【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是用于对物体已知和未知部分进行检验、模式识别及缺陷识别等方面的自动、实时、高速检测的方法和器具。现在先就用于解决上述问题的一种最满意的新的技术途径，及其在缺陷检查和类似的应用方面，例如印制电路板和有关应用，与现有技术和其它通行的手段的差别给予简要的说明。它避免了对每一个要监视的图形特征进行图象贮存而进行预编程和软件编程或使用细微的掩模等(如果需要，包括进行最小导体线准则和类似准则的预计算或预编程)。和现有的方法相比，本专利技术的最佳实施方案改进之处在于它可以使上述器具在例如象基准印制电路板这样一个“合格”的物体中“认识”到(通过对“合格物体的实际扫描或通过(AD/CAM或其它信号输入)所需的形状;然后对未来的物体进行实时扫描，可识别出该物体对于合格物体之偏差。把代表这样一个物体或其某些部分的图象信号以适当不同的放大率送至各对应的FOV(固定视场)处理器，各FOV处理器有各自的放大率和存储器。通过把图象信号贮存在各自的存储器可以记住该图象的形状。先对要检测的物体进行扫描，并把代表该物体在不同的放大率时的图象信号送至各相应的处理器，然后通过对所贮存的信号与即时送来的信号的比较，可以判断出不同于原认识的形状的图象，从而查出物体的缺陷。通过把信号提供相应于一个具有最低放大率但是具有最大放大率的分辨率的图象存储器，给不同的放大率提取图象不同部分，及把上述不同部分量化成为构成上述固定视场的子元，实现了以适当不同的放大率的表示。最好对上述信号图象在不同的放大率上作一微小的来回移动，其来回移动的量应小于放大率上的分辨元，以便从未曾认识的形状中辨别出假误差。作...
【技术保护点】
一种检查电路板导体形状和位置的方法，它将代表将来电路板检查中所要监测的要求形状的数字信号信息予以存贮。上述方法包括初始储存代表一个要认识的所需预定目标形状的图象的数字信号信息；预先确定至少一个该物体形状的可允许的尺寸和位置变化，例如导线交叉点、模式和焊点以及上述焊点中的可允许的孔和其位置的变化；修正贮存的数字信息，以形成一个上述要认识的目标形状的虚假图象，在此图象中加进了可接受的变化；存贮代表上述虚假贮存的图象的修正数字信号信息；和在对将来的电路板的检查期间，通过对上述虚假存贮的图象中的可接受的变化的识别响应，不致把上述可接受的变化看成为缺陷。
【技术特征摘要】
US 1985-3-14 711,995中专门述及本发明的其它目的。概括起来说，我们可以从上述印制电路板那种重要方面的应用和其他类似的应用中看到，本发明包含了代表以后在印制电路板中要监测的形状用数字信号信息加以贮存的一种检查印制电路板导体形状的方法。这种方法包括贮存代表要被认识的预先设定的物体形状的图象的数字信号信息;预先确定对物体形状，如导线、互连点、模式和焊点的尺寸可允许的变化和在焊点中的孔和孔的位置的偏差;修正被贮存的数字信号信息去构建一上述要认识的物体形状虚构图象，此图象中加进了上述可允许的变化;贮存代表上述虚构的被存贮的图象的经修正的数字信号信息;在对未来的电路板进行检查时，通过对上述假设的存贮图象的识别响应，避免把上述可允许的变化当作缺陷。另一方面，通过比较座标的位置变化，可以检验配准或对准。本发明及其最佳实施例(包括优选的器具和结构部分细节)的其它特点将在以后介绍。现在结合附图介绍本发明。附图中之图1是用以说明按照上述检测技术并且具有本发明改进特性的，最佳检测系统的联结框图和电路示意图。图2和图3a，b和c为电路板导体的视图及其尺寸公差;图4为使图1的机器在使用上有特殊优点的最佳子系统的电路框图，它能自动认识在被认识的形状图象中的某个范围内的位置偏离或尺寸公差，而这种偏离或公差是满足用原图等进行加工时产品(例如印制电路板)的工艺要求的。图5是检查印制电路板(PCB)等的通路孔和其预定公差的一个相似修正图形。图6A，B及图7分别说明反射光和透射光的使用，它特别适用具有引线孔的PCB检查等;图8说明基准和被检查的电路板在特定的x，y位置时的图形。现在再看图1。对PCB(印制电路板缩写)中感兴趣的区域进行光扫描，从而得到了它的“CCD”图象。在模-数变换器A/D中将由实时扫描得到的信号数字化，从而得到与光学扫描线相一致的一连串的数字信号。然后将CCD的数字化输出信号送至二维缓冲存储器BM后，再将它送入滑窗存储器SWM以产生大视场高分辨力的图象。这个技术使其分辨力由高放大率物镜获得的分辨率相等，而FOV则与由低放大率物镜获得的相等或比它大。此外，在与CCD轴向垂直的平面中(图中与x-y面平行)移动目标PCB，每当物体图象移动与一个CCD单元相等的距离时，读取进入到缓冲存储器BM中的CCD，可以完全消除物体的图象模糊;上述距离比方说可以约为 1/2000 英吋。明确地说，CCD的模拟信号输出被A/D转换器(它可以采用通常的取样象点编码器的形式)转换成数字形式后送入缓冲存储器BM(它可以设计成一组移位寄存器，每个寄存器的长度等于CCD象素的数目)。每个移位寄存器的数字输出端与下一个寄存器的输入端相连，并且也与滑窗存储器SWM的一行相连，以便使在滑窗存储器SWM中出现的图象与在整个物体上移动放大镜所看到的图象相似。在SWM框图内用滑窗存储器中分别相应于高和低放大率的FOVS和FOVL(以后要介绍)图示上述情况。结合在图1系统中的光学结构是极其灵活的。可以通过简单地移动CCD，透镜L′和目标PCB的相对位置放大或缩小CCD上的物体的图象尺寸(比方用透镜L′可从1/3倍至3倍;用成象透镜可以从2倍至10倍，或 1/2 倍至1/10倍)。因为CCD相对说来是很长的(比方说，对Reticon CCD器具为1728象点，对Fairchild设备为2000象点)，而每个象点又是极小(对Reticon为0.64密耳，对Fairchild为0.5密耳)，所以可以获得大量高分辨力的大视场图象。现针对由CCD成象器或是由计算机产生CAD/CAM设备产生的输入信号，对按本发明改进的图1系统的工作作一解释。在下面的例子里，教上述器具认识印制电路板PCB物体两边的叠加图象。根据设计电路板的CAD/CAM系统所给出的信号直接计算识别码。当CCD对印制电路板扫描，并检查前面对背面的模式配准时，这些码正与CCD图象信号产生的码进行比较。为了教机器认识“合格”的或基准的PCB模式，将来自图1中的CAD/CAM系统A的数字信号加到后述的形状修正组件B。按照本发明，该组件B在预定的公差范围内，加上和(或)删去沿物体边界上的图形元(象点)。添加象点用来有效地加粗线和焊点，而删减象点则用来有效地变细线和焊点。用加上的或删去的象点数调整可允许的线宽和焊点尺寸公差的范围，上述公差可能在印制电路成品上存在，例如存在于图2例子中的虚设的点划轮廓上。上述修正的数字图象信号被该器具认识(下面要对之解释)。例如，如果要求多达±2个象点的公差，则在±0，±1和±2象点时认识图象。这些修正信号以代表图象连续各行的顺序线性形式被产生。然后，将行数“L”存贮到前述缓冲存储器BM(图1)，以产生一个与一个CCD扫描线宽度相等的二维图象。如前所述，象素的各行由缓冲器BM馈送到空间容量为W×W象素(其中W＞L)的滑窗存储器SWM。在一个最佳实施例中，SWM可包含32×32个象素。图3a示出了一个可包含在上述这样一个容量的SWM内的一个焊点的典型图象。有意思的是，此时我们看到如果我们企图把所有只在32×32象素的SWM中可看到的可能的模式存贮起来，而每个象素用一个二进制位来表示，则如前所述，将要求有总数232＝10154个存储器单元。为了消除对存储器的这种要求，而仍然完成需要的识别模式类型的任务，根据本发明要采取下列各步。(1)把滑窗存贮器SWM分成为容量减小的视场FOV，再把每个FOV成为N×N单元。每一单元称之为一个元。图3a用来说明小视场(FOVS)和大视场(FOVL)，它们曾在图1的SWM方框中提及。图3b和c表示N＝4时把上述两个FOV分成为N×N元。(2)把每个元的亮度调到包含在每个元中象素亮度的平均值。上述(1)和(2)两项功能由图1中的方框(e)来实现，其中C2象素(VC2位)来自SWM，把有C2象素的FOV分成为N2元(E11-E12，En1-Enn)，每个元素有(C/N)2个象素。然后对每个元的平均亮度进行计算并由(e)输出。利用图1中(f)处的元量化信号，实现下述第三个功能(3)把由V个位表示的每个元的平均亮度值量化成为表示模式所需的Y个最小数目位。例如，在检查如印制电路板这样的物体时，我们感兴趣的只是在板上是否存在金属化导体。因此，如果在一个元的广大的区域内有超过50%的象素表明金属化存在，则整个元可认为包含金属，从而相应量化为逻辑值1。如果这种情况不存在，则认为该元没有包含金属，则相应量化为逻辑值零。当然在本例中，Y等于1位。在执行下面一步时，本发明利用这个量化亮度值作为图1中的识别存储器(j)的地址输入(4)利用YN2量化的元值(代表特定模式象元)图1中在右上角以POE示之)，作为识别存储器(j)的地址，并把此关于模式的信息贮存到存储器(j)中的编址单元。如前所述，根据本发明的方法，要对每个不同的FOV进行如下单独处理(5)利用单独的“FOV”处理器(它由图1中元计算单元(e)，元量化器(f)和识别存储器(j)所组成)处理从滑窗存储器SWM中提取来的每个FOV(注意图1中有两个FOV处理器，一个用于大视场，一个用于小视场)。根据本发明的技术，为了使机器首次“认识”一新的物体形状，要对由图1SWM中提取的每个FOV执行上述1至5项任务。对每个FOV产生一个由YN2位组成的特定元模式(POE)，并将其送到在每个FOV处理器中的识别存储器(j)的地址线(在图1中的“地址输入”)上。将一识别码送入每个被存取的存储器单元以表明那个模式已认识。我们不妨将这称之为第6项任务。在这个例子中，CAD/CAM以认识方式向上述检查器具供给信号，用来描述印制电路板夹层的正反两面的叠加，作为以后配准检查之用。从滑窗存储器SWM中提取多达W×W象素的视场，并在每个FOV处理器中对其实行最后一项任务(第6项任务)。不管CAD/CAM是提供了认识信号或一个标准物体的实际CCD扫描，上述器具现在已准备就绪用于检查，即准备进行下列第7项任务对接受测试的物体进行扫描，并履行上述1至5项任务。读取在每个FOV处理器识别存储器中每个被访问的存储器单元的内容，用以确定模式是否是预先已经在识别存储器(j)中认识的和编址的。如果在给定的物体区域内，有足够大的数量的预先未见过或未认识过的模式存在，则把此区域识别为外来区，或者是一个缺陷区。为了完成对这个外来区的检查任务，使用了一个二维误差编码存储器，如图1方框(K)左边所示。这个存储器存贮从识别存储器(j)中读取的、表明事先是否已见过和认识的模式的编码。如果在由存储器所覆盖的二维区域内，未见过的模式数超过了最小预定的数目(图1(K)中示出了未见模式与最小值MV的比较)，则根据需要可将此外来域的图象送到计算机(L)以作进一步的辨认。在上述图解示例中，我们可以把一块印制电路板的夹层放在一张玻璃面的x-y工作台上(在图1左边)，并在桌面下提供照明，就可对其进行前后面模式配准检查。照明光通过PCB内层，在CCD上产生一个图象，此图象正是反映电路板前后面的重叠。当x-y工作台对跨越CCD的图象扫描时，同时进行1至7项工作。根据对外来域的检查，该区域的图象被显示在图1中的电视监视机上，并记录下其x-y座标。如果存在足够数目的外来模式，则PCB夹层两边被认为是失配准的。本发明的另一个应用是在PCB成品上产生自动钻孔焊点的钻孔带。在这种应用中，把包括全部焊点位置的照相底片作为物体，在x-y台上对其用台下的照明光进行扫描。焊点的图象就这样被认识。现在将本器具置于检查方式，并对该底片再进行扫描。每当一个焊点被识别时，该焊点的中心座标就被记录(如图1中L所示)在钻孔带上(未示出)，此钻孔带以后用来对PCB进行钻孔。如前面解释过的，本发明的一个重要改进在于，通过使用图1中形状修正组件B，避免了必须“认识”全部“合格”物体的形状和位置公差(如印制电路板焊点，导线等)并存储到存储器中。如前所述，此形状修正组件B沿着所有边界或周界添加或消除图象元(象素)，从而产生了允许范围内的粗于或细于原实际图的虚构图象。只要一个具体物体的粗细度可以被认识，则其较粗或较细(在允许的范围内)的样式，就可以象标准形状一样识别。为了介绍一个实用形式的形状修正器B，图4给出了一个用于使导线变细的修正组件B。该组件由九个单元延迟装置，两个等于CCD长度的行延迟装置LD1和LD2，及一个只读存储器ROM组成。从CCD来的输入信号被A、B、C三个延迟装置延迟。CCD的输出也在LD上被延迟一行。然后馈入D，E和延迟单元。此外，第一延迟线LD1的输出在延迟线LD2中又被延迟一行，其输出被加到单元延迟G，H和I，于是得到一个3×3矩阵或数据块。由每个延迟单元A，B，C，D，E，F，G，H和I所产生的数据被送到相应的通向只读存储器ROM的地址线(用相同的字母表示)。只读存储器ROM的内容是一个具有3×3数据块的中心元的新的计算值。我们能从只读存储中选择适当的输出去指示新的计算值是什么;这样，如果我们想要一较细的线的图象，则一条输出线数据可以为00;或我们想要加粗图象的线条，则输出线数据可以是01。如果要想获得较粗或较细的图象，我们可以把图4类型的电路串联起来，即把图4的电路的输出端与另一个电路输入端连结起来。最后将上述电路连续到图1中的缓冲存储器BM。于是，根据预定图象形状的可以允许的尺寸变化，本发明可以用电子的方法实现在被存贮的图象中去掉或加上象素信号，从而给出一个替代的虚设的，但是可以允许的图象信息，这个图象信息代表了上述物体形状的不同尺寸。为了解释的需要，前面已介绍了从x-y面下面对物体的照射。显然，来自物体上面的光反射有许多有用的...
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