 渠

连云港广播电视大学 （连云港 222000）

印刷电路板，英文全称为“Printed Circuit Board”，简称为PCB，属于电子工业的重要组成部分之一，印刷电路板质量的好坏直接影响产品质量的高低。因此，人们必须要不断提高PCB检测手段，提高产品的品质。随着自动光学检测技术的快速发展，它在社会的应用越来越广泛，比如生物医学、多媒体技术、指纹比对等，为人们的生产生活提供了极大的便利。本文则主要从这种技术出发，研究印刷电路板检孔装置，从而有效推动PCB行业的良好发展。

1 研制PCB检测系统的必要性分析

1.1 适应社会发展的需要

随着社会的不断发展与进步，PCB行业快速发展起来，印刷电路板不论是在设计方面还是在加工水平方面，较之以前都有了很大的提升，比如其孔径已经达到0.2 mm至0.3 mm之间，层数已经达到46层以上。由此可见，当今的印刷电路板发展迅速。因此，社会对PCB的质量方面提出了更高的要求。但是，就目前的PCB检测手段来看，逐渐满足不了PCB行业的发展步伐，存在多方面的缺陷，比如在检测中存在很多人文因素，从而导致误差的出现等。因此，在这样的背景下，人们必须要加强研究，研制出能适应PCB行业发展要求的检测系统，弥补现有PCB检测手段的不足，从而适应社会的快速发展对PCB行业提出的要求。

1.2 提高PCB质量的需要

虽然目前PCB的发展已经到了一种高复杂性、高技术的阶段。但是，在印刷电路板的生产过程中，采用的检测手段主要两种，一种是人工目测，另外一种则是利用探针来手工操作完成。因此，在生产的过程中，人为因素的存在大大降低产品的品质，出现废品的概率比较高。电路板生产厂家一直致力于“怎样有效减少废品率，怎样进一步提高电路板的质量”这两个方面的内容。针对这种情况，人们就从提高PCB质量出发，研制出具有自动化监测手段的PCB检测系统，确保检测过程具有良好的精确度、自动化的控制效果，从而有效推动印刷电路板行业的良好发展。

2 PCB检测系统的设计

2.1 关键问题以及技术解决

2.1.1 成像系统所需要解决的问题

在这个装置中，为了有效提高检测效率，需要解决成像系统的问题，保障成像信息的效果。一般来讲，人们采用的成像器件有CIS成像器件、CCD成像器件。

2.1.2 整体结构设计

在这个装置中，主要的目的是检测电路板是否合格。首先，待测电路板由系统的传送前端来完成送入工作，然后再借助传送带的相关作用，将其送到中端的扫描部分，等完成扫描工作之后，再由传送后端将其送出，并且将其送到分拣轮组，与此同时，计算机上会对图像信息进行分析处理，判断被检测电路板是否合格，根据判断结果来控制分拣轮组的上下运动状态，这样就可以完成电路板的自动分拣，即将合格的电路板和不合格的电路板直接分开。

2.2 设计方案的实验

根据上文的整体结构设计方案，可以研制出一种印刷电路板视觉检测系统，以此来检测钻孔，具有以下几个方面的优点：第一，硬件结构比较简单，能够达到通信传输的高度集成化效果；其二，在软件算法方面，非常高效，易于操作。因此，这种装置的应用效果比较好。

在实验中，所用到的扫描皮带线的速度有两种，一种是每分钟7 m，另一种是每分钟5 m；采用的光源则属于大功率LED条形光源；CIS的分辨率的选择方面，则是400dpi。在上述条件下，对三种不同尺寸的PCB电路板进行检测，分别是长度为300 mm，宽度为150 mm的电路板；长宽均为300毫米的电路板，还有长宽皆为500 mm的电路板。最终的结果如表1所示。

表1 三种不同规格电路板的实验数据

根据表1的相关数据，我们可以看出，随着电路板尺寸的变大，所需要检测的孔数也就越多。因此，在检测的过程中，处理的时间也会相应增加。当电路板的孔数在150 000个以内时，时间的增长幅度比较小；当电路板的孔数在15 000个以后，处理时间的增长会大幅度上升。决定处理时间的因素有两个，一个是图像处理算法，另一个是硬件速度。由于孔的数量比较多，那么它在当前算法下，就会直接形成大量的数据，那么主机电脑的CPU在处理这些数据的时候，就会显得有些力不从心，处理时间相对来讲就比较长。但是，对于大多数PCB板来讲，这个装置基本可以满足速度要求。

3 关于PCB检测系统的改进建议

在本装置中，经过多次的样机研制，证明理科改装置具有很大的可行性。但是，根据相关的实验数据，再将其同国外相比，在产品的相关指标上还存在一定的距离。因此，为了有效提高装置的性能，需要加强研究，在以下几个方面加以改进。

(1)为了有效提高装置在采集图像中，可以获取更接近原稿的图像，在选用图像采集设备时，需要选择性能更高的设备，比如分辨率为1 200dpi的CIS成像器件，从而有效提高图像数据采集速率。

(3)在采集卡的选择方面，着重提高其性能，从而不仅可以有效满足采集速度相对比较快、采集处理具有良好稳定性等方面的要求之外，还要采取有力的手段，处理好最小采集单元的限制这方面的内容。

(3)在装置的使用中，为了有效提高识别率，还要不断加强研究，根据国内外的相关研究，建立一个识别理论模型，达到甚至超越国内外的指标，从而有效提高产品的质量。

(4)为了进一步提高装置的应用效果，还需要参照识别新模型的具体要求，在原理样机的基础上，进一步修改、补充装置中的一些硬件和软件，从而不断完善装置中的性能，实现机敏阀值识别新技术，使其具有良好的灵活性，提高装置的性能。

4 结语

综上所述，基于自动光学检测技术的印刷电路板检孔装置具有高效、稳定的检测优势，研制这一装置，既是适应社会发展的需要，同时还是提高PCB质量的需要。本文综合采用图像处理分析技术，光学摄像技术等方面的技术，研制出印刷电路板检孔装置，检查电路板是否符合合格。为了进一步提高装置的性能，还要在原有装置的基础上不断加以改进，有效推动PCB行业的良好发展。

[1]任斌,程良伦.PCB贴片安装缺陷自动光学检测系统关键技术[J].东莞理工学院学报,2009,(1):64-69.

[2]龚磊,叶玉堂,吴云峰.基于自动光学检测技术的印刷电路板检孔装置[J].中国科技信息,2009,(07):123-124.

[3]吴浩.基于模式识别技术的焊点自动光学检测算法研究[D].华南理工大学,2013.

[4]熊光洁,马树元,武思远.新型高密度电路板的自动光学检测系统设计[J].计算机工程与设计,2011,(9):3218-3221.