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PCB自动检测学习心得
1．PCB自动检测技术（模式识别）近年来被广泛的应用在制造业和国防工业中，在过去的20年中，大量的自动检测算法被报道。在现代的制造业种，人们总尝试着在产品制造过程中达到100%的质量保证。在这片论文中，自动检测PCB板的算法和技术是被检验的，主要针对缺陷检测，也给出了现在使用的商业PCB板的检测系统。
与人工检测相比，PCB自动检测有恨大的优势。在制造PCB过程中，人工检测需要对其中的50多个步骤进行监控，通常带有自己的主观色彩，而且在反复工作中会出现误差，而且人工检测花费很大。然而自动检测技术可以把人类从繁重的生活中解脱出来，适合检测多层板，生成效率高误差小，适合高标准的工业生产需要。
2．自动检测技术
PCB缺陷检测过程分为两种：接触检测和非接触检测。接触检测只是针对发现PCB的缺口和开口，其它缺陷则不能很好的检测，缺点是：接触检测（电子检测）使用的设备复杂，价格昂贵，容易发生接触磨损而且受到设计尺寸的限制。非接触检测又称自动可视/光检测（AOI），能够检测与PCB板表面相关的缺陷，如裸板检测，焊接桥，缺焊等，还可以检测出潜在的缺陷，如线宽，针孔。非接触检测包括以下几种：X射线成像技术，扫描束分层检测技术，超声波图像技术和热像技术。
多层PCB板制造的阶段：底图的制作，绘图，曝光和处理内层和外层板，蚀刻和剥离内层板，蚀刻外层，机械制造和焊接。对于每一个制作阶段都要经过严格的检测，尤其是对底图、蚀刻和剥离后的内层板的检测。底板的缺陷能直接反应出批量生产的PCB的质量，而蚀刻和剥离的内层板则是压板之前的最后一个环节，在此之后，内层上的错误不能在修改。
在元件焊接之前，需要对电路板进行大规模的检测，这些缺陷包括：未腐蚀的铜箔，开路（裂或者断），部分开路（鼠咬或者缺口），划痕或裂纹，短路（桥接），初始短路（轻微相连），过度腐蚀，腐蚀不足（线宽不正常），焊盘不规则，假焊（焊锡过量或残余），或者焊锡过少，尖刺（突出，腮须，或者污点），洞破裂，通孔不规则，过孔不规则等。
自动检测系统的主要构成：硬件系统，分辨率，图像增强，特征提取，基本模型系统，模型建立，检测/确认，边界分析，细化、缩小和放大以及生态学。
3.算法
根据自然信息（设计规格数据，与图像直接或间接相关的数据）分类的用于缺陷确认的算法。分为三大类：（1）参考比较法，（2）非参考方法，（3）混合方法。
参考比较法：执行点到点的像素比较，利用数据库例好的参考模板和待测物体比较检查出缺陷。参考比较法：（1）图像比较技术。（2）基于模型的方法。而图像比较技术又分为：图像减法和特征匹配两种技术。基于模型的方法也包括：图标匹配模型，分布图，模式分布超图形技术。
（1） 图像比较技术
图像减法：最直接最简单的方法。电路板检测先是扫描，接着是和图像理想的部分进行对比，缺陷就直接显示出来。优点：对硬件的要求不高，可进行高速的像素处理，能够检测电路板上的所有缺陷。缺点：对颜色、反射率、光照的敏感性的变化敏感，在实际应用中条件过于严格。
特征匹配：图像减法的高级形式。用从物体提取的和已定义的模型做比较来检测缺陷。优点：大大的压缩了存储数据，同时见笑了对输入数据的敏感性和在增强了系统的稳健性。缺点：必须经常使用数量巨大的模板，这使过程计算量代价很高。理想电路板模型需要大量的数据存储，精确地注册对于比较来说是必须的。这种方法对照明和数字化条件很敏感，并且缺乏灵活性。Hara等人在日立公司提出了一种基于特征提取和比较的缺陷检测方法
（2）基于模型的方法
基于模型的方法是表现为通过匹配要检查的模型和一个预先设定的模型的检查方法。一个合适的代表目标模块的模型，对检测系统结果的影响很大。
图表匹配模型：图表匹配法基于图像的结构，拓扑，几何成分，它把参考的PCB板标准的图像模块构图和待检测的板子做比较。拓扑信息合并的加权图标，由几种类型的节点，边，连线和它们的位置[76]组成。
分布图：第一步，图像被转换为节点的集合，它描述图像中不同物体的2维形状。第二步，包含一个模型确认过程。这个在待测板和模型模块的匹配过程是在测试过程中最耗时间的步骤。
模式分布超图形：是分布图算法的改进。图被称作PAHG，描述他们之间所有的分割区域和空间的联系。这些分割区域被在一个区域中原始图像和原始图像区域分布图（RAG）代替，它们是PAHG的基础层。PAHG的顶层包含区域图像和它们间空间的联系。这些替代通过在匹配阶段显示仅有的挑选的匹配操作来删除搜索空间，并且减少了匹配时间。这种新的替代，其中信息被呈现为两种不同水平，是对分布图法的主要改进。
非参考的检验
非参照的方法不需要参照任何参考模式，这些方法的指导思想是如果一个模式不符合设计规范标准，那么这种模式就是有缺陷的。这些方法也被称为设计规则的验证方法或一般性能核查方法。这些方法基本上是使用设计规范的知识来校验被检查的板子。通常情况下，非参考的方法过程是将图像转换成一种可以减少验证时间的形式。这些方法用印刷电路板（PCB）的设计特点作为一套简单的规则、特征尺寸和公差。指定的特点包括： 所有不同痕迹的最小和最大线宽；最小和最大的焊盘直径;最小和最大的孔直径；最小的导体间隙；最小的环形圈，线条终止规则，等等。缺点是他们仅在检验某种缺陷时好使，如在核查的宽度和间距侵犯方面。此外，这种检查的另一个缺点是，它需要导体跟踪类型的标准化
非参考检验
非参考检验包括：（1）形态学处理；（2）编码技术，其中编码技术又包括：边界分析技术和行程长度编码技术。
（1）形态学处理
形态学处理是一个在PCB板检查中广泛使用的技术。这种检查涉及到膨胀收缩的过程，它不要求任何完美模式的预定义模型。Ye和Danielson提出了一种算法来验证最小的导体和绝缘体线宽。这种方法反复应用于图像中的萎缩（类似于收缩）操作和连接保持萎缩（类似于变薄）操作。经过多次迭代之后，众多结果之间的差异（逻辑与）将给出这些模式中的缺陷。这些方法的主要优点是校准问题被消除了。但是，这些方法的问题是对于板子的不同缺陷要用到不同的预处理算法，这会自动降低系统的响应时间。
（2）编码技术
边界分析技术
边界分析技术的研究是基于处在一个易处理形式的边界的表示，遵循一个规则的核查过程。West等人完善了边界分析技术，他们通过使用Freeman链编码来描述边界实施了边界分析技术来检测小缺陷。
行程长度编码（游程编码）
计算了沿着PCB图像的每行每列的路径像素的连续行程，行成一个直方图。这个直方图反映了沿着水平边界的很短的水平行程或者沿着垂直边界的很短的垂直行程。直方图也反映出导线的线性宽度，这个对检测缺陷很有用。检查像素的行程长度是否小于欧几里得值来验证导线的最小宽度要求。
混合检测方法
混合裂缝检测技术应用了参照法和基于设计原则的检测方法两项技术，克服了每项技术的不足，提高了系统的有效性。混合检测方法主要包括：（1）一般方法；（2）使用边界算法的模式检测法；（3）圆形模式匹配；（4）学习方法；其中（4）又包括 射线匹配算法和形状比较法两种算法。
（1） 一般方法

一般方法是参照检测算法和非参照检测算法的结合。这种方法主要是在基于设计原则的方法上的一个提高，它可以检测到看起来是无误的丢失的特点和无关电路。与大部分基于设计原则的检测方法不同，这种方法不是局限于验证最小导线路径宽度和间距，它也检测焊盘，各种连接，孤立的点，孔等。大部分在基于设计原则方法中出现的错误警告都可以在这种技术中被克服。这种方法使用了图像变换的手法，比如收缩，扩展等。这种方法的工作过程如下：
变换图像以形成一幅框架图，从这幅框架图中，缺陷和好的电路特点可以很容易检测到。
比较检测到的特点和从电路设计数据中提取出来的特点，发生冲突的地方就是缺陷。
（2） 使用边界算法的模式检测法
这种Benhabib提出的检测系统使用一种基于模式检测和边界算法的混合缺陷检测技术。对于导线缺陷，这种边界分析算法定位在可能有潜在缺陷的区域，这些区域被标记为非标准边界，用一种模式检测系统来分析以度量导线宽度。这样，导线度量只在这些可能发生缺陷的区域进行，很大程度上提高了模式检测算法的速度。相应的，利用图像差分技术在孔中心已经定位后，有一种模式检测算法可以度量孔缺陷的宽度。
导线缺陷分析包括：边界检测，非标准边界像素检测，边界法线检测。
缺陷检测包括：（1）非标准边界像素和在正对面边界的参照物被检测来确定他们是否属于一个区域或者导线；
（2导线宽度与一个特定的最小值做比较来确是否存在缺陷；
（3）针孔尺寸作为一个比率与一个特定的最大值比较来确定是否存在缺陷
（4）导线之间的空间由当前点到下一条导线上第一个边界像素的位置之间的背景像素数量得到，得到的值与最小特定值比较来确定是否有缺陷存在。
（5）导线损坏检测通过沿着导线跟踪当前非标准边界像素到对面边界像素来进行，如果跟踪在一个特定数量的边界像素内成功，那么存在导线损坏。
（3）圆形模式匹配
Shiaw-Shian Yu提出和实现了一种基于辐射状编码到硬件的艺术品和空板检测技术基本原则是一个32*32的图形窗口在PCB图像中从左到右从上到下移动。使用一个模板比较仪来实现编码，而使用缺陷检测算法来验证编码以判断编码是否相抵触。一个缺陷位置记录器记录徒儿线的位置和在这个区域中的缺陷总数。
（3） 学习方法
射线匹配算法
形状比较方法
4. 商用系统
设计一个商用检测系统必须考虑许多因素：硬件、软件、系统生产力、多功能性和可靠性。
结论
通过最近的学习，了解了一些关于PCB板检测的知识，对各种检测算法有了初步的了解，掌握了一定的专业词汇，但由于知识面的缺乏，对于算法还不能详尽的理解。

词汇vocabulary
Misplacement 遗忘，误放 misregistration 错误配准
Photomask 光罩 film 胶卷
Parasite 寄生电容 uniformity 一致性
Multiplayer PCB 多层板 directionality 方向性
Phototool 底片 ，光具 resolution 分辨率
Photoresist 光刻胶，光致抗蚀剂 morphology 形态学
Halide 卤化物 dilation 扩大，膨胀
Etch 蚀刻 erosion 腐蚀
Laminography X射线分层摄影法 container 集装箱
Maching 加工，制造 dimensional 空间的，尺寸的
Masking 加工，制造 idealize 使完美
Anomalies 异常现象 somewhat 多少，稍微
Afflict 折磨，使痛苦 identical 同一的，完全相同的
Micron 微米 geonetric 几何学的
Nick 刻痕，缺口 alignment 结盟，队列，校准
Parenthesis 园括号 permissible 可允许的
Pinhole 针孔 elliptic 椭圆的，省略的
Printed wiring 印刷线 symmetrical 匀称的，对称的
Tolerance 容忍，公差 protrusion 突出物
Thermal expansion 热膨胀 solder 焊接
Electrolysis 点解 reference 参考
Custom 特定的 approach 接近，方法，途径
Subassembly 组件 fabricate 制造，伪造
Terminology 术语，术语学 oxide 氧化物
Shrinking 萎缩的，收缩