Способ контроля печатных плат и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01R31/02 

Изобретение относится к дефектоскопии и может быть использовано в отраслях промышленности, связанных с изготовлением электронной техники, в частности, печатных плат.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и достоверности контроля.

Сущность способа заключается в том, что контролируемую и эталонную поверхность облучают излучением определенного спектрального состава, одновременно охлаждают исследуемую поверхность контролируемого объекта или эталонную, выделяют отраженное и генерированное излучение объекта и эталона в заданном спектральном диапазоне, преобразуют оптическое излучение и электрический сигнал,

усиливают полученные сигналы обратно пропорционально мощности облучения, сравнивают электрические сигналы, полученные в результате различного распределения отраженного и генерированного излучения контролируемого и эталонного изображений, с этой -целью выполняет бинаризацию сигналов эталонного и контролируемого изображений, для чего выполняют бинаризацию сигналов изображений, сравнивая полученные сигналы с их адаптивно выбираемыми пороговыми значениями, затем из сигналов каждого изображения дополнительно формируют (т+1)2-1 задержанных один относительно другого гигналол, причем времена задержек Ј выбираю ч условия с; kfi +n(l + рЈ где 0 - лррмя, за

О5 00 4 J 4

которое считывают минимальный отдельно регистрируемый элемент изображения, 1 - время развертки одной строки с длительностью импульса гашения k, n, p - коэффициенты, которые принимать значения от О

до т, а га определяют как га - ,

о

где Д. - время, за которое считывается промежуток изображения, соответствующий максимальному суммарному смещению изображений элементов печатных плат в результате неточности изготовления проводников, неточность установки эталонной и контролируемой печатных плат под считывающими фотоприемниками и дефектов оптических систем, полученные сигналы эталонног изображения сравнивают с сигналами контролируемого изображения и считывают изображения идентичными, если хотя бы один из полученных сигналов эталонного изображения сравнивается одним из сигналов контролируемого по всем точкам в предепах элементарной площадки изображения, большей ( ftV)2-, где V - скорость считывания изображения. Для этого выполняют матричное кодирование сигналов сравнения, выделяют из них элементарные площадки изображения со стороной 2т+1 точек изображения и регистрируют совпадение изображений только для площадок, в которых во всех точках имеет место сигнал сравнения хотя бы для одной пары сигналов, сформированных из сигналов эталонного и контролируемого изображений.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства на фиг. 2-5 - схемы отдельных блоков.

Устройство содержит источник 1 излучения, преобразователи 2 и 3 оптического излучения с устанавливаем ми перед их объективами полосовыми фильтрами 4 и 5, блок 6 развертки подключен через усилители мощности 7 и 8 к управляющим входам преобразователей 2 и 3 оптического излучения, выходы которых через блоки 9 и 10 бинаризации подключены соответственно к входам блоков линии 11 и 12 задержки, выходы которых попарно, за исключением выходов с одинаковыми временами задержки, подключены к соответствующим входам блока 13 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которого подключены к первым входам блока

5

0

5

0

5

0

5.

0

5

14 определения совпадении ь ибраже- ння, выходы которых подключены на вход элемента ИЛИ-НЕ 15, выход которого подключен на вход блока 16 программного управления, выходы которого подключены на вход привода предметного стола 17, на котором с помогдью кондукторов устанавливают эталонную (Э) и контролируемую (К) печатные платы, выход строчной развертки блока 6 развертки подключен через формирователь 18 на R-вход управляющего счетчика 19, дополнительно выход формирователя подключен на вход умножителя 20, выход которого подключен на счетный вход управляющего счетчика 19 и,на вход многоканального усилителя 21 выходных сигналов, на остальные входы которого подключены через схему И выход умножителя 20 и первый разряд счетчика 19, а затем остальные выходы управляющего счетчика 19. Выходы многоканального усилителя 21 обозначены в соответствии с усиливаемыми сигналами от 2° до 2 и подключены к вторым входам линий задержки блоков 11 и 12 и вторым входам блока 14 определения совпадений изображения. Кроме того, выходы преобразовав 1 iru оптического излучения 2 и 3 псдключ ны соответственно к входам видеогонгрольного блока, соде тащего мо шторы 22 и 23.

На фиг. 2 изображено построение линии задержки на 1 строку, обозначение 11.1 и 12.1.

Линия задержки состоит из последовательно соединенных запоминающего элемента 24.1 и D-триггера 25.1. На первый вход запоминающего элемента 24.1 подается сигнал, подлежащий задержке, на вход управления записью и считывания W - сигнал с выхода умножителя 20 частоты, на вход D-триггера - выходной сигнал первого разряда управляющего счетчика 19, а выходные сигналы остальных разрядов на входы АО...АП запоминающего элемента 24.1.

На фиг.З изображена функциональная схема блока 14 опредапения совпадений изображения.

Блок 14 определения совпадений состоит из нескольких каскадов 25.1.. 25.n совпадения элементов строк, выходы которых подключены на вход блока 14, а входы за исключением перт

s

вого каскада 25.0 ПОСЛСДОРЯТ елы о поя ключены друг за другом через цифровые линии задержки на строку к первому входу блока 14 определения совпадений Входы цифровых линий задержки подключены аналогично входам цифровой линии 11.1 задержки. Каждый из каскадов совпадения элементов строк состоит из инвертора 14.1, элементов И 14.2, 14.3, счетчика 14.4, схемы И-НЕ 14.5, второго инвертора 14.6. Причем первый вход подключен к входу инвертора 14.1 и одному из входов первой схемы 14.2 И, выход инвертора 14.1 подключен на вход второго элемента 14.3 И, выход которо/ подключен на R-вход счетчика 14.4, выходы которого подключены к входам элемента И-НЕ 14.5, выход которого подключен на второй иход элемента И 14.2 к на вход второго инвертора, выход которого и является выходом блока 14. Кроме того, второй вход блока 14 определения совпадений подключен на второй и третий входы схемы 14.2, выход которой подключен на счетный вход счетчика 14.40

На фиг.4 изображена схема линии 11.2 задержки и аналогичной ей 12.2. Линия задержки состоит из последовательно соединенных П-триггеров 26.1-26.3. На D-вход первого триггера поступает сигнал, который необходимо задержать, а на параллельно включенные С-входы поступает тактирующий импульс с усилителя 21.

На фиг.5 представлена функциональная схема блоков 9 и 10 бинаризации.

Схема включает компаратор 27, интегратор 28, линию 29 задержки на время, равное периоду строчной развертки минус время интегрирования интегратора, масштабный усилитель 30 и выходной усилитель 3 1. Первый вход компаратора непосредственно подключен к входу блока бинаризации, а второй через последовательно включенные интегратор, линию задержки и масштабный усилитель. Выход компаратора через выходной усилитель подключен к выходу блока бинаризации.

Сущность способа определяется тем что при контроле печатных плат требуется решать ряд задач по формированию контрастного изображения исследуемого объекта и осуществлять срав84 7416

нение изображении в у тпинх, -i t

1 отк.„кжс nut размеров п i алаином ;T.UIV- ске должно оцениваться как сравнимое и-, гражгьмя . Получить контряст- у Hrie изиСфа; п ° гисун ор (например, ког/п TTaju. (оскоо тмкрмтш- наносится i:a б ..i i ую по пне гу диэлектрическую огног или основу из тругого

1П металпа), при облучении pucvn- ков монохроматическим излучением с длинен волны, различно отряжаемой металлом рисунка и подложки или придающим отраженному иялучению

it различную пгяяризацию. Использование йиль-1 ов позволяет ослабить влияние боковых засветок на контрастность изображения или пропустить ня преобразователи оп20 тнческого излучения только излучение одной поляризации. Использование операций облучения эталонной и контролируемой поверхностей излучением заданного спектрального

25 состава, одновременное создание перепада температур за счет принудительного охлаждения и фильтрации регистрируемого излучения позволяет не только повысить контрастность опЗо тнческого изображения проводников, но и регистрировать загрязнение проводников материалами, практически не заметными в видимом свете, например тонкие жировые пленки, и регистрировать отслоение проводников от подложки. Это достигается за счет того, что условие теплопередачи проводника при его нагреве и охлаждении подложки зависят от мехадд нического контакта мжеду проводником и подложкой. В зоне плохого сцепления наблюдается перегрев при регистрации в инсЬракрасном свете, его можно зарегистрировать при нагре45 ве проводника всего на несколько градусов, которое можно осуществить различными способами, например СВЧ- излучением. Операции преобразования оптического излучения в электри50 ческий сигнал и бинаризация получен- ного сигнала являются операциями традиционными, отличие заключается только л .том,что порог сравнения при бинаризации выбирается в зависимости от средней

55 интенсивности регистрируемого излучения, которая определяется мощностью облучения.Изменяя порог для различных участков контролируемого и эталонного4 изображений, исключают влияние неряв35

HOMt МНИ 7 И об.ПчеИИЯ И рО Г ИГ ГрЛПИИ р.МЧИЧПЫХ УЧЖ ТКОП КОШрОЛИрУГМОГО И

ре i игтрирч омого изображений на клче- стно бинарного сигнала.

Формирование задержанных один относительно другого гигнлдоп позволяет сформировлТР чесолько иэобрляеьи , сдвинутых относительно друг друга.

Так, если точки эталонного и контролируемого изображений совпадают, т будут совмещены незадержанные сигналы двух изображений. Если контролируемое изображение сдвинуть в сторону запаздывания, а при строчной раз вертке слева направо, -это соответст вует отклонению влево по строке, то для совмещения сигналов необходимо задержать сигнал эталонного изображения на время опережения.

При смешениях вверх или вниз задержка должна составлять величину, кратную периоду строчной развертки. Так, при смещениях на один элемент изображения, регистрируемого преобразователем оптического излучения, для совмещения первой точки эталонного изображения смещенным во вторую точку контр Лируемым изображением совмпчая сигналы i g + S и i, для первой и третьей точек- си -налы % и i у S соответственно, первой и четвертой точек - сигналы i +1 +S и ik; первой и пятой точек - сигналы i 9 1 и первой к шестой точек - сигналы i g + 1 и i и ; первой и седьмой точек сигналы ig+1 и и восьмой точек сигналы т и i k + 1 , первой и девятой точек - сигналы i и i у, + I + с) , где 1К и i j - сигналы контролируемого и -эталонного изображений, а о и 1 соответственно задержки на время прохождения разверткой элемента строки и период строчной развертки. Таким образом нам удается сопоставить изображе-. ния при их отклонении в любом на- пр влении на величину, равную одном элементу изображения. Аналогично можно увеличить в К раз величину контролируемого отклонения, но в этом случае необходимо в К раз увеличить и величину временных задержек, а чтобы не пропустить промежуточные смещения необходимо иметь набор задержек с краткостью от 1 до 1 . Но совпадений отдельных f-ше недостаточно дгтя принятия

решения о совпадении изображении. Совпадением можно счнтлт .тип, спу- чаи, когда сигнапы совпапсния регистрируются непрерывно m ппотяди изображения, ГПОТПРТСТВУКИЧРЙ ппощади максимально возможного отклонения эта- чонного и контролируемого изображений .

Устройство работает следующим образом.

Предварительно определяют по спектральным характеристикам коэффициенты поглощения для материалов проводника

5 и подложки, выбирают диапазон частот, J3 котором разница между коэффициентами поглощения имеет максимальное значение. После этого генерируют излучение в выбранном диапазоне частот

0 источники 1 излучения и облучают эталонную О) и контролируемую (К) печатную платы. Отраженное от плат излучение проходит через полосовые фильтры А и 5 и регистрируется скани5 рующими преобразователями 2 и 3, которые синхронно управляются сигналами блока 6 разверток, усиленными усилителями 7 и 8 мощности, выполненными 13 виде электронных повторителей. Вы0 ходные сигналы преобразователей 2 и 3 оптического излучения поступают соответственно на входы блоков 9 и 10 бинаризации, где из них формируются двух 4ювневые сигналы. Особенностью

5 указанных блоков является тот факт, что для адаптивного формирования порогового уровня используется не среднее значение сигнала предыдущей части строки, а среднее значение сиг- 0 нала строки, непосредственно проходящей над строкой, бинарный сигнал юторой формируется. Так как сиг- лы соседних строк мало отличаются друг от друга, то для формирования 5 среднего значения используется сигнал, подобный сигналу, подлежащему бинаризации. Время интегрирования выбирается равным только части длительности строки. Это важно в тех 0 случаях, когда в качестве преобразователей 2 и 3 оптического излучения рспользуются видиконы, постоянная составляющая сигналов которых сильно изменяется в течение длительно- j5 сти одной строки.

. Бинарные ситнапы т г.ходы линий 11.1, 11.2, Ь . 1 i, 1..2 адержки.

Работа линии задержки основана на том, что перезапись в триггер производится по фронту тактирут - о импульса и хранится на выходе триггера до прихода следующего импульса. Таким образом входной сигнал, поданный на D-вход первого триггера, передается от первого триггера 26.1 к второму триггеру 26.2 и так далее с каждым новым тактирующим импульсом Так работает линии 11.2 и 12.2эадерж- ,ки. Линии 11.1 и 12.1 задержки на строку работают подобным образом, но задержка на строку осуществляется за счет того, что прежде чем информационный сигнал поступит на вход D-триггера 25.1 должны последовательно пройти все сигналы, записанные ячейки запоминающего элемента 24.1. Это достигается тем, что в момент поступления тактирующего импульга переписывается в D-триггер уже записанная информации, а затем в нее заносится сигнал, поступающий с блока бинаризации. Это происходит потому, что управляющий воспроизведением и записью сигнал, поступающий на W- вход запоминающего элемента 24.1, имеет частоту в два раза более высокую чем частота информационных сигналов. Задержанные и незадержанные сигналы эталонного и контролируемого изображений попарно сравниваются элементами 1 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходные сигналы которых поступают на входы блока 14 определения совпадений. Поскольку совпадением изображений можно считать совпадение распределений отраженного света контролируемых поверхностей, а не отдельных точек, то для регистрации совпадений изображений необходимо не только зарегистрировать отдельные совпадения, но и набрать из точек совпадения заданную поверхность. Ее размер должен быть равен или больше размера проекции площадки, образованной максимально допустимым отклонением размеров контролируемой детали по всем направлениям. Эту цель реализует блок 14 совпадений, в нем из поступающих последовательно сигналов совпадения набирается поверхность совпадения, Для этого подсчитывают число совпадений вдоль одной строки счетчиком 14.4 и при достижении заданного числа совпадений в строке с помощью схемы

И-НК {4 . формируют снгна т, запрещающий прохождение подсчитываемых ИМПУНЬ ОВ чореч схему И 14.2. В то 5 же п ,емч . схемы И-НЕ 14.5 через инвертор . , являясь сиг чалом сочпад ниь одной стгрокн, поступает кл од блока 14 f оГпрдиняю- щей все совпадения по от- 0 дельным стри -ам. Таким обратом, пы- хоцной сигнал блока 14 будет равен 1, только в том случае, если совпадут изображения, вдоль нескольких последовательных строк. Следователь- 5 но размер эл ментарнон сравниваемой поверхности по горизонтали определяется разрядностью сметчика, подключенной к схеме И-НЕ 14.5, а по вертикали - числом каскадов совпа- 0 дения предыдущих строк 25,0, 25.п. На счетный вход и вход обнуления счетчиков поступает один и тот же тактирующий сигнал через схемнИ14.2 и 14.3, но управляющий сигнал посту- 5 пает на схему И 14.3 и через инвертор 14.1, поэтому при несовпадении сигналов исходных изображений сигнал проходит через схему 14.3 и обнуляет счетчик 14.4, а это приводит к 0 формированию сигнала несовпадения на выходе блока 14 совпадений.

Согласно способу сравнимыми изображениями считают такие изображения, сигналы которых могут сформи- 5 ровать сигнал совпадения блока 14 совпадений, поэтому все выходы блока 14 совпадения объединены элементом i 1ШИ-НЕ 15. Выходной сигнал элемента

ИЛИ-НЕ 15 поступает на вход остановки 0 блока 16 программного управления. Шаг перемещений выбирается меньшим регистрируемого преобразователем оптического изображения на величину двойного результирующего допу- 5 ска на изготовление проводников, установку печатных плат и смещений, вызванных искажениями оптической системы.

Сигналы управления и тактирующие 0 сигналы формируются из сигналов строчной развертки. С помощью формирователя 18 согласуют уровень сигнала гашения с уровнем 1 цифровых микросхем и подают этот сигнал на R-вход 5 i счетчика 19. Кроме того, этот же сигнал поступает на вход умножителя 20 частоты, коэффициент умножения которого определяется числом элементарных точек изображения в строке и

соотношением длительности строки к длительности сигняла гашения. Так при 512 точках за 51,2 икс и длительности сигнала гашения 12,8 мкс коэффициент умножения выбирается равным 1280„ Импульсы умножителя частоты поступают на счетный вход счетчика 19, усиленные выходные сигналы которого являются управляющими адреса ОЗУ для всех цифровых линий задержки, а усиленный сигнал умножителя является для них управляющим сигналом записи-воспроизведения. Тактирующие ИМПУЛЬСЫ формируют, ЛрОПу-

екая сигнал умножителя 20 частоты и первого разряда счетчика 19 через схему И.

Устанавливают эталонную и контролируемую печатные платы в кондукторы предметного стола, которые могут быть выполнены в виде двух пар, симметрично расположенных относительно преобразователей 2 и 3 оптического излучения, на которые с натягом и одеваются в технологические отпер-- стия печатные платы. После установки плат кнопкой Пуск блока 16 программного управления (не показана) начинается перемещение предметного стола, которое продолжается до конца сравнения изображений или до появления сигнала несравнения. При его появлении перемещение по программе -п прекращается и оператор сможет уви.- деть на мониторах 22 и 23 увеличенные изображения эталонной и контролируемых частей печатных плат, рисунки которых отличны. Оператор принимает решение, считать ли заре- гистрированное отклонение рисунков браком и в случае, .если сочтет отклонение не существенным, кнопкой Пуск продолжает контроль печатных плат.

Формула изобретения

1. Способ контроля печатных плат, заключающийся в том, что облучают контролируемый и эталонный объекты оптическим излучением, регистрируют по интенсивности отраженного излучения функцию распределения яркостей на поверхности контролируемого и эталонного объектов и формируют сигнал совпадения функций распределения яркостей, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и достоверности контроля, для облучения контролируемого и эталонного объектов используют оптическое излучение первого спектрального диапазона, перед регистрацией интенсивности фильтруют излучение во втором спектральном диапазоне, преобразуют излучение в электрический сигнал, который подвергают бинаризации с адаптивно-изменяющимся порогом, формируют из этого сигнала (т+1) -1 задержанных сигналов изображений, причем времена задержек выбирают из условия

Ј; kЈ+ n(i +РЈ),

0 5 0 „

5

5

0

5

гае t, - времена задержки;

О - время считывания минимально-регистрируемого элемента изображения k,P,n - целые числа, причем 0 4k,

р, пЈ т, где т Л/5, А - время считывания изображения, соответствующего максимальному допустимому смещению изображений из-за неточности установки контролируемого и эталонного объектов,

полученные сигналы изображения эталонного объекта сравнивают с сигналами изображения контролируемого объекта, выполняют матричное кодирование игналов сравнения, выделяют из них элементарные площадки со стороной 2га+1 точек изображения и считают изображения идентичными, т.е. печатную плату годной, если хотя бы один из сигналов изображения эталонного объекта во всех точках совпадает с сигналом изображения контролируемого объекта во всех точках в пределах площади, большей ( AV) . , где v скорость считывания изображения.

i

2. Устройство для контроля печатных плат, содержащее преобразователь оптического излучения, блок определения совпадений, блок разверток, видеоконгрольный блок, первый монитор которого соединен с выходом преобразователя оптического излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и достоверности контроля, в введены второй преобразователь оптического излучения, источник излучения с подключенными к нему излучателями, направленными на эталонную и контролируемую печатную платы, полотовые фильтры, установленные перел оптическими входами первого и второго преобразователей оптического излучения, блок программного упрлвюния двл блока линий задержки, предметный стол с кондукторами для крепления печатных плат, формирователь, управляющий счетчик, умножитель частоты, блок элементов ИСКЛЮЧАЮПЕЕ ИЛИ, эле- мент ИЛИ-НЕ, в видеоконтрольный блок введен второй монитор, управляющие входы преобразователей оптического излучения соответственно соединены с выходами первого и второго усилителей мощности, входы которых соединены с выходами блока разверток, выходы преобразователей оптического излучения через первый и второй блоки бинаризации соединены с первыми входами бло- ков линий задержки, вторые выходы блоков бинаризации соединены с выходами блоков линий задержки, подключены попарно к соответствующим входам блока элементов ИСКЛКНАЮПЕЕ ИЛИ, вы- ходы которого соединены с соответствующими входами блока определения совпадений, выходы которого соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, второй монитор видеоконтрольного блока соеди нен с выходом второго преобразователя оптического излучения, вход аварийной остановки предметного стола соединен с выходом элемента пЛИ-НЕ, выход строчной развертки блока развертки соединен с входом установки в О управляющего счетчика, выход формирователя через умножитель частоты соединен с первым входом многоканального усилителяи счетным входом упряв- i ляющего счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами многоканального усилителя, выходы которого соединены с вторыми входами блока сравнения и блоков линий задержки.

5 0 5 д Q

5

3.VfT НО ПО II . . , i

ю т е е с л юм, что pii пин содержит ь омч. р.чтор , пи i п р, i ор , Н М м:т аче-р кч , млп:1 i л(ш in vrnnn- i е.ч ь и HUXi .Hiii L Mjini i i,, причем первый вход омплр. псмкч р( л нтн но подключе1 к HXPJIV ( кл Гчпирпч i- цни, а втор яхо; комп, сог- дннен с первым через посп яорлтглг.но включенные интегратор, линин ки и масштабнъч усилитель, т.гход компаратора через выходной усими- тель подключен к выходу бпокл бинл- риаации.

4.Устройство по п. 2, о т л и- чаюпееся что, блоь оп)р- деления совпаденит, BbiitioiifH в пндо каскадов совпадения строк, выходы которых подключены к входам элемента И, а входы каскадов совпадении строк, за исключением первого, последовательно подключены друг зл другом через элементы задержки к первому входу блока определения совпадений, каждый из каскадов совпадения элементов строк состоит из двух

инверторов, двух элементов И, счетчика, элемента И-НЕ, причем первый вход подключен к входу первого инвертора и одному из входов первого элемента И, выход первого инвертора подключен на вход второго элемента И, выход которого подключен на вход Установка в нуль счетчика, выходы которого подключены к входам элемента И-НЕ, выход которого подключен на второй вход первого элемента И и на вход второго инвертора, ВЬЕХОД которого и является выходом каскада совпадения, кроме того, второй вход блока определения совпадений подключен на второй вход второго элемента И и третий вход первого элемента И, выход которого подключен на счетный вход счетчика.

sr сс

чС

{И T fo nPflPlT

чг г- r

00

о

I1

tt™Sf

Изобретение относится к дефектоскопии и может быть использовано в отраслях промышленности, связанных с изготовлением электронной техники, в частности печатных плат. Цель изобретения - повышение разрешающей способности и достоверности контроля. Устройство, реализующее способ, содержит источник излучения и преобразователи оптического излучения с фильтрами, блок развертки с усилителями мощности, блоки бинаризации, блоки линий задержки, элементы ИЛИ, блоки определения совпадений, элементы ИЛИ-НЕ, блок программного управления, предметный стол, формирователь, умножитель частоты, счетчик, многоканальный усилитель и видеоконтрольные устройства. 2 с.и 2 з.п.ф-лы, 5 ил. iO (Л

Фиг

-r

28