Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Задорин Александр Юрьевич. Автоматизация визуального контроля качества печатных плат : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06.- Екатеринбург, 2003.- 147 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3486-6

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 8

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ПП
13

  1. Введение 13

  2. CALS-технологии 13

  3. Основные подходы к автоматизации контроля ПП 14

  1. Дефекты ПП 15

  2. Визуальный и электрический методы контроля ПП 19

  3. Алгоритмы визуального контроля ПП 21

  1. Полнота эталонной информации 23

  2. Совмещение изображений ПП 25

  3. Бинаризация изображений ПП 26

  4. Сегментация изображений 26

  5. Морфологические операции 28

  6. Последовательность анализа изображений 28

  7. Дополнительные градации яркости 30

  8. Перечень обнаруживаемых дефектов 30

  9. Комбинации алгоритмов 31

1.3.3.10. Устойчивость к шуму 33

  1. Обзор систем автоматизации визуального контроля ПП 33

  2. Выводы 38

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИЙ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ПП
40

  1. Введение 40

  2. Функционально-структурные модели технологического процесса.40

  3. Требования, предъявляемые к системе контроля 44

  1. Аппаратная часть системы контроля 44

  2. Ввод изображений ПП 48

  3. Сравнение с векторным эталоном 50

  1. Спецификация технологических допусков 52

  2. Необходимость совмещения 53

  1. Функционально-структурные модели системы контроля 53

  2. Выводы 57

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
КОНТРОЛЯ ПП
59

  1. Введение 59

  2. Бинаризация изображений ПП 59

3.2.1. Классификация по обучающей выборке 60

  1. Метод потенциальных функций 60

  2. Метод эталонов 61

  3. Радиальная метрика 62

  4. Специализированные аналитические модели разделяющих поверхностей 63

  5. Фильтрация при бинаризации 67

  6. Табличная оптимизация вычислений 68

  1. Кластер-анализ 69

  2. Сравнение моделей бинаризации 71

3.3. Совмещение изображений образца и эталона 73

3.3.1. Непосредственное совмещение 74

  1. Критерий качества 74

  2. Методы оптимизации 75

  1. Совмещение по фрагментам 81

  2. Совмещение по внешним границам и определение ориентации изображения образца 84

  3. Повышение быстродействия моделей совмещения 85

  1. Редукция разрешения 86

  2. Сокращение векторного описания эталона 86

  3. Хордовое представление бинарных битовых карт 87

  4. Фиксированный масштаб 88

3.3.5. Сравнение моделей совмещения 88

3.4. Обнаружение дефектов 89

  1. Анализ разности изображений 90

  2. Контроль топологии 91

  1. Одноступенчатый алгоритм 91

  2. Многоступенчатый алгоритм 93

  1. Контроль контактных площадок и отверстий 95

  2. Устойчивость алгоритмов к шуму 97

3.5. Выводы 98

ГЛАВА 4. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ПП 100

  1. Введение 100

  2. Общее описание системы 100

  3. Структура системы 102

  1. Модуль контроля Aplite 103

  2. Модуль цветовой настройки Fama 113

  3. Модуль импорта эталонов из формата Gerber 115

  4. Модуль импорта эталонов из системы P-Cad 116

  1. Объектно-ориентированная организация системы 116

  2. Технические характеристики системы 122

  3. Выводы 125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 129

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ДОКУМЕНТЫ О ВНЕДРЕНИИ СИСТЕМЫ 137

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ИСХОДНЫЕ ТЕКСТЫ ПРОГРАММ 138

5 Перечень условных обозначений, единиц и терминов

ФШ - фотошаблон

ПП - печатная плата

САПР - система автоматизации проектирования

CALS - Computer Acquisition and Life-cycle Support (Непрерывная

информационная поддержка жизненного цикла продукции)
CCD - Carge-Coupled Device (Прибор с зарядовой связью, ПЗС)

RGB - Red-Green-Blue (Цветовой базис Красный-Зеленый-Синий)

IDEF0 - Integration definition for function modeling (Объединенный

символический язык для моделирования функций)

Перечень листов графических документов

Список иллюстраций

Рис. 1.1. Дефекты ПП 17

Рис. 1.2. Классификация алгоритмов визуального контроля ПП 22

Рис. 1.3. Комбинации алгоритмов контроля 32

Рис. 1.4. Сравнение систем визуального контроля ПП 37

Рис. 2.1. А-0: Контекстная модель технологического процесса 41

Рис. 2.2. АО: Изготовить печатную плату 41

Рис. 2.3. А2: Изготовить ПП 42

Рис. 2.4. Гибкость используемой аппаратной конфигурации 47

Рис. 2.5. Пороговая бинаризация полутонового изображения ПП 48

Рис. 2.6. А-0: Контекстная модель системы контроля 54

Рис. 2.7. АО: Проверить качество ПП 54

Рис. 2.8. А5: Сравнить изображения 55

Рис. 3.1. Изображение ПП в цветовом пространстве С 59

Рис. 3.2. Бинаризация и сглаживающая фильтрация изображения 68

Рис. 3.3. Изображение ПП в пространстве С при полной выборке 70

Рис. 3.4. Типичный график функции J(A) 76

Рис. 3.5. Функция J(A) при оптимальных сдвигах и масштабах 77

Рис. 3.6. Функция J(A) при малом отклонении фиксированных

параметров от оптимальных значений 77

Рис. 4.1. Главное окно системы 102

Рис. 4.2. Структура системы 102

Рис. 4.3. Отчет системы 104

Рис. 4.4. Дефекты, обнаруженные системой 105

Рис. 4.5. Главное окно модуля Fama 114

Рис. 4.6. Формирование обучающей выборки 114

Рис. 4.7. Первоначальный результат бинаризации 115

Рис. 4.8. Корректный результат бинаризации 115

Рис. 4.9. Цветовая диаграмма в пространстве RGB 115

Рис. 4.10. Фрагмент классовой иерархии системы контроля 117

Список таблиц

Основные дефекты ПП 16

Наиболее существенные дефекты ПП 18

Компоненты показателя оценки систем контроля 35

Характеристики систем визуального контроля ПП 36

Глоссарий терминов модели технологического процесса 43

Глоссарий терминов модели системы контроля 56

Специальные аналитические модели бинаризации 65

Параметры совмещения 75

Спецификация информационных потоков системы 103

Спецификация некоторых классов системы 118

Технические характеристики разработанной системы контроля 123

Введение к работе:

Актуальность проблемы

По мере увеличения степени интеграции и уменьшения габаритов радиоэлектронной аппаратуры резко возрастают требования к контролю всех технологических операций производства ПП. Рост объемов производства электронных устройств и необходимость обеспечения конкурентоспособности выпускаемых изделий ставит проблему организации сплошного пооперационного контроля в ряд наиболее актуальных для производителей ПП.

Неавтоматизированный визуальный контроль, который до сих пор используется на многих предприятиях, обладает рядом недостатков, препятствующих его применению в современных условиях. Основными отрицательными сторонами в этом случае являются субъективность и низкая достоверность, а также малая производительность на сложных изделиях с тонкой топологией. Контроль сложных изделий с применением простейших оптических приспособлений, по словам операторов, очень сильно утомляет зрение, что, несомненно, представляет опасность для их здоровья.

Проблема автоматизации оптического контроля традиционно решается применением сложных программно-аппаратных комплексов, относящихся к классу систем технического зрения, разработка которых ведется в ряде стран мира. На сегодняшний день промышленно выпускаемых отечественных установок контроля нет, а зарубежные, к примеру, продукция фирм Orbotech, Lloyd-Doyle, Вагсо, чрезвычайно дороги: их стоимость составляет порядка сотен тысяч долларов США. Это приводит к тому, что на большинстве российских предприятий неавтоматизированный визуальный контроль является единственным способом отбраковки дефектных ПП. В этом свете создание системы

автоматизации визуального контроля ПП, использующей стандартную вычислительную технику - планшетный сканер для ввода изображений и персональный компьютер для обработки данных - является очень актуальным. Реализация такой системы помимо удешевления контрольной станции на 2 порядка по сравнению с аналогами обеспечивает лучшую интеграцию с технологическим процессом за счет гибкости и универсальности применяемой аппаратной базы.

Цели и задачи исследования

Основной целью работы является комплексное решение проблемы автоматизации пооперационного контроля качества ПП. Практическим результатом диссертации является система, удовлетворяющая нуждам отечественных производителей ПП. Для реализации основной цели в работе ставится и решается ряд задач:

  1. Исследовать алгоритмы визуального контроля качества ПП и построить их классификацию, выявляющую нерешенные проблемы в предыдущих исследованиях.

  2. Для дальнейшей формализации постановки задачи выполнить функционально-структурное моделирование процесса производства и системы контроля ПП.

  3. Разработать математические модели, реализующие функционально-структурные элементы.

  4. Реализовать разработанные математические модели в системе контроля ПП.

  5. Сравнить разработанную систему с существующими аналогами.

Методы исследований

Для формализации исходной постановки задачи используется методология функционально-структурного моделирования IDEF0, а для реализации полученных элементов функционально-структурной модели

- аппарат распознавания образов, методы численной оптимизации, а также ряд эвристических алгоритмических решений. Информационная реализация системы основывается на методологии объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна

Новизна полученных результатов заключается в следующем:

  1. Построена классификация алгоритмов автоматизации визуального контроля по комплексному критерию, показывающая, что методы обнаружения дефектов по программе, а также модели совмещения и бинаризации цветных изображений исследованы недостаточно.

  2. Получены функционально-структурные модели типичного технологического процесса производства ПП и системы контроля ПП, позволяющие распределить контрольные операции в технологическом процессе и формализовать структуру и функции системы контроля.

  3. Разработаны математические модели бинаризации цветных изображений на основе метода потенциальных функций, метода эталонов и специализированных разделяющих поверхностей. Предложена радиальная метрика распознавания в цветовом пространстве RGB.

  4. Разработаны три модели совмещения изображений (по внешним границам, по фрагментам и по площади разности).

  5. Создано два оригинальных алгоритма обнаружения дефектов ПП по программе.

Практическая ценность

На основании разработанных моделей и алгоритмов создана система контроля ПП Aplite, использующая в качестве источника изображений стандартный планшетный сканер. Система

зарегистрирована в РОСПАТЕНТ РФ и на сегодняшний день внедрена на 3 предприятиях, что подтверждается соответствующими актами. Ведутся работы по внедрению системы у других производителей ПП уральского региона и за его пределами.

На защиту выносятся:

  1. Комплексная классификация алгоритмов автоматизации визуального контроля ПП.

  2. Функционально-структурные модели технологического процесса производства ПП и системы контроля ПП.

  3. Алгоритмы бинаризации цветных изображений ПП методом потенциальных функций, методом эталонов, а также специализированными разделяющими поверхностями известного аналитического вида.

  4. Радиальная метрика для распознавания в цветовом пространстве.

  5. Три метода совмещения изображений (по внешним границам, по фрагментам и по площади разности) и ряд их модификаций.

  6. Два алгоритма обнаружения дефектов ПП (специализированные модели контроля качества контактных площадок и топологического рисунка).

  7. Система автоматизации визуального контроля ПП, использующая планшетный сканер в качестве источника изображений.

  8. Методика количественного сравнения систем автоматизации контроля ПП.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на II Всероссийской конференции "Новые информационные технологии в исследовании дискретных структур" (Екатеринбург, 1998), научно-техническом семинаре "Перспективные наукоемкие технологии в

машиностроении" (Екатеринбург, 1999), международной конференции "Проблемы управления и моделирования в сложных системах" (Самара, 1999), III Всероссийской конференции "Новые информационные технологии в исследовании дискретных структур" (Томск, 2000), II международной научно-технической конференции РУО АИН "На передовых рубежах науки и инженерного творчества" (Екатеринбург, 2000), VI Всероссийской с участием стран СНГ конференции «Методы и средства обработки сложной графической информации» (Нижний Новгород, 2001), научной молодежной школе «Интеллектуальные робототехнические системы» (Дивноморское, 2001).

Публикации

Основные положения работы опубликованы в центральном журнале «Гироскопия и навигация» [16], журнале «Искусственный интеллект» НАН Украины [11] и центральном журнале «Chip News. Инженерная микроэлектроника» [17]. Всего по теме диссертации опубликовано 11 научных работ [9-18, 25].

Объем и структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы составляет 147 страниц машинописного текста. Диссертация содержит 28 рисунков и 11 таблиц. Библиография включает 81 источник.

Подобные работы
Меркулов Дмитрий Васильевич
Автоматизация радиоволнового неразрушающего контроля качества строительных материалов и изделий средствами экспертной системы
Козлов Антон Александрович
Повышение качества контроля зазоров кузова автомобиля путем автоматизации процесса
Кузьмич Игорь Владимирович
Повышение качества контроля дефектов автомобильных стекол путем автоматизации процесса
Солдатов Александр Анатольевич
Повышение качества контроля геометрических параметров кузова автомобиля путем автоматизации процесса
Бахтеев Андрей Ринатович
Совершенствование контроля качества деталей подшипников вихретоковым методом на основе автоматизации распознавания дефектов поверхностей качения с использованием искусственных нейронных сетей
Ивахненко Андрей Михайлович
Научные основы комплексной автоматизации и моделирования характеристик технологических процессов в системе контроля качества продукции промышленного производства
Шуклин Игорь Игоревич
Автоматизация управления процесса поверхностной термодиффузии межсоединений многослойных печатных плат при обеспечении требуемых параметров надёжности
Шаров Дмитрий Александрович
Автоматизация контроля знаний с применением синонимических рядов в автоматизированных системах управления образовательного назначения
Грицюк Светлана Николаевна
Автоматизация контроля расхода рабочих жидкостей станочных гидроприводов на базе гидроэлектрического преобразователя расхода с магнитожидкостным сенсором
Абубакиров Денис Равильевич
Автоматизация контроля герметичности изделий с использованием вибрации

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net