印制电路板光电检孔机技术研究及突破

The Technology and Breakthroughs of Hole Inspector in

Print Circuit Board Industry

印制电路板光电检孔机技术研究及突破

许德平

广东正业科技股份有限公司 广东 东莞523270

作者简介： 许德平，2006年本科毕业以来一直从事印制电路板机器视觉的产品研发

以及图像算法研究工作。现任广东正业科技股份有限公司技术研发部软

件工程师。

摘要：随着印制电路板（PCB)行业的飞速发展，PCB 制造技术向高密度发展，当前高质量的PCB 的生产要求与有限的检测工艺水平之间的矛盾愈显突出。检孔机，利用高分辨率CIS （接触式图像检测系统）成像技术及运用强大的图像处理技术，为PCB 生产提供了很好的在线检测手段。从而保证了PCB 的出品质量。本文介绍了检孔机的结构，原理，图像处理技术等，以及国内外PCB 行业技术水平现状。阐述了新型检孔机技术突破的重要意义。 关键词：PCB 检孔机 缺陷

Abstract: With the rapid development of printed circuit board(pcb) industry, the confilict between the request ,which is manufacturing high-density boards while ensuring the quality,and the manufacturing technology which is limited is becoming more and more obvious. Hole inspection system ,which adops technology of CIS and image processing,has provided and effective way of on-line defect-detecting which can ensure pcb ’s quality.This paper introduces the structure.principle ,image processing and so on. It pointed out the technology restriction and the importance of technological inspector.

Key words: PCB Hole inspector defect

1、 绪论

1.1 前言

PCB 检孔机是一种主要针对印制电路板中的孔进行全自动化的检测的AOI （Automated Optical Inspection,自动光学检测）系统，该设备除了可以检测出PCB 板的孔数、多孔、少孔、孔径以外，还可以检测出孔内有异物等缺陷。

随着IC 产业的突飞猛进，特种元器件的不断推出，PCB 产品也向着超薄型、小元件、(Author Photo/

作者相片)

高密度、细间距方向快速发展。线路板上元器件组装密度提高，PCB的线宽、间距、焊盘越来越小。目前，PCB的设计、加工水平已经达到0.1～0.3mm(孔径) 、两孔之间的最小间距达到0.1mm.可以说PCB的高技术和高复杂性已经达到一个相当高的水平，但是在生产过程中，如何提高中间过程的产品品质，从而有效地保证PCB的整体生产质量，一直摆在各PCB生产厂家面前的普遍性难题。

随着线路板行业的发展，国内外客户对线路板产品的要求越来越高，尤其体现在对孔数、多孔、少孔、孔径、孔塞、孔内异物等的检测。稍有不慎就会引起产品的报废而导致客户退货、索赔。目前PCB板孔径孔数的质量检测工作大部分由人工目检（借助红胶片或针规）完成，检测速度慢，检测可靠性低，且人为因素的影响很容易发生漏检和误检。

广东正业科技股份有限公司（以下简称正业科技）的爱思达品牌检孔机，在研发初期，就对国内外各类检孔机的参数指标进行了对比分析，并与成都电子科技大学联合研制开发。当JK400型问世时，它并未得到市场的认可和客户的青睐。

其主要原因在于关键性能上没有突破。

随后经过两年的研究和技术攻关，终于ASIDA-JK2400型检孔机在关键技术上获得了突破，产品的关键性能获得客户的肯定。技术水平已达到国际先进水平。凭借其独特的检测方式，在目前的PCB生产领域中得到了广泛的应用。

1.2 国内外现状及发展趋势

现在世界几大AOI系统供应商技术都基本成熟，其主要包括以色列的ORBOTECH公司、CAMTEK公司、Optrotech公司和日本日立的LIOYD DOYLE以及SCREEN公司、英国的TERA DYNE公司，美国的ANGILENT公司、林肯激光公司、IBM公司等等。上述公司开发研制的AOI在线检测系统在功能上十分强大，台湾地区有几款产品，目前大陆地区只有正业科技爱思达品牌检孔机，正是在这样的背景下，正业科技以振兴民族工业为己任，经过两年多的研发、不断改进、升级，推出了正业科技爱思达品牌JK2400型检孔机，并已获得客户的肯定。

1.3 本系统的创新点

采用图像切割等减少处理时间的算法及采用形态学分水岭算法实现了对小孔径、孔边距、超小连孔自动识别功能；针对图像大数据的存储建立一种特殊的文件格式将图像数据大大缩小，实现海量数据的实时处理。

2、系统结构及原理

2.1系统结构

PCB光电检孔机系统和大多数AOI系统一样，主要由以下几个部分组成：运动控制单元、LED照明单元、图像采集单元、数据处理单元等。如图2-1所示：

图2-1系统框图

运动控制单元涉及传送皮带、PCB移动平台、步进电机、伺服电机、同步轮、CIS调焦系统等等精密机械系统。LED照明单元的主要作用就是为系统提供合适的照明光来处理准确的物像位置关系，保证图像有足够的对比度和清晰度。图像采集单元是用图像传感器来捕获电路板图像，然后将捕获到的图像通过图像采集卡采集后将图像数据传到计算机系统。数据处理单元是计算机将采集到的电路图像进行算法分析，从而判断被检测电路板是否合格。

图2-2 PCB光电检孔机外形图

2.2检测原理

如示意图2-3所示，我们将待测电路板放置在传送装置上（允许最大360度的倾角的放置），传送装置将电路板送至CIS下方，由CIS来获取光源照在电路板的透光图像（有孔的地方有光通过，采集到的图像偏白色，没有孔的地方光线则被遮挡，采集到的图像偏黑色），