电子设备小型化、集成电路(IC)微型化,给印刷电路板(Printed Circuit Board ,简称PCB)的制作提出了布线密集化、层数多层化的更高要求。多层PCB是将每一层PCB蚀刻且检测无误后,叠放在一起,中间加上环氧树脂压制而成。任何一层PCB有问题,都会导致整个多层PCB板报废。因此,对PCB板的线宽、夹角和焊盘直径等参数的高精度测量是保证高质量制作的重要环节。以往通常采用百倍镜和通用的二次元进行测量,百倍镜测量精度依赖于工人的经验,典型值为0.1mm,且测量速度慢,通用的二次元,典型测量精度为0.01mm,且是手动测量,操作不方便。本课题组利用基于图像测量技术,研制了高精度的PCB测量系统,典型精度优于3um,已应用于多家线路板生产厂,取得良好的社会和经济效益。本文在现有系统硬件的基础上,为提高系统测量精度,主要开展了以下研究工作:(1)研究了图像非线性校正方法。通过CCD图像传感器采集线路板图像,成像光学系统的固有特性使得数字图像存在非线性畸变,影响测量精度,从位置校正、灰度校正两个方面来对畸变图像进行校正。先建立畸变校正模型,选择典型的畸变图像提取特征点的理想坐标和实际畸变点的坐标,利用误差平方和最小准则下最优近似解思想求解畸变系数;再把畸变系数代入畸变模型中实现整幅畸变图像的位置校正;由于位置校正的结果不一定为整数,最后采用双线性插值法进行灰度校正。实验表明,畸变的校正取得了良好的效果。(2)研究了亚像素边缘点集提取方法。先通过图像校正、中值滤波、SUSAN(Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus)像素级边缘检测和图像分割对图像进行预处理,得到二值图像;再选定目标区域,通过OFMM(orthogonal Fourier–Mellin moments)矩对目标区域中的边缘点进行亚像素定位,得到亚像素边缘点集;最后采用最小二乘直线拟合法去除边缘点集中的奇异点,获取真实边缘点集,为后续高精度测量作准备。(3)研究了直线线宽和夹角测量的高精度方法。通过最小二乘法分别拟合有效的亚像素边缘点集得到边缘所在的直线,利用点到直线的平均距离计算线宽;利用直线间夹角平均值计算夹角。本文在课题组研发的线路板测量系统的基础上,通过图像非线性校正、亚像素边缘提取、直线线宽和夹角测量等方法的研究,提高了整个线路板线宽和直线间夹角的测量精度。