中心議題：

• PCB厚密板線路檢查基本理論
• 實驗結果與驗證

解決方案：

• 厚密板光源設計難點
• 基於定角度設計的適配環形光源原理
• 普通光源照射所造成的偽圖像誤差
• 厚密線條的幾何特征對於光源設計的影響

PCB的工藝檢測能力提升直接關係到國內、外電子行業及其他行業電子產品的實際能力以及長期的發展進步。隨著PCB技術的發展，PCB板呈現出線條更細、線距更小更高
、高度差更加明顯的3大發展趨勢，並且該趨勢在最近5年得到了更加明顯的推動與體現；另外，針對PCB行業的儀器發展在國內
、外wai均jun處chu於yu滯zhi後hou的de局ju麵mian，其qi中zhong最zui主zhu要yao的de原yuan因yin是shi受shou限xian於yu光guang源yuan技ji術shu的de發fa展zhan，如ru果guo光guang源yuan不bu能neng有you效xiao地di實shi現xian對dui所suo關guan注zhu目mu標biao的de照zhao明ming及ji信xin息xi提ti取qu，後hou端duan的de測ce量liang技ji術shu
，包bao括kuo圖tu像xiang處chu理li算suan法fa技ji術shu應ying用yong、精密機電技術定位等均受到極大的限製。
　　
針對此

，國內
、外(wai)眾(zhong)多(duo)學(xue)者(zhe)開(kai)展(zhan)了(le)廣(guang)泛(fan)而(er)深(shen)入(ru)的(de)實(shi)驗(yan)研(yan)究(jiu)和(he)理(li)論(lun)分(fen)析(xi)，因(yin)光(guang)源(yuan)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)自(zi)身(shen)的(de)改(gai)善(shan)，除(chu)了(le)需(xu)要(yao)提(ti)高(gao)圖(tu)像(xiang)的(de)清(qing)晰(xi)程(cheng)度(du)和(he)對(dui)比(bi)度(du)外(wai)，更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)必(bi)須(xu)確(que)保(bao)圖(tu)像(xiang)提(ti)取(qu)信(xin)息(xi)的(de)真(zhen)實(shi)性(xing)，眾(zhong)多(duo)學(xue)者(zhe)的(de)研(yan)究(jiu)均(jun)建(jian)立(li)在(zai)以(yi)研(yan)究(jiu)直(zhi)接(jie)的(de)圖(tu)像(xiang)質(zhi)量(liang)提(ti)升(sheng)為(wei)目(mu)的(de)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)
，采(cai)用(yong)類(lei)似(si)研(yan)究(jiu)方(fang)法(fa)的(de)直(zhi)接(jie)後(hou)果(guo)將(jiang)會(hui)導(dao)致(zhi)精(jing)度(du)的(de)控(kong)製(zhi)難(nan)度(du)加(jia)大(da)，對(dui)於(yu)工(gong)業(ye)化(hua)及(ji)科(ke)學(xue)檢(jian)測(ce)非(fei)常(chang)不(bu)利(li)。而(er)2006年李俊對機器視覺光源的關鍵技術進行研究，研製出應用在電子元件貼裝係統的彩色環形層狀LED光源，直接改進了光源係統取得更好的圖像繼而提高精度。
　　
以PCB板實物為直接研究對象，采用實物、光源照明
、圖tu像xiang三san者zhe相xiang結jie合he的de對dui比bi研yan究jiu方fang法fa
，除chu了le能neng夠gou有you效xiao地di獲huo得de高gao圖tu像xiang質zhi量liang，還hai可ke以yi將jiang實shi際ji物wu體ti測ce試shi特te征zheng反fan饋kui到dao光guang源yuan光guang學xue設she計ji的de過guo程cheng當dang中zhong，因yin此ci，在zai光guang源yuan設she計ji過guo程cheng中zhong
，可ke以yi始shi終zhong保bao持chi對dui測ce量liang精jing度du的de有you效xiao控kong製zhi。
　　
本文研製的50°LED環形光源的打光效果區別於目前普通暗場低角度光源
，可以清晰真實地體現PCB線路特征。不過值得注意的是
，由於該LED光源是針對PCB厚密線路檢查研製的
，對於PCB相關的檢測儀器有比較好的適用度。而未經測試盲目應用到其他測試儀器上可能會造成打光效果不好或者給係統帶來係統誤差等問題。
　　
1基本理論
　　
1．1厚密板光源設計難點
　　
在PCB行業的發展中
，目前存在以下3大趨勢
，即線條更細、線距更小密度更高


、高度差更加明顯。本文使用的厚密板即是該趨勢的集中體現。如圖l(a)是普通光源應用在線距大
、厚度小的PCB上的光線路徑。圖1(b)是普通光源應用在線距小、厚度大的PCB上的光線路徑。


從圖中可以看出，普通光源在應用於線距大厚度小的PCB上時可以將基材、線路底部和線路頂部都取得照明
，且對比度良好。對PCB的de實shi際ji尺chi寸cun有you著zhe良liang好hao的de體ti現xian。而er應ying用yong於yu厚hou密mi板ban時shi普pu通tong光guang源yuan由you於yu光guang線xian角jiao度du小xiao，極ji易yi被bei厚hou密mi的de線xian路lu遮zhe擋dang。致zhi使shi線xian路lu和he基ji材cai沒mei有you良liang好hao的de肉rou眼yan可ke分fen辨bian的de對dui比bi度du和he亮liang度du。致zhi使shi進jin一yi步bu的de基ji於yu圖tu像xiang處chu理li的de測ce量liang變bian得de非fei常chang困kun難nan。可ke見jian

，厚hou密mi板ban的de發fa展zhan對dui光guang源yuan照zhao射she造zao成cheng的de問wen題ti用yong普pu通tong光guang源yuan是shi無wu法fa解jie決jue的de。
　　
1．2基於定角度設計的適配環形光源原理
　　
通tong過guo前qian麵mian的de分fen析xi可ke以yi看kan出chu，要yao想xiang解jie決jue厚hou密mi板ban的de光guang源yuan照zhao射she問wen題ti，同tong時shi能neng夠gou保bao持chi精jing度du的de穩wen定ding與yu提ti升sheng。必bi須xu基ji於yu厚hou密mi板ban的de幾ji何he和he光guang學xue特te征zheng，有you效xiao地di解jie決jue入ru射she角jiao度du選xuan擇ze以yi及ji適shi合he應ying用yong對dui象xiang的de環huan形xing光guang源yuan參can數shu配pei置zhi，基ji於yu此ci，本ben文wen提ti出chu基ji於yu定ding角jiao度du設she計ji的de適shi配pei環huan形xing光guang源yuan，其qi基ji本ben原yuan理li如ru圖tu2所示。


圖中，該光源由內圈外殼／外圈外殼／電路板／LED／散射板組成。內外圈外殼用於固定整個光源和內部部件。柔性電路板上麵有串並聯的線路為LED供電。而作為發光器件
，LED是近似的點光源，發出的光線方向性很好
，容易照成高光，而形成高光的區域會由於CCD的電特性影響相鄰像素的輸出，進而影響測量精度。故本文使用的光源前部加裝1塊散射板用於將光線亮度均勻化。
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2實驗結果與討論
　　
2．1普通光源照射所造成的偽圖像誤差
　　
圖3(a)是普通光源照射情況下所獲得的厚密線寬圖像
，圖3(b)表示光源照射後的切麵成像情況。


從圖中可以清晰地看到，目前的普通光源攝取的圖像和真實的截麵圖有明顯的邊緣偏差
，在2X的倍率下，1像素對應的物麵尺寸為1.61μm。偽圖像邊緣造成的線寬差別超過3像(xiang)素(su)。使(shi)得(de)係(xi)統(tong)準(zhun)確(que)度(du)大(da)為(wei)降(jiang)低(di)。該(gai)偽(wei)圖(tu)像(xiang)邊(bian)緣(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)由(you)於(yu)普(pu)通(tong)光(guang)源(yuan)光(guang)線(xian)照(zhao)射(she)角(jiao)度(du)過(guo)小(xiao)。被(bei)厚(hou)密(mi)線(xian)路(lu)遮(zhe)擋(dang)大(da)部(bu)分(fen)光(guang)線(xian)後(hou)，基(ji)材(cai)和(he)下(xia)線(xian)寬(kuan)的(de)亮(liang)度(du)和(he)顏(yan)色(se)非(fei)常(chang)接(jie)近(jin)。而(er)一(yi)般(ban)的(de)線(xian)寬(kuan)測(ce)試(shi)中(zhong)
，並(bing)沒(mei)有(you)將(jiang)該(gai)偏(pian)差(cha)計(ji)入(ru)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)。致(zhi)使(shi)測(ce)量(liang)值(zhi)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)固(gu)有(you)方(fang)向(xiang)的(de)係(xi)統(tong)誤(wu)差(cha)
，也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，如(ru)果(guo)該(gai)誤(wu)差(cha)不(bu)能(neng)被(bei)消(xiao)除(chu)，所(suo)測(ce)得(de)的(de)數(shu)據(ju)不(bu)是(shi)真(zhen)實(shi)PCB的線路特征的反映。而該誤差並不能通過改變圖像的清晰程度和對比度消除，隻能依據PCB厚密線路的特點去改變光源的設計來消除或減小該誤差。
　　
2．2厚密線條的幾何特征對於光源設計的影響
　　
圖4是相鄰厚密線條切片采集圖像。


從圖4可以看到，線條高度／線距比例已接近1／2。即，則角度為27°。當dang使shi用yong厚hou密mi板ban作zuo為wei線xian路lu檢jian查zha的de對dui象xiang時shi，所suo需xu的de光guang源yuan光guang線xian入ru射she角jiao度du比bi普pu通tong光guang源yuan所suo能neng提ti供gong的de光guang線xian角jiao度du大da得de多duo。要yao想xiang得de到dao清qing晰xi且qie對dui比bi度du良liang好hao的de圖tu像xiang，必bi須xu提ti高gao光guang源yuan的de角jiao度du到dao某mou個ge合he適shi的de值zhi，同tong時shi綜zong合he考kao慮lv基ji材cai和he線xian路lu的de光guang學xue特te性xing。
　　
2．3本文設計的定角度適配環形光源
　　
基於以上條件，本文設計了專用於PCB厚密板的適配環形光源，為考核光源的實際效果，將光源和鏡頭對準PCB上同一區域。鏡頭倍率也調節至相等。采集到如圖5所示的對比圖像。


從圖5可以看出
，使用普通光源僅僅能將上線寬附近的法線方向接近水平45°的線路照亮，如圖5(a)中zhong兩liang根gen橫heng向xiang亮liang線xian。由you於yu厚hou密mi線xian路lu對dui光guang線xian的de強qiang烈lie遮zhe擋dang作zuo用yong，基ji材cai部bu分fen亮liang度du非fei常chang低di且qie接jie近jin下xia線xian寬kuan亮liang度du，肉rou跟gen幾ji乎hu不bu可ke分fen辨bian其qi差cha別bie。而er由you於yu線xian路lu表biao麵mian的de反fan射she接jie近jin鏡jing麵mian反fan射she，導dao致zhi到dao達da線xian路lu表biao麵mian的de光guang線xian不bu能neng進jin入ru鏡jing頭tou的de收shou光guang光guang錐zhui，上shang線xian寬kuan以yi內nei亮liang度du也ye非fei常chang低di。圖tu像xiang沒mei有you將jiangPCBxianluxinxiyouxiaojilu，fenxixiaxiankuandejingduhendiqieshangxiankuanyougudingxitongwucha。ershiyongbenwenshejideshipeiguangyuandetuxiang，junyunduheqingxidulianghao。youyuguangyuanjiaodujingguozaixikaolv，shidejicai／線路過渡／xianlubiaomiandeliangduchengxianchujietishishangshengqiebutongtezhengzhijianguoduquyuxiao，youliyutigaoceshijingdu，shixianduisuoguanzhuxianludezhaomingjixinxitiqu。duiyutuxiangchulilaishuoshifeichanglixiangdeyuantuxiang。
　　
為了解決現有普通光源對於PCBhoumixianlujianzhadewenti，benwenduiputongdijiaoduguangyuandezhaomingweituxiangwuchajinxingfenxi，taolunlehoumixiantiaodejiheheguangxuetezhengduiguangyuanshejideyingxiang。zuihou，tichubingshejiyizhongjiyudingjiaodushejidePCB厚hou密mi板ban線xian路lu檢jian查zha專zhuan用yong光guang源yuan。實shi驗yan表biao明ming，該gai光guang源yuan的de打da光guang效xiao果guo區qu別bie於yu普pu通tong的de暗an場chang低di角jiao度du環huan形xing光guang源yuan
，可ke以yi較jiao好hao地di從cong係xi統tong前qian端duan解jie決jue目mu前qian存cun在zai於yu厚hou密mi板banPCB線路檢測中的難題。實現了對所關注目標的照明和準確的信息提取。基材／過渡區／上線寬的圖像均勻度高，對比度良好。對後端圖像處理和信息提取的意義非常大。可以廣泛應用於以線寬檢測機為代表的PCB檢測設備中。