专利名称：基于fpga的印刷电路板检测方法
技术领域：
本发明涉及一种印刷电路板的检测方法，尤其涉及一种印刷电路板自动检测的方法。(二) 背景技术目前，印刷电路板的设计日益复杂，集成化程度日益提高，传统的人工检测已经无法满 足检测的效率要求，特别是无法快速发现印刷线路板中违反设计规则的细微特征，不能准确 判断缺陷的类型，影响了电路板的质量。迫切需要一种印刷电路板的自动检测方法，从根本 上提高其生产效率和良品率，并反馈到生产环节中指导生产。(三) 发明内容本发明的目的是提供一种基于FPGA的印刷电路板检测方法，要解决印刷电路板设计规则 细微特征的快速自动检测、提高检测效率的问题。 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 一种基于FPGA的印刷电路板检测方法，其特征在于应用光学取像、成像装置和图像数据分析处理系统，图像数据分析处理系统应用现场可 编程门阵列器件，将印刷电路板置于光源下方，由预先存储了印刷电路板的标准设计规则参 数和査找表数据的现场可编程门阵列器件向印刷电路板任意指定像素发出 一系列的同态圆、 中心圆和确认圆，分析以该像素为中心的33X33邻域的像素分布，确定该线像素的尺寸，是 否为特征的中心，分析确认圆上的像素分布，最终确定该像素所属的缺陷类型。上述现场可编程门阵列器件含有可配置逻辑块、存储器、数字时钟管理�？�、接口�？� 和互联布线的现场可编程门阵列器件，其可配置逻辑块包括顺次连接的圆环产生器�？�、同 态圆处理器�？椤⒅行脑惭≡衿髂？�、中心圆处理器�？椤⑷啡显惭≡衿髂？�、确认圆处理 器�？�、确认圆査找表�？�、确认圆比较器�？楹吞卣鞔砥髂？椋觳獠街枞缦虏街鑜:先向存储器输入图像数据、印刷电路板的标准设计规则参数和査找表数据；步骤2:在圆环产生器�？橹写唇ㄍ�、中心圆和确认圆；步骤3:同态圆处理器�？橹惺褂迷不凡鞑耐玻谥行南袼氐�33X33邻域 内逐个检査不断增大的圆环，如果圆环内所有的像素是相同的状态，全0或者全1，检査阵列 中的下一个圆环，重复这个过程，直到不再满足同态的条件，产生的最大圆环被确定为同态 圆，根据同态圆确定该特征的尺寸；步骤4:根据特征的尺寸选择紧中心圆和松中心圆，中心圆选择器�？榛谕泊� 器�？榈慕峁≡裰行脑玻缓蠼渌偷街行脑泊砥髂？椋徊街�5:在中心圆处理器�？橹欣弥行脑踩范�33X33邻域的中心像素是否是一个特征 的中心；步骤6:由确认圆选择器�？楦萏卣鞯某叽纾《ㄒ桓鋈啡显玻缓蠼渌偷饺啡显� 处理器；步骤7:确认圆处理器模块分析确认圆上的像素，并统计各向量的数目，计算确认圆上 的下列统计值印刷电路板导体的数目，像素转换的次数，对称非导体对的数目，对称导体 对的数目，非对称对的数目；步骤8:在确认圆査找表�？橹惺褂猛泊砥骱椭行脑泊砥鞯慕峁范ㄒ桓鰱� 找表的地址，将统计信息和査找表中的数值进行比较；步骤9:根据比较结果确定特征类型，确认圆比较器�？楸冉先啡显泊砥髂？榈慕峁� 和确认圆査找表中的结果，然后将结果送到特征处理器�？椋邢乱徊降拇恚徊街�10:特征处理器�？榻邮沾油泊砥髂？椋行脑泊砥髂？楹腿啡显脖冉掀� �？榈慕峁颜飧鼋峁陀没淙氲募觳獠问斜冉希萆杓乒嬖蛑械玫降奶卣骼� 型，在査找表中最终确定该像素所属的缺陷类型，基于比较结果产生设计规则校验缺陷报告在步骤1中，査找表包含最小导体的值，最大的像素转换次数，最大的对称非导体对， 最大的对称导体对，最大的非对称像素对的个数。在步骤4中，中心点有三个类型2-型，4-型，3-型中心点。如果中心圆上对角线两端的像素点的值和同态圆相反，确定此特征为2-型中心点；如果中心圆上的四个像素点的值，每个点相隔90度，则确定此特征为4-型中心点；3-型中心点和4-型中心点相同，只是需要检 査四个像素点中的任意三点；若出现同时满足几个类型的中心点的情况，根据优先级确定是 哪种类型的中心点。在步骤7中，査找表包含最小导体的值，最大的像素转换次数，最大的对称非导体对， 最大的对称导体对，最大的非对称像素对的个数。统计确认圆上各分量数据，包括最小导体 的值，最大的像素转换次数，最大的对称非导体对，最大的对称导体对，最大的非对称像素 对的个数，然后和査找表中的相应值进行比较，综合上述分量，确定此像素的特征类型。在步骤10中，缺陷包括印刷电路板导体的最小间距违反、最小线宽违反、最大线宽违 反、�。縇、鼠咬或斑点。一种基于FPGA的印刷电路板检测系统，包括光学取像、成像装置和图像数据分析处理系 统，其特征在于图像数据分析处理系统包括一个含有可配置逻辑块、存储器、数字时钟管 理�？�、接口�？楹突チ枷叩南殖】杀喑堂耪罅衅骷渲校娲⑵髦写嬗杏∷⒌缏钒宓� 标准设计规则参数和査找表数据；可配置逻辑块包括顺次连接的圆环产生器�？�、同态圆 处理器�？�、中心圆选择器模块、中心圆处理器�？�、确认圆选择器�？�、确认圆处理器模 块、确认圆査找表�？�、确认圆比较器�？楹吞卣鞔砥髂？椤Ｓ胂钟屑际跸啾缺痉⒚骶哂幸韵绿氐愫陀幸嫘Ч痉⒚饔τ孟殖】杀喑堂耪罅� (FPGA)，现场可编程门阵列(FPGA)是基于通过可编程互联连接的可配置逻辑块(CLB) 矩阵的可编程半导体器件。使用一系列的同态圆、中心圆和确认圆，分析以该像素为中心的 33X33邻域的像素分布，确定该线像素的尺寸，是否为特征的中心，分析确认圆上的像素 分布，最终确定该像素所属的缺陷类型。通过分别由同态圆确定该像素的尺寸，由中心圆确 定像素是否为特征的中心，以及中心类型，由确认圆确定像素的特征类型，然后分析确认圆 上的像素分布，通过査找表确定缺陷的类型，并与确认圆的分析结果相比较，最终根据同态 圆、中心圆和确认圆的上述分析、比较结果生成设计规则校验缺陷检测报告。本发明可以检测出印刷线路板中违反设计规则的细微特征和缺陷，缺陷的类型包括铜 渣、焊盘尺寸违反、线条过宽、线条过窄、�。縇、鼠咬、间距尺寸违反等。本发明可以准确 判断缺陷的类型，及时发现细微错误，快速高效，判断准确，提高电路板的质量和检测效率。(四)
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。 图l是本发明使用的圆环同态圆、紧和松中心圆、确认圆。 图2是找到中心的示意图。 图3是本发明检测方法的示意图。 图4是本发明FPGA结构设计的框图。 图5是本发明检测步骤的框图。附图标记1 —同态圆、2 —中心圆、2. l-紧中心圆、2.2 —松中心圆、3 —确认圆、4 — 适用的最大圆环、5 —导体。
具体实施方式
本发明的检测方法实施例参见图l、图2、图3所示，本发明应用光学取像、成像装置和 图像数据分析处理系统，图像数据分析处理系统应用现场可编程门阵列器件，使用一系列的 同态圆、中心圆和确认圆，分析以该像素为中心的33X33邻域的像素分布，确定该线像素的尺寸，是否为特征的中心，分析确认圆上的像素分布，最终确定该像素所属的缺陷类型。使用同态圆，在以该像素为中心的33X33区域内逐个检査不断增大的圆环，如果圆环内所有的像素是相同的状态，全0或者全1，同态圆处理器会检査阵列中的下一个圆环，重复这个过程，直到不再满足同态的条件，产生的最大圆环被确定为同态圆。中心圆处理器将中心点划分为三类2-型中心点、3-型中心点和4-型中心点。如果中心圆上对角线两端的像素点的值和同态圆相反，确定为2-型中心点；如果中心圆上的四个像素点的值，每个点相隔90度，则确定此特征为4-型中心点；3-型中心点和4-型中心点相同，只是需要检査四个像素点中的任意三点。统计确认圆上各分量数据，包括最小导体的值，最大的像素转换次数，最大的对称非导体对，最大的对称导体对，最大的非对称像素对的个数，然后和査找表中的相应值进行比较，综合上述分量，确定此像素的特征类型。根据得到的特征类型，在査找表中最终确定该像素所属的缺陷类型。 图4、图5为本发明提供的基于FPGA的新型DRC方法的基本流程图，该方法包括以下步骤 步骤l:先向存储器输入图像数据、印刷电路板的标准设计规则参数和査找表数据； 步骤2:在圆环产生器�？橹写唇ㄍ�、中心圆和确认圆。目前，有30个同态圆ss-ring、 32个中心圆-cring和9个确认圆v-ring，分别用于确定特征的大小、中心和特征类型，然后根据査找表确定缺陷的类型。图l显示了在一个像素点使用的每个圆环类型。步骤3:同态圆处理器�？橹惺褂迷不凡鞑耐玻谥行南袼氐�33X33邻域内逐个检査不断增大的圆环。如果圆环内所有的像素是相同的状态，全0或者全1，处理器会检査阵列中的下一个圆环。重复这个过程，直到不再满足同态的条件，产生的最大圆环被确定为同态圆。步骤4:中心圆选择器�？榛谕泊砥髂？榈慕峁≡裰行脑玻渭�2，然后将 其送到中心圆处理器。步骤5:在中心圆处理器�？橹腥范�33X33邻域的中心像素是否是一个线条/间距/特征 的中心。步骤6:确认圆选择器根据同态圆处理器的结果，选定一个确认圆，然后将其送到确认 圆处理器。步骤7:确认圆处理器�？橛糜诩扑闳啡显采系南铝型臣浦档继宓氖浚袼刈坏� 次数，对称非导体对的数目，对称导体对的数目，非对称对的数目。步骤8:在确认圆査找表�？橹惺褂猛泊砥骱椭行脑泊砥鞯慕峁范ㄒ桓鰱苏冶淼牡刂�。比较査找表的值和确认圆处理器的结果来确定缺陷。min/max査找表包含最小 导体的值，最大的像素转换次数，最大的对称非导体对，最大的对称导体对，最大的非对称 像素对的个数。通过主机可以修改min/max的值。步骤9:确认圆比较器�？楸冉先啡显泊砥鞯慕峁腿啡显矕苏冶碇械慕峁�。然后将 结果送到特征处理器，进行下一步的处理。步骤10:特征处理器�？榻邮沾油泊砥鳎行脑泊砥骱腿啡显脖冉掀髂？榈慕� 果。把这个结果和用户输入的DRC参数进行比较，参见图3，在检测某导体线条时，左边第一 个最大圆的半径和像素数小于标准设计规则参数，右边第一个最大圆的半径和像素数大于标 准设计规则参数，两处均属缺陷。基于比较结果产生设计规则校验(DRC)缺陷报告。缺陷 包括最小间距违反，最小线宽违反，最大线宽违反，�。縇，鼠咬、斑点。参见图4， 一种基于FPGA的印刷电路板检测系统，为含有可配置逻辑块、存储器、数字 时钟管理�？�、接口�？楹突チ枷叩南殖】杀喑堂耪罅衅骷渲校娲⑵髦写嬗杏∷⒌� 路板的设计规则参数和査找表数据；可配置逻辑块包括圆环产生器�？�、同态圆处理器模 块、中心圆选择器�？�、中心圆处理器�？�、确认圆选择器�？�、确认圆处理器�？椤⑷啡� 圆査找表模块、确认圆比较器�？楹吞卣鞔砥髂？�。
权利要求
1. 一种基于FPGA的印刷电路板检测方法，其特征在于应用光学取像、成像装置和图像数据分析处理系统，图像数据分析处理系统应用现场可编程门阵列器件，将印刷电路板置于光源下方，由预先存储了印刷电路板的标准设计规则参数和查找表数据的现场可编程门阵列器件向印刷电路板任意指定像素发出一系列的同态圆、中心圆和确认圆，分析以该像素为中心的33×33邻域的像素分布，确定该线像素的尺寸，是否为特征的中心，分析确认圆上的像素分布，最终确定该像素所属的缺陷类型。
2 根据权利要求1所述的基于FPGA的印刷电路板检测方法，其特征在 于上述现场可编程门阵列器件含有可配置逻辑块、存储器、数字时钟管理�？椤⒔涌谀？� 和互联布线的现场可编程门阵列器件，其可配置逻辑块包括顺次连接的圆环产生器�？�、同 态圆处理器模块、中心圆选择器�？�、中心圆处理器�？椤⑷啡显惭≡衿髂？�、确认圆处理 器�？�、确认圆査找表模块、确认圆比较器模块和特征处理器模块，检测步骤如下步骤l:先向存储器输入图像数据、印刷电路板的标准设计规则参数和査找表数据； 步骤2:在圆环产生器�？橹写唇ㄍ�、中心圆和确认圆；步骤3:同态圆处理器模块中使用圆环产生器产生的同态圆，在中心像素的33X33邻域 内逐个检査不断增大的圆环，如果圆环内所有的像素是相同的状态，全0或者全1，检査阵列 中的下一个圆环，重复这个过程，直到不再满足同态的条件，产生的最大圆环被确定为同态 圆，根据同态圆确定该特征的尺寸；步骤4:根据特征的尺寸选择紧中心圆和松中心圆，中心圆选择器�？榛谕泊� 器�？榈慕峁≡裰行脑玻缓蠼渌偷街行脑泊砥髂？椋徊街�5:在中心圆处理器模块中利用中心圆确定33X33邻域的中心像素是否是一个特征 的中心；步骤6:由确认圆选择器�？楦萏卣鞯某叽纾《ㄒ桓鋈啡显玻缓蠼渌偷饺啡显� 处理器；步骤7:确认圆处理器�？榉治鋈啡显采系南袼兀⑼臣聘飨蛄康氖浚扑闳啡显采系南铝型臣浦涤∷⒌缏钒宓继宓氖浚袼刈坏拇问猿品堑继宥缘氖浚猿频继� 对的数目，非对称对的数目；步骤8:在确认圆査找表�？橹惺褂猛泊砥骱椭行脑泊砥鞯慕峁范ㄒ桓鰱� 找表的地址，将统计信息和査找表中的数值进行比较；步骤9:根据比较结果确定特征类型，确认圆比较器�？楸冉先啡显泊砥髂？榈慕峁� 和确认圆査找表中的结果，然后将结果送到特征处理器�？椋邢乱徊降拇恚徊街�10:特征处理器�？榻邮沾油泊砥髂？椋行脑泊砥髂？楹腿啡显脖冉� 器模块的结果，把这个结果和用户输入的检测参数进行比较，根据设计规则中得到的特征类 型，在査找表中最终确定该像素所属的缺陷类型，基于比较结果产生设计规则校验缺陷报告
3.根据权利要求1中所述的基于FPGA的印刷电路板检测方法，其特征 在于在步骤1中，査找表包含最小导体的值，最大的像素转换次数，最大的对称非导体 对，最大的对称导体对，最大的非对称像素对的个数。
4.根据权利要求1中所述的基于FPGA的印刷电路板检测方法，其特征 在于在步骤4中，中心点有三个类型2-型，4-型，3-型中心点。如果中心圆上对角线两 端的像素点的值和同态圆相反，确定此特征为2-型中心点；如果中心圆上的四个像素点的 值，每个点相隔90度，则确定此特征为4-型中心点；3-型中心点和4-型中心点相同，只是需 要检査四个像素点中的任意三点；若出现同时满足几个类型的中心点的情况，根据优先级确 定是哪种类型的中心点。
5.根据权利要求1中所述的基于FPGA的印刷电路板检测方法，其特征 在于在步骤7中，査找表包含最小导体的值，最大的像素转换次数，最大的对称非导体 对，最大的对称导体对，最大的非对称像素对的个数。统计确认圆上各分量数据，包括最小 导体的值，最大的像素转换次数，最大的对称非导体对，最大的对称导体对，最大的非对 称像素对的个数，然后和査找表中的相应值进行比较，综合上述分量，确定此像素的特征类 型。
6.根据权利要求1中所述的基于FPGA的印刷电路板检测方法，其特征 在于在步骤10中，缺陷包括印刷电路板导体的最小间距违反、最小线宽违反、最大线宽违反、�。縇、鼠咬或斑点。
7. 一种基于FPGA的印刷电路板检测系统，包括光学取像、成像装置 和图像数据分析处理系统，其特征在于图像数据分析处理系统包括一个含有可配置逻辑块、存储器、数字时钟管理�？�、接口�？楹突チ枷叩南殖】杀喑堂耪罅衅骷渲校� 储器中存有印刷电路板的标准设计规则参数和査找表数据；可配置逻辑块包括顺次连接的 圆环产生器�？�、同态圆处理器�？�、中心圆选择器模块、中心圆处理器�？�、确认圆选择 器�？�、确认圆处理器�？�、确认圆査找表�？�、确认圆比较器�？楹吞卣鞔砥髂？椤�
全文摘要
一种基于FPGA的印刷电路板检测方法，应用光学取像、成像装置和图像数据分析处理系统，图像数据分析处理系统应用现场可编程门阵列器件，将印刷电路板置于光源下方，由预先存储了印刷电路板的标准设计规则参数和查找表数据的现场可编程门阵列器件向印刷电路板任意指定像素发出一系列的同态圆、中心圆和确认圆，分析以该像素为中心的33×33邻域的像素分布，确定该线像素的尺寸，是否为特征的中心，分析确认圆上的像素分布，最终确定该像素所属的缺陷类型。用于检测印刷线路板中违反设计规则的细微特征和缺陷。
文档编号G01N21/956GK101216437SQ200810300130
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者付纯鹤, 姚立新, 云 张, 连军莉, 邴守东, 魏祥英 申请人:中国电子科技集团公司第四十五研究所
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