專利名稱：用于檢測印刷焊錫膏中缺陷的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例通常涉及用在機器視覺系統(tǒng)中的裝置、系統(tǒng)和方法。具體地，本發(fā)明涉及用于檢測焊錫膏印刷處理中的缺陷的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
在典型的表面安裝電路板制造操作中，利用絲網印刷機來將焊錫膏印刷到電路板上。典型地，具有將要把焊錫膏沉積到其上的襯墊圖形或某些其他表面，通常是導電表面，的電路板被自動地饋送到絲網印刷機中，并利用電路板上稱為參考點的一個或多個小孔或標記來在將焊錫膏印刷到電路板上之前，將電路板與絲網印刷機的絲網或篩子正確地對準。在某些現(xiàn)有技術中的系統(tǒng)中，利用光學對準系統(tǒng)來將電路板與絲網對準。Freeman的1991年10月21日公開的美國專利5,060,063以及也是Freeman的1992年1月31日公開的美國專利Re.34,615中描述了用于絲網印刷機的光學對準系統(tǒng)的例子，上述專利都作為參考被包含在本文中。
在表面安裝組件中，焊錫膏印刷操作可以是缺陷的主要來源。因此，已經提供了各種處理來檢查將焊錫膏沉積到其上后的襯底，用以確定焊錫膏是否已經正確地施加到了位于襯底上的導電襯墊上，通常，但并不限定于印刷電路板上的導電襯墊。例如，在某些現(xiàn)有技術的系統(tǒng)中，上面提到的光學對準系統(tǒng)還包括視覺檢查系統(tǒng)，以檢查襯底。
但是，用于評估印刷缺陷的自動化的基于機器的技術只能隔離開并確定可知特性的數量。仍需要可靠的方法來分類并權衡涉及處理的印刷缺陷的重要性，用以提供有意義的輸出，并定義出現(xiàn)實有用的處理限度。盡管隨后的處理的確要部分確定出最后印刷了的電路板(PCB組件)的數量，但對印刷時出現(xiàn)的橋和其他缺陷的檢測和精確的評估可以提供對于合適的印刷功能的過程控制最直接的反饋。

發(fā)明內容
在相鄰襯墊之間由其自身產生的跨縫隙的焊錫膏不能保證與橋相關的缺陷會稍后出現(xiàn)在裝配過程中。并非所有的橋或類橋缺陷具有嚴重影響給定處理過程的必要條件或幾何結構。相反，實際上對于處理過程很重要的縫隙缺陷不可能一直連接相鄰的襯墊以形成輪廓明確的橋。已經發(fā)現(xiàn)，不考慮它的幾何結構，如形成橋或“類橋”特征的膏的總量、膏特征的幾何結構(例如長度、寬度、比例)和縫隙內膏的總量等因素影響了縫隙內膏缺陷的重要性。
在至少一個實施例中，本發(fā)明提供了系統(tǒng)和方法，其可提供改進了的對焊錫膏缺陷如橋的檢測，以改進印刷過程控制。在該實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法基于這樣一個前提，即，并非所有的橋或“類橋”缺陷具有嚴重影響給定處理過程的必要條件或幾何結構，主要的縫隙缺陷不會一直連接相鄰襯墊以形成橋的。盡管隨后的處理也要部分確定出最后組件的數量，但在至少一個實施例中，對印刷時出現(xiàn)的橋和其他缺陷的檢測和精確的評估可以提供對于合適的印刷功能的過程控制直接的反饋。
在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種用于分析縫隙缺陷的方法，其提供了可靠的縫隙內膏面積的測量，并檢測了與SMT(表面安裝技術)裝配處理過程相關的類橋膏特征的主要幾何結構和跨度。利用縫隙內膏的總量和跨該縫隙的類橋特征的有效跨度一起來確定特定的膏特征將導致與橋相關的缺陷的可能性。
本發(fā)明的一個實施例涉及一種分析襯底到襯底上的物質的圖像的方法，該圖像包括多個象素。該方法包括限定出圖像中的相關區(qū)域，將相關區(qū)域加到第一和第二正交坐標軸上，其中圖像中的一組象素位于第一坐標軸，將相關區(qū)域內的象素轉換成與第一坐標軸對準的一維陣列，并投影到第二坐標軸，以及將至少一種閾值應用到該一維陣列，該閾值至少部分基于預定的限度。
本發(fā)明的實施例可以包括接下來的特征中的一個或多個。該方法可以包括平滑該一維陣列。該方法可進一步包括對于沿第一坐標軸的每個象素，計算在相關區(qū)域內與沿該坐標軸對應的象素正交對準的所有象素的總和，以及將沿該坐標軸的每個象素的總和表示成與第二坐標軸正交的一維陣列。
本發(fā)明的實施例可進一步包括定位基本上接近相關區(qū)域的一個邊緣的坐標軸，其中圖像中的一組象素位于該坐標軸的步驟，以及評價該一維陣列，以確定在相關區(qū)域內是否存在某些特征的步驟。該特征可包括缺陷、短路、類橋特征、橋、物質的過剩量、物質的偏離面積和物質質量差的面積。
本發(fā)明的方法的其他實施例包括接收至少一個檢測參數，該檢測參數用于確定圖像中的至少一種特征可稍后導致功能性缺陷的可能性?？筛鶕撝辽僖粋€檢測參數來完成評價步驟。本發(fā)明進一步的實施例可包括對于相關區(qū)域中的每個特征，計算特征的面積和幾何結構，至少部分利用檢測參數和一維陣列來完成該計算。再進一步的實施例可包括根據面積和幾何結構來確定圖像中的至少一種特征可稍后導致功能性缺陷的可能性。
本發(fā)明的實施例可包括作為襯底的印刷電路板和作為物質的電子材料。本發(fā)明的其他實施例可包括包含有焊錫膏的物質。該圖像可包括數字化圖像。
本發(fā)明的實現(xiàn)方式可包括檢查在其上沉積有物質的襯底的方法。該方法包括將物質沉積到襯底上，采集襯底的圖像，檢測圖像中結構的變化，用以確定襯底上物質的位置，限定出圖像中的相關區(qū)域，該限定出的相關區(qū)域具有第一坐標軸，其中圖像中的一組象素位于該坐標軸，對于沿該坐標軸的每個象素，計算在相關區(qū)域內與沿該坐標軸對應的象素正交對準的所有象素的總和，將沿該坐標軸的每個象素的總和表示成與該坐標軸正交的一維陣列，以及評價該一維陣列，以確定在相關區(qū)域內是否存在某些特征。
本發(fā)明的其他實現(xiàn)方式包括用于在襯底上的預定位置分配焊錫膏的系統(tǒng)。該方法包括在襯底上分配材料的分配器，用于維持分配器工作的控制器，和與控制器進行電通信的處理器。將該處理器編程為執(zhí)行位于襯底上的焊錫膏沉積的基于結構的識別，限定焊錫膏圖像內的相關區(qū)域，該限定出的相關區(qū)域具有第一坐標軸，其中圖像中的一組象素位于該坐標軸，對于沿該坐標軸的每個象素，計算在相關區(qū)域內與沿該坐標軸對應的象素正交對準的所有象素的總和，將沿該坐標軸的每個象素的總和表示成與該坐標軸正交的一維陣列，以及評價該一維陣列，以確定在相關區(qū)域內是否存在某些缺陷。
本發(fā)明再進一步的實現(xiàn)方式涉及一種檢測在襯底上沉積的物質中的缺陷的方法。該方法包括采集襯底的圖像，檢測圖像中結構的變化，用以確定襯底上物質的位置，限定出圖像中的相關區(qū)域，該限定出的相關區(qū)域具有第一坐標軸，其中圖像中的一組象素位于該坐標軸，對于沿該坐標軸的每個象素，計算在相關區(qū)域內與沿該坐標軸對應的象素正交對準的所有象素的總和，將沿該坐標軸的每個象素的總和表示成與該坐標軸正交的一維陣列，以及評價該一維陣列，以確定在相關區(qū)域內是否存在某些缺陷。
本發(fā)明的實施例可包括接下來的特征中的一個或多個。物質可以是焊錫膏。缺陷可包括焊錫橋、類橋特征或過剩膏特征中的至少一種。襯底可包括第一和第二襯墊，焊錫膏沉積到該第一和第二襯墊上，缺陷可包括存在的跨第一和第二襯墊之間的距離的至少一部分的焊錫膏。該方法可進一步包括應用一種規(guī)則以確定缺陷是否應被分類為焊錫橋。
本文中更完整地描述了涉及本發(fā)明的這個和其他實施例的細節(jié)。


結合接下來的詳細描述和附圖將更完整地理解本發(fā)明的各個優(yōu)點和方面，其中圖1A提供了根據本發(fā)明的一個實施例的絲網印刷機的前視圖；圖1B是本發(fā)明另一個實施例的示意圖；圖2A-2B是印刷電路板的示意圖；圖3是用于檢查沉積在襯底上的焊錫膏的方法的流程圖；
圖4A-4B是利用了本發(fā)明的方法的處理器內各個區(qū)域的示意圖；圖5A-5C是用在本發(fā)明的方法中典型地有代表性的各種過濾器；圖6是實現(xiàn)本發(fā)明的自動增益偏差特征的方法的流程圖；圖7A-7B是印刷電路板上示意性的有代表性的焊錫膏分布圖；圖8A-8H是用于膏結構空間對放大率的各種核結構選擇的示意圖；圖9A-9D是從利用本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)中得到的有代表性的實驗結果；圖10A-10C是從利用本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)中得到的未飽和的新圖像的比較圖；圖11A-11C是從利用本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)中得到的飽和的新圖像的比較圖；圖12是從利用本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)中得到的實驗結果的柱狀圖；圖13是現(xiàn)有技術中用于檢查沉積在襯底上的焊錫膏的處理過程的流程圖；圖14是在圖13的采集步驟中所需的膏的灰度圖像；
圖15是在圖13的膏只圖像步驟過程中被轉換成膏只圖像的圖14的灰度圖像的加權膏只圖像；圖16是在圖13的采集步驟中所需的UV改進了的熒光膏的RGB圖像；圖17是在圖13的膏只圖像步驟過程中被轉換成膏只圖像的圖16的RGB圖像的二進制膏只圖像；圖18是根據本發(fā)明的一個實施例的印刷缺陷檢測順序的流程圖；圖19A-19C是根據本發(fā)明實施例具有指明的說明性特征的運行期圖像的細節(jié)；圖20A-20C是圖19A-19C中對應圖像的膏只圖像的細節(jié)；圖21是根據本發(fā)明實施例用于橋特征分析處理的流程圖；圖22是說明根據本發(fā)明實施例實現(xiàn)的系統(tǒng)的輸入和輸出的普通方框圖；圖23A-23C是根據本發(fā)明的實施例處理了的縫隙內焊錫膏的第一種說明性的運行期圖像、膏只圖像和投影的膏只圖像；圖24A-24D是根據本發(fā)明的實施例處理了的縫隙內焊錫膏的第二種說明性的運行期、膏只、相關區(qū)域和投影的膏只圖像；圖25A-25C是根據本發(fā)明的實施例處理了的縫隙內焊錫膏的第三種說明性的運行期、膏只和投影的膏只圖像；
圖26是示出根據本發(fā)明實施例在縫隙尺寸上的襯墊尺寸變化的效果的說明圖；圖27是示出根據本發(fā)明實施例在縫隙尺寸上的襯墊位置變化的效果的說明圖；圖28是示出可利用本發(fā)明的一個實施例檢測的橋/類橋特征的類型的第一種有代表性的說明圖；圖29是示出可利用本發(fā)明的一個實施例檢測的橋/類橋特征的類型的第二種有代表性的說明圖；圖30是示出可利用本發(fā)明的一個實施例檢測的橋/類橋特征的類型的第三種有代表性的說明圖；圖31是可根據本發(fā)明的至少某些實施例檢測到的其他類型絲網印刷/焊錫膏印刷缺陷的有代表性的說明圖。
附圖不必是成比例的，其重點主要是說明本發(fā)明的原理。
詳細描述本發(fā)明的一個實施例主要涉及絲網印刷機，其使用了用于傳導焊錫膏結構識別的方法。這種技術被用來得到印刷襯底的膏只圖像，如絲網和電路板，用于分析并在其后防止出現(xiàn)缺陷。例如，印刷缺陷經常出現(xiàn)在利用絲網印刷機將焊錫膏印在電路板上的過程中。圖1A示出了根據本發(fā)明的一個實施例的絲網印刷機100的前視圖。該絲網印刷機100包括框架12，其支撐著絲網印刷機的多個部件，這些部件包括控制器108、絲網16和分配頭118，該分配頭118具有可以從其上分配焊錫膏的分配槽118a。
分配頭118利用兩個翼形螺釘22耦合到第一板18。第一板18耦合到第二板20，而該第二板20耦合到絲網印刷機10的框架12上。第一板18耦合到第二板20上的方式是該第一板可以沿著由圖1A中所示的坐標軸系統(tǒng)23所定義的z軸而相對于該第二板移動。通過受控制器108控制的電動機來移動該第一板。
第二板20可移動地耦合到框架12上，以使得該第二板20可以沿著也是由坐標軸系統(tǒng)23所定義的x軸而相對于框架12移動。如下所述，第一和第二板的移動允許分配頭118被設置在絲網16的上方，并跨絲網移動，以將焊錫膏印到電路板上去。
絲網印刷機100還包括具有軌道24的輸送系統(tǒng)，用于將電路板102傳送到絲網印刷機中的印刷位置。絲網印刷機具有多個定位針28，當電路板位于分配位置時這些定位針的位置是在電路板的下方。這些定位針用于升高電路板102使其脫離軌道24用以當進行印刷時將電路板放在與絲網16相接觸或接近絲網16的位置。
分配頭118構成為接收兩個標準SEMCO三盎司或六盎司焊錫膏筒104，其在印刷操作過程中將焊錫膏提供給分配頭118。每個焊錫膏筒104都耦合到氣動空氣軟管30的一個末端。本領域的技術人員可以更容易理解的是，分配頭可以適合于接收其它標準的或非標準的筒。每個氣動空氣軟管的另一端依附到壓縮機上，該壓縮機受控制器108的控制將壓縮空氣提供給這些筒，用以迫使焊錫膏從筒流進分配頭118內并流到屏幕16上。如活塞的機械設備可以被用來提供額外的氣壓或取代氣壓來迫使焊錫膏從SEMCO筒流進分配頭。
在本發(fā)明的一個實施例中，控制器108是利用使用了Microsoft DOS或WindowsNT操作系統(tǒng)的個人計算機來實現(xiàn)的，其應用專用軟件以如本文中所述來控制絲網印刷機的操作。
絲網印刷機100按下述方式操作。電路板102利用輸送軌道24加載到絲網印刷機中。執(zhí)行機械視覺處理，用于自動地將印刷電路板102與絲網16對齊。在應用焊錫膏之前使印刷電路板102和絲網16進行接觸或近似接觸。然后在z軸方向上放下分配頭118，直到它接觸到絲網16為止。在沿x軸方向跨絲網16移動分配頭的同時將壓縮空氣提供給筒104。該壓縮空氣迫使焊錫膏從筒流出并在分配頭內在焊錫膏上產生壓力以迫使焊錫膏從分配頭118的分配槽118a通過孔流到絲網16中并流到電路板102上。一旦分配頭118完全越過絲網16，則將電路板102降回到輸送軌道24上，并將其傳送離開印刷機，以使得可以將第二個電路板加載到印刷機內。為了在第二個電路板102進行印刷，在與用于第一個電路板的方向相對的方向上跨絲網移動分配頭118?？商鎿Q的，可以使涂刷器臂向內擺動以將焊錫膏收回到分配器中，然后可以在z軸方向上升起分配器并將其移回到它的初始位置，以準備好利用相同的方向行程來在第二電路板上進行印刷。
如進一步在1999年1月21日申請的標題為“Method andApparatus for Dispensing Material in a Printer”的美國專利No.6,324,973中所述的，其專利權人為Speedline Technologies，Inc.，本發(fā)明的專利權人并通過參考包含在本文中，分配頭118下降到印刷位置中，以使得它與絲網相接觸。絲網印刷機100的操作是當分配頭跨絲網移動時利用施加給每個SEMCO筒的氣壓來迫使焊錫膏從分配頭118流到絲網上。在印刷位置處，兩個葉片(圖中未示出)變成與絲網的頂部表面相接觸。對于分配頭跨絲網移動的每個方向來說，其中的一個葉片作為從動葉片將任何多余的焊錫膏從絲網上刮走。
印刷的最后，當希望將分配頭118升起以從絲網上移走時，控制器108在升起分配頭118之前關閉壓縮空氣源。這樣使得當分配頭118被升起時焊錫膏保留在腔(圖中未示出)內，當完成印刷時可有效地減少留在絲網上的焊錫膏的量。
在將焊錫膏沉積到印刷電路板上后，執(zhí)行機械視覺處理，用于自動地檢查印刷電路板。在本發(fā)明的一個實施例中，該檢查處理是使用結構識別方法以確定焊錫膏是否已經正確地沉積到了位于印刷電路板上的預定的接觸區(qū)域上?，F(xiàn)在將描述用在本發(fā)明實施例中的焊錫膏結構識別系統(tǒng)。
參考圖1B，其示出了絲網印刷機100的功能方框圖101。圖1B中，絲網印刷機100示出了檢查襯底102，襯底102具有設置在其上的物質102a。在一個實施例中，襯底102包括印刷電路板、絲網、晶片或者任何平的表面，并且物質102a包括焊錫膏。
圖2A和圖2B示出了印刷電路板220的頂部平面圖，印刷電路板220可以用來取代圖1B中的襯底102。印刷電路板220具有主要區(qū)域222和接觸區(qū)域224。它還具有軌跡226和孔228。圖2A示出了在任何接觸區(qū)域224上都沒有焊錫膏沉積的印刷電路板220。圖2B示出了被分布到印刷電路板220的預定接觸區(qū)域224上的焊錫膏沉積228。在印刷電路板220上，橫跨印刷電路板220中指定的主要區(qū)域222分布預定的區(qū)域224。
圖2B用接觸襯墊224示出了未對準的焊錫膏沉積230。每個焊錫膏沉積230都部分地接觸一個接觸區(qū)域。但是，為了確保進行好的電接觸，并防止在襯墊區(qū)域之間形成橋(即，短路)，焊錫膏沉積230應該在特定的公差內與接觸襯墊區(qū)域224對準。本文中描述的本發(fā)明的一個實施例公開了一種利用結構識別來檢測在接觸襯墊上的未對準的焊錫膏沉積的方法，結果，顯著提高了印刷電路板的產量。
再次參考圖1B，在本發(fā)明的一個實施例中，用于焊錫膏結構識別的方法包括利用照相機104收集在其上沉積有物質102a的襯底102的圖像。在一個實施例中，照相機104是電荷耦合設備，其將實時模擬信號105傳送給幀接收器106。實時模擬信號對應于其上沉積有物質102a的襯底102的圖像。照相機104可以利用光柵型掃描或者襯底102的區(qū)域掃描得到物質102a的圖像。在一個實施例中，照相機104也能夠通過使用反射鏡、分光束鏡或其它照相機的組合來得到襯底102或絲網16底側的圖像。
照相機104將模擬信號105傳送給幀接收器106。該模擬信號105包括關于襯底102和在其上沉積的物質102a的圖像的信息。幀接收器106將模擬信號105數字化，并形成數字化圖像105a，其可以顯示在監(jiān)視器107上。將數字化圖像105a分成預定的多個象素，每個象素的亮度值從0到255灰度級(在8位范圍內)。在本發(fā)明的一個實施例中，模擬信號105表示襯底102和在其上沉積的物質102a的實時圖像信號。但是，在可替換的實施例中，從耦合到控制器108的存儲設備傳送存儲的圖像。此外，根據照相機104和用來得到襯底102和物質102a的圖像的其它設備，所用的亮度值可以從0到65535灰度級(在16位范圍內)。
幀接收器106電連接到處理器116?？刂破?08包括處理器116和幀接收器106。處理器116計算物質102a的圖像105a結構的統(tǒng)計變化。物質102a的圖像105a的結構變化與襯底102上的非物質背景特征的相對亮度無關，使得處理器116可以確定襯底102上的物質102a的位置，并將物質102a的位置與所希望的位置進行比較。在本發(fā)明的一個實施例中，如果物質102a所希望的位置與實際位置的比較結果顯示出未對準超出了預定的極限，則處理器116做出相適應的測量以減小或消除該誤差，并可以拒絕該襯底或通過控制器108觸發(fā)警報?？刂破?08電連接到絲網印刷機100的驅動電動機120上，以便于將絲網和襯底以及與印刷處理相關的其它設備對準。
控制器108是控制環(huán)114的一部分，該控制環(huán)114包括絲網印刷機100的驅動電動機120、照相機104、幀接收器106和處理器116?？刂破?08發(fā)送信號以調整絲網印刷機框架12的對準，因此調整機械耦合絲網16的對準，從而調整未對準的襯底102上的物質102a。
圖3示出了用于檢查在襯底上的焊錫膏沉積的方法的流程圖300。步驟302包括收集沉積到襯底102上的物質的圖像105。在一個實施例中，物質102a是焊錫膏，襯底102是印刷電路板。可以實時地收集或者從計算機存儲器中得到具有沉積在其上的物質102a的襯底102的圖像105a。步驟304包括將圖像105a發(fā)送給處理器116。通過處理器116執(zhí)行該檢查方法中剩下的步驟。步驟306利用下面描述的各種結構敏感算子檢測圖像105a的結構變化。該結構變化被用來確定襯底102上的物質102a的位置。在步驟308中，對處理器116進行編程以將特定位置處的結構變化與襯底預定位置的結構特征進行比較。在步驟310中，如果該變化是在預定的范圍內，則處理器116可以對其做出反應進行動態(tài)的自適應性測量(步驟314)以確定主要的處理。如果該變化落在預定的范圍以外，則步驟314通過步驟312觸發(fā)適合的恢復測量，以拒絕該襯底，終止處理，或者通過控制器108觸發(fā)警報。相關的統(tǒng)計過程控制(SPC)數據與其它過程數據一起在步驟316中被記錄下來，并可用于回顧并分析局域和經由網絡訪問。
如上所述，利用處理器116檢測圖像105a結構的變化，并將物質102a的位置和區(qū)域與預定的位置和區(qū)域進行比較。
處理器功能現(xiàn)在將描述處理器116用到的用來識別印刷電路板224上的焊錫膏228的技術。在本發(fā)明的一個實施例中，處理器116執(zhí)行四種功能。這四種功能是圖像增強、紋理分段、圖像位置分析以及過程控制。
如前面說明的，現(xiàn)有的焊錫膏檢查系統(tǒng)最初使用基本的單或雙閾法，其僅利用原始圖像中象素亮度的不同來識別焊錫膏。在本發(fā)明的實施例中，處理器116也利用單和雙閾技術，但只是將其應用在利用各種結構敏感算子預處理過的圖像上，以使得單和雙閾值可以被用來根據相應的結構分開特定的區(qū)域，當在這種情況下，以識別焊錫膏沉積的位置和區(qū)域。雙閾值技術是較優(yōu)選的，因為它在邊緣象素處或基于圖像的結構中任何不確定的區(qū)域內提供了更精確的可稱轉換。
本發(fā)明的方法所用到的結構敏感算子包括銳化(sharpening)算子、拉普拉斯算子和平滑算子，該平滑算子包括升壓機構。將描述作為處理器功能的一部分的每種算子。
結構是多種亮度。特別是，結構指從一個象素到另一個象素亮度上的局部變化。因此，如果當評價圖像時亮度被中斷，則該結構是表面粗糙度的量(measure)。
在本發(fā)明的一個實施例中，范圍算子可以被用來檢測圖像105a中的結構。該范圍算子表示在相鄰的最大和最小亮度值之間的差別。范圍算子將初始圖像105a轉換成用亮度來表示結構的圖像。具體地，初始的亮度特征消失，并通過范圍亮度辨別不同的結構區(qū)域。范圍算子也可以被用來限定圖像的邊界。
用相鄰區(qū)域的變化來表示另一個結構算子。在本發(fā)明的一個實施例中，對處理器進行編程以計算該變化。該變化主要是中心象素與它鄰近象素的亮度之間的差值的平方和。如果通過除以鄰近象素的量來對該平方和進行第一次校正，則其結果表示值的均方根(RMS)差，并對應于表面粗糙度。這些結構敏感算子和方法可以利用通過軟件開發(fā)公司提供的基本工具來實現(xiàn)，以完成機器視覺過程。John C.Russ在“The Image Processing Handbook，Second Edition”中，并且Gerhard X.Ritter和Joseph N.Wilson在“Handbook of Computer Vision Algorithms in Image Algebra”中主要地討論了這些過程，上述內容作為參考被包含在本文中。
在本發(fā)明的一個實施例中，對處理器116進行編程，以利用前面提到的結構敏感算子來執(zhí)行單獨的功能。在圖4A中所示的功能方框圖中在邏輯上示出了由處理器116執(zhí)行的操作，其中示出通過信息總線214連接單獨的操作，該信息總線214便于在功能塊之間共享數據。處理器116的過濾部分202執(zhí)行結構分割處理。處理器116的采集部分206計算所需的增益和偏差，用以提供專用對比度和亮度，以改善運行圖像105a。處理器116的分析部分210執(zhí)行襯底102上焊錫膏區(qū)域102a的位置和輪廓分析，并將它們與預定的參數進行比較。處理器116的過程控制部分212被用來將焊錫膏區(qū)域102a的圖像中的任何圖形失真減到最少。接下來討論處理器116中各種功能中每種的執(zhí)行情況。
過濾部分202在本發(fā)明的一個實施例中，處理器116的過濾部分202利用圖4B中所示的拉普拉斯過濾器202B執(zhí)行圖像過濾。該拉普拉斯過濾器202B包括拉普拉斯算子。該拉普拉斯算子實質上是亮度的線性二階導數的近似值。算子加亮了圖像的點、線和邊緣，并抑制了圖像中均勻并平滑的可變區(qū)域。在一個實施例中，用圖5A中所示的3乘3矩陣來表示該拉普拉斯算子。稱作影響函數核的3乘3矩陣的中心象素的值等于-4，其含義是將圖像105a的中心象素的亮度值乘以-4。在拉普拉斯影響函數核中，在中心象素的上面和下面的邊上四個鄰點的值都等于1。因此，圖像105a中與中心象素最接近的四個鄰點的亮度級被乘以1。典型地，在相對于中心象素的北、東、南和西四個方向上設置四個鄰點。但是，也可以采用其它的方位(如圖8A-8H中所示的)。
函數核中指定的象素被乘以對應的核系數，然后加在一起。請注意，在這個實施例中，拉普拉斯核系數的總和等于零。因此，在圖像105a中亮度均勻的區(qū)域中，或者在圖像105a中亮度呈梯度均勻變化的區(qū)域中，應用這種影響函數核的結果是將灰度級減小到零。但是，當出現(xiàn)不連續(xù)的情況，例如出現(xiàn)點、線或邊緣時，根據不連續(xù)區(qū)域中中心點的位置該拉普拉斯函數核的結果可能不為零。
因為圖像105a可以被分成幾百萬個象素，并且本發(fā)明的方法是要將每個象素都與它的鄰點進行比較，所以可能影響到處理器的速度。但是，在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種選擇方法來提高檢查系統(tǒng)工作的速度，即通過減少采集和處理圖像的時間來實現(xiàn)。具體地，可以選擇一種填充系數選項來只產生襯底102中部分被處理過的圖像。該填充系數是一乘數，其可用作subsequent blob-type算子來達到計算過的襯底102的圖像的等效面積。
由過濾部分202執(zhí)行的圖像過濾法進一步包括銳化步驟。通過圖4B中所示的銳化過濾器202A來實現(xiàn)該銳化步驟。銳化過濾器202A通過局部地增加不連續(xù)區(qū)域的對比度來改善圖像105a。該銳化過濾器可以被描述成特定類型的拉普拉斯過濾器。如所提到的，拉普拉斯算子是亮度(B)在x和y方向上的線性二階導數的近似值，用下面的等式來表示2B≡2B/x2+2B/y2.(1.0)上面的等式(1.0)是旋轉的不變量，因此對不連續(xù)區(qū)域存在的方向不敏感。拉普拉斯算子的影響是加亮了圖像105a中的點、線和邊緣，并抑制了均勻平滑的可變區(qū)域。通過它本身，該拉普拉斯圖像不容易進行說明。但是，通過將拉普拉斯改進和初始圖像105a組合在一起，就恢復了整個的灰度標變化。這種技術也通過增加不連續(xù)區(qū)域的對比度來銳化了圖像。
圖5B中示出了用在本發(fā)明的一個實施例中用以局部地增加對比度的銳化過濾器202A的銳化函數核。注意，該銳化函數核的中心值是5。在本發(fā)明的另一個實施例中，中心值是-5，并且北、東、南和西四個鄰點都乘以1。
也稱作銳化算子的銳化函數核提高了在圖像105a的邊緣產生的對比度。在兩個不同的說明中可找到對于該過程的合理說明。首先，圖像中的污點可以被模式化成一擴散過程，其遵循下述偏微分等式f/t＝κ2f，(1.2)
其中污點函數是f(x，y，t)，t是時間，κ是常數。如果利用時間τ的泰勒級數展開來近似該等式(1.2)，則可以如下式來表示沒有污點圖像的亮度B(x，y)＝f(x，y，t)-τf/t+0.5τ22f/t2-....(1.4)如果忽略高階項，則等式(1.4)變?yōu)锽＝f-κ2f.(1.6)因此，可以通過從帶污點的圖像f中提取拉普拉斯算子(乘以一常數)來恢復沒有污點的圖像的亮度B。
利用傅立葉分析法來描述拉普拉斯算子的作用可以找到對于該過程的第二種合理說明，其中該傅立葉分析法作為高通過濾器包括圖像亮度的高和低頻率成分。在該方案中，用低通過濾器來描述平滑函數核。該低通過濾器濾掉了與噪聲有關的高頻變量，該噪聲可以導致相鄰象素的亮度發(fā)生改變。相反，高通過濾器允許這些高頻成分保留下來(通過過濾器)，而濾掉與亮度上的整個漸進變化相對應的低頻成分。
因此，由處理器116的過濾部分202執(zhí)行的圖像過濾法包括平滑步驟。利用圖4B中所示的平滑過濾器202C來實現(xiàn)該平滑步驟。平滑過濾器202C被用來減小與圖像105a有關的信噪比。主要地，平滑步驟執(zhí)行空間平均化。空間平均化將圖像105a的每個小區(qū)域中的象素亮度值都加在一起，并除以相鄰象素的數量，然后利用結果值來構造新的圖像。
在本發(fā)明的一個實施例中，圖5C示出了用到的平滑算子。在這個實施例中，在平滑函數核中中心和相鄰象素的值都等于1。這里利用平滑法來平均結構相似的區(qū)域，以通過后面的閾值算子來將其分開。
平滑算子可以減小圖像中的最大值，并增大圖像中的最小值。根據亮象素與暗象素的比，可以隨著平滑的應用使得到的圖像變亮或變暗。應用數量上沒有限制的平滑算子將最終導致圖像僅具有一個灰度級。在這個實施例中，暗象素(指低頻成分)更普遍，所以不除以9，也即所用到的象素的數量，而是將得到的和除以8，以在每次應用或通過之后通過系數1.125來有效地提高平滑后的圖像，以使得對于后面的閾值算子來提高對比度和亮度。這也通過允許進行相對更快的3位移位操作而不是進行數字上等效但相對更慢的除以8的除法來提高了處理速度。在這個實施例中，典型地，在進行了六次如上所述的平滑應用或通過之后可觀察到最好的結果。
在本發(fā)明的另一個實施例中，可以通過執(zhí)行函數核運算來減小信噪比。該函數核運算是空間平均化法，其通過用每個象素和它鄰點的平均值來代替該象素來執(zhí)行。在本發(fā)明的一個實施例中，計算機程序執(zhí)行該函數核運算，并利用銳化算子、拉普拉斯算子和平滑算子來計算上述圖像形態(tài)。
采集部分206在本發(fā)明的一個實施例中，處理器116包括采集部分206，其提供用來觀察或采集圖像105a的自動增益和偏差(AGO)。通常，可以應用任意一種用以調整或提高實時圖像105或存儲的圖像105a的亮度、對比度或整體質量，或者圖像105a的一部分的裝置。這種提高可包括但并不限于點亮結構、利用濾光片、空間濾光片、偏光鏡或包括它們的組合的任何方法。該提高可進一步包括圖像105a中象素的軟件處理，以提供對像差、暈光和照明的光學校正。
圖6示出了流程圖500，其描述了在本發(fā)明的一個實施例中的處理器116的采集部分206。由流程圖500描述的步驟可以通過處理器116中的軟件、硬件或硬件和軟件的組合來實現(xiàn)。參考圖6，可在步驟502中手動或自動地設定系統(tǒng)參數，其中系統(tǒng)故障參數可包括使用的照相機104的類型和各末尾位置的輸入電壓。末尾位置指圖像105a的亮度柱狀圖中左側(最暗)和右側(最亮)末端或末尾。
步驟504采集初始圖像105，并在步驟506中限定出用于分析圖像的采樣窗?？梢允謩踊蜃詣拥叵薅ǔ鲈摬蓸哟埃⑶以摬蓸哟笆怯糜谠诓襟E508和514中執(zhí)行的計算的圖像數據源。步驟508計算所需的增益和偏差，用以將圖像105a的左側和右側末尾移到預定的位置。步驟510根據在步驟508中計算得到的信息執(zhí)行第二次采集，以調整并改進用于下一次運算的圖像數據的柱狀圖分布。在本發(fā)明的一個實施例中，步驟510還執(zhí)行線性擴展和移位，以進一步提高圖像105a的圖像亮度和對比度。
在本發(fā)明的一個實施例中，實驗結果表明，當利用配備有典型的可編程模數轉換器(ADC)的8位視頻裝置和視頻幀接收器時，可以如下面的表1和2中所示來設定初始限度

表1用于自動增益和偏差函數的初始ADC指令值表1示出了初始8位ADC指令值，典型地，當數字化時，該指令值使標準視頻輸入電平的整個范圍完整地覆蓋了8位ADC輸出范圍而不會被限幅。注意，對于從0(或7.5IRE)到255(或100IRE)的灰度標范圍，其中100IRE等于0.714伏，用于偏差和增益的初始指令值分別是16和127。
下面的表2示出了用來控制ADC硬件的輸入部分的指令值的最大和最小值范圍。還示出了根據典型的引入的視頻信號和期望的信號范圍的信噪性能的調整限度。

表2ADC指令值范圍和用于自動增益和偏差函數的限度下面的表3示出了自動增益和偏差(AGO)函數所使用的典型目標末尾位置，用以確定ADC增益和偏差的指令值，當下一次采集應用時，該指令值可限制相似區(qū)域的末尾或者與目標值有關的特征。

表3用于自動增益和偏差函數的初始目標參數通常，選擇的目標值優(yōu)化了與特定圖像處理任務有關的區(qū)域或特征。在步驟508中，AGO函數利用表3中示出的末尾位置63和191以在不用考慮其它沒有膏的圖像數據的正確性的情況下改進焊錫膏區(qū)域?？晒┻x擇的，表3中所示的末尾位置15和240可被用來提供完整的正確圖像數據，并允許下一次采集的末尾可稍作偏移，而不會由于在每個8位灰度標的末端進行限幅而有損失。
在本發(fā)明的一個實施例中，步驟508包括限幅范圍檢測、警告以及用于RS170/NTSC信號電壓的校正法，該信號電壓大約超過120±3IRE，或0.835到0.878伏。處理器116自動地調整采集參數，以使得信號電壓保持在額定工作范圍內。
典型的RS170/NTSC照相機的輸出信號限幅電平設定為120±3IRE，或近似為0.835到0.878伏，其中100IRE等于0.714伏。如果電壓超過限幅范圍，則發(fā)送表示已經達到飽和或類型情況的警告信息。如果電壓在限幅范圍以下，則該方法進行到步驟510。步驟510管理最新計算得到的參數，以獲得用于進一步處理的改進了的圖像105a。步驟512再一次調用在步驟506中限定出的采樣窗坐標，并將它們應用到在步驟510中采集到的新圖像上。步驟514針對新的采樣窗執(zhí)行基于AGO函數的統(tǒng)計，用以確定最優(yōu)的運行期采集和處理參數。本發(fā)明的這種方法確保了在運行期采集的圖像的膏區(qū)域內形成相似的統(tǒng)計特征值。
在步驟516中，本發(fā)明的方法確定預先運行期的采集參數是否落在預定的硬件和軟件限度內。在步驟516中還確定包括有函數核幾何結構和有效的采樣率的處理參數是否被最優(yōu)化，用以提供性能的最大值。如果沒有，則在步驟518中調整合適的系統(tǒng)參數，并在步驟510插入新的參數。然后重復步驟510到516。一旦確定了運行期參數，就在步驟520將它們存儲在存儲器中，并且本發(fā)明的該方法終止。
圖7A-7B示出了處理器116的部分206中AGO效果的柱狀圖。參考圖7A，其示出了其上沉積有焊錫膏102的印刷電路板220的初始圖像的柱狀圖。柱狀圖的x軸代表從0到255的灰度級，y軸代表在每個灰度級的圖像象素的數量。圖7B示出了具有改進了的膏對比度的同一個圖像的柱狀圖。圖7B還示出了大量限幅到255的沒有膏的象素。在本發(fā)明的一個實施例中，在從0到255的灰度標級上(指8位灰度標)，初始圖像的左側末尾等于15，右側末尾等于240。在本發(fā)明的另一個實施例中，步驟502允許處理器116自動地計算并設定初始采集參數，或者可供選擇的，允許操作者來設定參數。在本發(fā)明的另一個實施例中，設定AGO的步驟(步驟502)允許操作者手動地設定采集參數，或者允許處理器116自動地計算并設定參數。
如上面提到的，步驟510采集新的圖像105a，以根據在步驟508中計算得到的參數改進在這種情況下相關區(qū)域的焊錫膏。在本發(fā)明的一個實施例中，并且參考圖7B，改進了的圖像105a左側末尾和右側末尾的灰度級出現(xiàn)在15和255處。在本發(fā)明的一個實施例中，并參考圖7B，當在步驟510中在圖像105a上執(zhí)行第二次通過時調整了的圖像的左側末尾和右側末尾的灰度級出現(xiàn)在15和255處，用以根據在步驟508中計算得到的參數改進在這種情況下相關區(qū)域中的焊錫膏。通過處理器116的采集部分206執(zhí)行的計算形成焊錫膏區(qū)域的線性擴展和移位，使得相關的焊錫膏區(qū)域出現(xiàn)在末尾63和191之間。圖7B還示出了當應用在步驟508中計算得到的參數時由于對將超出255的值進行限幅而增加了的在灰度級255處的象素數量。
比較圖7A和圖7B，在指定為膏的面積內y軸高度的減小反映出重新分配了等量的超出更大灰度級的象素的膏。
分析部分210處理器116的定位器分析部分210被用來確定相對于預定的接觸區(qū)域224的焊錫膏的位置。利用質心、污點技術、相關性和各種其它的搜索工具可以確定每個面積的坐標軸。利用污點技術和質心的處理是公知的，在John C.Russ的“The Image ProcessingHandbook，Second Edition”的第416-431、487-545頁中，以及在Gerhard X.Ritter和Joseph N.Wilson的“Handbook of ComputerVision Algorthms in Image Algera”的第161-172頁中都對其進行了討論，它們作為參考被包含在本文中。
位置分析的結果被用來檢測膏的存在、不存在以及對準情況，因此也檢測了具有所希望的接觸區(qū)域224的絲網16的對準情況。結果還提供了用于其它自適應性和校正處理控制測量的基礎。在本發(fā)明的一個實施例中，由定位器部分210所提供的信息被用來修改分配器頭118的工作參數。
焊錫膏圖像的防混疊(處理控制部分212)處理器116的處理控制部分212被用來將焊錫膏區(qū)域102a的圖像中任何的混疊減到最少。在得到沉積在襯底102上的焊錫膏區(qū)域102a的數字化圖像105a時，要考慮只有焊錫膏結構識別時才存在的幾種條件。具體地，在本發(fā)明的一個實施例中，這幾種條件包括膏的顆粒尺寸以及在各種放大率下它對圖像105a的質量所產生的影響。通常，只要采樣率大于尼奎斯特頻率就可以避免混疊。但是，當焊錫膏區(qū)域形成圖像時，也可以在顆粒尺寸、焦距、放大率和CCD象素間隔之間不具備適當的關系的情況下出現(xiàn)混疊。在一個實施例中，本發(fā)明的結構識別法考慮下面的表4中所示的四類焊錫膏。

表4所用的焊錫膏的類型和各種顆粒尺寸通常，不同類型焊錫膏的顆粒尺寸經常改變。表4列舉了與各種類型的焊錫膏有關的額定顆粒尺寸。在本發(fā)明的一個實施例中，顆粒尺寸的變化導致最小的放大率，用該最小放大率可通過CCD照相機104來有效地觀察采樣得到的焊錫膏沉積102a。
如果選擇了一組系統(tǒng)放大率，使得在尼奎斯特限度內采樣表4中所示的每種焊錫膏，則可以如下面的表5中所示形成兼容放大率表。

表5用于各類焊錫膏的兼容系統(tǒng)放大率，其中X表示可兼容的放大率，用微米(μm)和mils per pixel(mpp)示出系統(tǒng)放大率。
理論上，尼奎斯特限度是最高頻率，或者在這種情況下的最小顆粒尺寸，其可在給定的系統(tǒng)放大率下被精確地采樣到。尼奎斯特限度可被定義為采樣率的一半。
如所討論的，焊錫膏結構識別法依賴于唯一的鄰點特征和在圖像銳聚焦時的焊錫膏的統(tǒng)計。在本發(fā)明的一個實施例中，利用光學瞄準鏡和圖像硬件來精確地采樣膏結構。在該實施例中，膏粒子的采樣頻率低于系統(tǒng)的尼奎斯特限度，以避免混疊?？晒┻x擇的，通常限定放大率，以使得不會丟失焊錫膏唯一的頻率特性，其中限定出的混疊是可被接受的，這是因為得到的圖像數據的特性，特別是在膏區(qū)域內的，可以被用來檢測膏的跡象。
在本發(fā)明的一個實施例中，通過應用取決于核尺寸和形狀的頻率來在適當的放大率范圍內使處理器116的性能最優(yōu)化?？梢愿鶕嗔Ｗ拥目臻g頻率來手動地或自動地選擇與原始象素(通常為中心象素)具有適當距離的鄰點象素。通過用這種方式調整處理核的幾何結構，可調整有效的采樣率以適用各種膏類型。在本發(fā)明的一個實施例中，傳感器采樣頻率正比于在每毫米周期內測量到的對應象素的中心到中心的空間距離，可以精確采樣的最高頻率是傳感器采樣頻率的一半。放大率也可被描述為用來采集或處理焊錫膏區(qū)域圖像的象素分布模式的函數。
圖8A-8H示出了用來在一區(qū)域識別焊錫膏沉積的各種象素分布模式。該象素分布模式表示用于膏結構間隔結構的采樣核結構。用于放大率的象素分布模式取決于焊錫膏的顆粒尺寸。圖8A-8B和8E-8F中，象素分布模式示出了接觸的中心象素和相鄰象素。圖8C-8D和8G-8H中，示出了相隔各種間距的中心象素和相鄰象素。間距是由中心在中心象素的圓的直徑來表示的(用微米和毫英寸來表示)。半徑對應于有效的象素間隔或者采樣率。因此，直徑表示尼奎斯特限度或最小理論膏顆粒尺寸，其可利用所示的核幾何結構來有效地采樣。用圓形相關區(qū)域的直徑來表示間距(用毫英寸來表示)。在圖8A-8D所示的本發(fā)明的一個實施例中，每個象素表示0.6621mils，圓形相關區(qū)域的直徑從1.3242mils變化到3.7454mils。圖8E-8H中，每個象素表示0.4797mils，圓形相關區(qū)域的直徑從0.9594mils變化到2.7136mils。
核結構并不限定為圖8A-8H中所示的那些，通常，需要在象素之間不具有連通性。
結構識別的實驗結果如上所述，本發(fā)明的一個實施例使用對數字化圖像的統(tǒng)計和形態(tài)運算的組合來從印刷電路板、絲網、晶片或任何襯底上的其它特征豐富的非膏面積中分開焊錫膏結構面積。圖9A-9D示出了利用本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)的結果。
圖9A中所示的是印刷電路板802中沒有飽和的新的圖像數據，電路板802上具有焊錫膏面積804和沒有膏的特征。新的圖像示出輪廓明確的邊緣806，其畫出了通向接觸區(qū)域810的電路軌跡808，以及輪廓明確的分開線812，其是接觸區(qū)域的開始處。
圖9B中，示出了利用本發(fā)明的方法處理了的圖像的結果。該處理了的圖像顯示出圖9A中沒有看到的焊錫橋814。注意，用相關區(qū)域816中的白色區(qū)域表示圖9A中所示的包括邊緣806、軌跡808、接觸區(qū)域810和分開線812的沒有膏的特征，而用黑色表示焊錫膏區(qū)域818。由于在輸出的圖像中用黑色區(qū)域表示存在焊錫膏，所以沒有完全黑或白的任何區(qū)域表示膏邊緣或該位置不確定的某些其它區(qū)域的過渡區(qū)域。因此，灰度可量區(qū)域820提高了精確地反映小的膏沉積的位置和面積的能力，其中，在特定條件下，構成整個面積的較大百分比的邊緣更能容許圖像質量、亮度和對比度的變化。
圖9C中示出的是同一個印刷電路板802中飽和了的新的圖像，該電路板上具有焊錫膏面積804和沒有膏的特征。新的圖像示出了同樣輪廓明確的邊緣806，其畫出了通向接觸區(qū)域810的電路軌跡808。但是，圖9A中所示的輪廓明確的分開線812以及軌跡808和接觸襯墊810的灰度級表示在圖9C中都是難分辨的。圖9C還示出了在前面的任何圖像中都沒有觀察到的印刷電路板上的污點822。
圖9D是利用本發(fā)明的方法處理了的飽和了的新圖像。圖9D中所示的處理了的圖像顯示出一焊錫橋814。圖9D中用白色示出沒有膏的特征816，用黑色示出灰度不確定的膏邊緣820和面積以及焊錫膏區(qū)域818，并表示檢測了100％的焊錫膏的面積。注意，當應用本發(fā)明的方法時忽略了襯底上包括圖9C所示的污點822的沒有焊錫膏的區(qū)域?；叶燃壥潜硎疚挥谟∷㈦娐钒迳戏侵饕卣骱秃稿a膏沉積之間的區(qū)域的可量面積?；叶葮诵畔⒃试S成比例地計算邊緣象素和任何不確定的面積。因此，可量的灰度面積傳送了比黑或白二進制圖像更多的信息給關心焊錫膏接觸區(qū)域質量的觀察者。
圖10A-10C和圖11A-11C提供了來自應用了本發(fā)明實施例的系統(tǒng)的圖像的比較。圖11A示出了除了飽和外與圖10A相同的新的圖像。利用本發(fā)明的方法處理新的圖像。通過應用單閾值技術可將處理了的圖像變?yōu)槎M制的，即黑色或白色，或者通過應用雙閾值技術，處理了的圖像可具有可量的灰度范圍。如前面描述的，雙閾值使得可以適當地說明在膏邊緣和其它不確定的面積處的過渡區(qū)域。因此，本發(fā)明的方法提高了質量控制軟件程序的能力，用以精確地反映邊緣構成整個面積的較大百分比的小膏沉積的面積，并且本發(fā)明的方法更能容許圖像質量、亮度和對比度的變化。
圖10A-10C示出了一連串球柵陣列(BGA)圖像，用于當對圖像執(zhí)行單和雙閾值處理時沒有飽和的新圖像之間的比較。圖10A示出了未飽和的未被處理的新的BGA圖像102，以及預定接觸襯墊1004的陣列。圖10B示出了對圖10A中所示的新BGA圖像執(zhí)行單閾值處理的結果。圖10C示出了對圖10A所示的新BGA圖像利用可量灰度級執(zhí)行雙閾值處理的結果。不確定的邊緣和區(qū)域處于灰度陰影中。一個不確定的區(qū)域出現(xiàn)在1006處。
圖11A-11C示出了一連串BGA圖像，用于當對圖像執(zhí)行單閾值處理和雙閾值處理時與飽和的新BGA圖像102進行比較。圖11A-11C還作為來自球柵陣列(BGA)的圖像的比較，其來自利用了飽和的本發(fā)明實施例的系統(tǒng)。圖11A示出了預定接觸襯墊1004的陣列，以及飽和的未處理新BGA圖像1002。圖11B示出了對圖11A的新BGA圖像1002執(zhí)行單閾值處理的結果。圖11C示出了對圖11A的新BGA圖像利用可量灰度級執(zhí)行雙閾值處理的結果。不確定的邊緣和區(qū)域處于灰度陰影中。相同的不確定區(qū)域1006出現(xiàn)在圖10C和圖11C中。
圖10B-C和圖11B-C示出了本發(fā)明的方法能容許沒有膏的特征中顯著的圖像亮度和對比度的變化，該沒有膏的特征包括非線性亮度變化和由于沒有膏的特征的飽和或落下而導致的數據的丟失。
圖12示出了利用本發(fā)明實施例的系統(tǒng)平滑后的結果的柱狀圖1200。該柱狀圖被分成三個區(qū)域沒有膏的區(qū)域1202、過渡區(qū)域1204和焊錫膏區(qū)域1206。柱狀圖1200示出了對應于平滑圖像中的結構的象素亮度的分布。在一個實施例中，平滑的圖像將膏表示為白色，而沒有膏的區(qū)域表示為黑色。因此，膏象素1206主要在柱狀圖的右端，而沒有膏的象素1202主要在左端。對應于圖像中邊緣的過渡象素1204示出在膏和沒有膏的區(qū)域之間的區(qū)域內。在本發(fā)明的另一個實施例中，平滑圖像被顛倒為將膏表示為黑色，而沒有膏的區(qū)域表示為白色。
橋檢測方法圖13是現(xiàn)有技術中用于檢查沉積在襯底上的焊錫膏的處理的流程圖。作為初始步驟，如通過面積或行掃描照相機采集板部分的圖像(步驟1300)。圖14是圖13的步驟1300中采集到的圖像的說明性例子。圖14是焊錫膏的灰度標圖像。處理步驟1300中采集到的圖像，使得更容易識別用膏覆蓋住的板的區(qū)域(步驟1310)。例如，對圖像執(zhí)行膏檢測(也稱作膏識別)處理，以從產生新的“膏只”圖像(步驟1310和1330)的沒有膏的特征(例如，導電襯墊、襯底)中分開焊錫膏。圖15是根據應用到圖14的圖像的膏檢測而加權了的膏只圖像的說明性例子。不必在執(zhí)行膏檢測以確定膏沉積的數量、位置或重要性的過程中分析得到的圖像。而是，可以利用分開處理(步驟1340)來分析膏只圖像。
可以用許多種不同的技術來將焊錫膏從沒有膏的信息中分開。一種公知的技術是閾值法，其可根據亮度或某些其它參數，如一類光的可見度，來將圖像分成幾個部分。選擇單閾值(或亮度級)來形成表示膏和沒有膏的區(qū)域的二進制圖像。閾值技術將圖像分割成幾個相關區(qū)域，并移走所有其它的位于閾值以外而因此被認為不重要的區(qū)域。例如，熒光燃料可被加到焊錫膏中，以使得在特殊類型的光下只可看到膏。圖16是UV可進入的熒光膏的紅綠藍(RGB)圖像，圖17是利用“單閾值”法來自“藍”光信道的二進制膏只圖像。雙閾值法工作類似，但包括閾值之間亮度級的可量過渡區(qū)域，以更精確地說明邊緣象素。雙閾值法有時更優(yōu)選于單閾值法，這是因為小的膏特征可以包含相對更多的邊緣數據。
另一種公知的用于膏檢測的技術是圖像減色。減色法通過從另一個圖像中減去一個圖像來形成“差別圖像”。某些基于減色的膏檢測法比較參考圖像和新采集的圖像之間的差別以檢測膏。在某些情況下，在減色之前必須精確地記住這些圖像，以將誤差減到最小?？赡苄枰鄬Ω鄶盗康挠嬎銠C存儲器、數據檢索和存儲緩沖器容量來容納這么多的參考圖像。理想的是，一組完整的參考圖像僅需要采集一次，但實際操作時，相同襯底之間存在的各種問題可能相反地影響了性能。為了避免這種問題，對于每個要進行檢查的襯底可以采集新的參考圖像，但這樣大大減慢了處理速度，并可能不適合用在高速生產環(huán)境中。各種閾值和/或圖像減色技術可包括使用用以形成局部解剖圖像的激光壓型和x射線技術。這些和其它方法能更好地從用于下一次分析的沒有膏的區(qū)域中分開膏。
在閾值和圖像減色法中可能出現(xiàn)的一個缺點是，焊錫膏的亮度級和背景可能會經常重疊。如果不可能避免，則這種重疊可使得很難有效地將焊錫膏圖像從背景信息中分開。此外，在這種情況下不能很確定地確定膏沉積的面積和位置，這樣就限制了統(tǒng)計過程控制(SPC)數據和自適應性控制響應的值。
要識別印刷電路板上焊錫膏面積的一個原因是為了檢測焊錫缺陷，如橋。在焊錫膏印刷操作中，術語“橋”可以指一種印刷缺陷，該印刷缺陷表現(xiàn)為一定量偏離的膏跨(或近似于跨)在了相鄰襯墊之間的縫隙上，或者表現(xiàn)為一定量偏離的膏跨在襯墊之間的縫隙上超出了預定的限度。橋可以是主要的缺陷，因為在基本尺寸下，焊錫膏的橋可能不能在下一次回流操作中收回，導致在最終完成的裝置中出現(xiàn)短路或其它相關的缺陷。橋并不是印刷和/或膏缺陷中唯一的類型。其它的缺陷，如過剩膏、質量差的印刷界限以及質量差的對準這些缺陷也可以增加類似缺陷，特別是“短路缺陷”，可能稍后在裝配處理中出現(xiàn)在原始缺陷位置的可能性。
一種增加與焊錫膏沉積處理有關的產量的方法是在印刷操作之后立即檢測印刷缺陷，并在放置電子元件之前撤掉有缺陷的電路板。這樣能使得表面安裝技術(SMT)制造商節(jié)省否則可能在裝配有缺陷的電路板時所浪費掉的時間，并避免了代價很高的重復勞動。無論在任何特定場所是否發(fā)現(xiàn)了缺陷，都可以收集SPC數據，并將其用來在它們對處理構成威脅之前監(jiān)控并校正所不希望有的趨勢。
對橋、類橋特征和其它印刷缺陷的評價可以是一個沒有什么很難的規(guī)則或限定的主觀任務。對如“橋”、“類橋”、“太多膏”等印刷缺陷的主觀描述可被看作是對印刷缺陷的主觀描述。在不進行進一步技術評價的情況下，很難用任何或所有的這些主觀描述來預言稍后在給定的處理中是否將出現(xiàn)缺陷，如與橋相關的缺陷，或者表明存在增加這種缺陷的可能性的處理傾向。
可以將某些公知的用來檢測橋，如所謂的簡單“污點”，的技術和“邊界框”技術，以及橋檢測技術，該技術僅依賴于相關區(qū)域(如，襯墊之間的縫隙)內膏的面積，應用到二進制“噪聲”中，并可提供關于“盒”內或相關區(qū)域內的幾何結構或實際的大量特征的很少的信息。而且，必須經常將縫隙內膏的限度設定得相對較高以避免故障檢測。這些方法中沒有一種可以始終如一地并可靠地檢測在有效可防止的印刷過程控制中的部分橋或類橋傾向。
如上所述，焊錫膏結構識別法可用來檢測在襯底上出現(xiàn)的特定缺陷，如橋。在焊錫膏印刷操作中，當相對輪廓明確的膏沉積跨(或近似于跨)在了襯墊之間的縫隙上時，或者當膏沉積超出了預定限度時，可出現(xiàn)橋或類橋特征。由于膏特征的跨接增加了跨過縫隙的可能性，因此要處理該特征。所謂“典型的”橋將跨接整個縫隙，但僅是跨接并不能保證相關的缺陷不會稍后出現(xiàn)的處理過程中。有時不完全的跨接可能同樣麻煩或者同樣開始。必須考慮其它的特征以測量對于處理該缺陷的真正影響。
盡管沿橋的部分可能較窄或“脆弱”，或者它的類橋結構較差，但可發(fā)現(xiàn)，橋在下一次回流操作中在某點出現(xiàn)的可能性取決于包含的膏的量、位置和幾何結構。隨著膏特征覆蓋面積的增加，在縫隙上存在足夠跨接時膏將導致的與橋相關的缺陷的可能性也增加了。
所謂“所弱的連接”的沿橋特征最薄的點可表明橋要斷開并在下一次回流操作中回收的能力或趨勢。如果沿橋的部分足夠窄，則膏將斷開并從該點回收的可能性可能比在該最窄的點保留有相對(或基本上)較寬的沉積的可能性更大。隨著膏特征的寬度或“體積”的增加，膏特征可能導致與橋相關的缺陷的可能性也增加了，所提供的跨縫隙的足夠的跨接以及形成橋的膏的量足夠在下一次回流操作中維持它。
另一種印刷缺陷是所謂的“普通”印刷缺陷。不考慮縫隙的形狀或位置，當膏的總量超過預定限度時就形成普通的印刷缺陷。當檢測到普通印刷缺陷時，不需要確認實際的膏橋，也不需要進一步的缺陷特征，以決定襯底是否是有缺陷的。普通印刷缺陷情況通常指質量差的印刷、差對準、橋或所有這些情況，其增加了與橋相關的缺陷(例如短路)可能稍后在裝配過程中在印刷缺陷的位置出現(xiàn)的可能性。對于普通縫隙內膏缺陷，對縫隙內的整個膏面積應用用戶定義的限度。
對于許多普通SMT印刷缺陷的檢測，以及對于在處理過程中對不希望有的傾向的校正，橋的精確檢查可以是主要的工具。由于相對不重要的縫隙內膏面積可以提供跨縫隙的重要的橋結構，反之亦然，所以縫隙內膏和跨接測量都需要可靠地確定處理中類橋特征的真正重要性。
本發(fā)明的一個實施例提供了用于縫隙缺陷分析的系統(tǒng)和方法，其提供了可靠的縫隙內膏測量，并檢測涉及表面安裝技術(SMT)裝配過程的類橋膏特征的主要幾何結構和跨度。在一個實施例中，縫隙內膏的總量和跨縫隙上的類橋特征的有效跨度一起用來確定特定的膏特征將導致與橋相關的缺陷的可能性。
圖18是根據本發(fā)明的一個實施例的印刷缺陷檢測順序的流程圖。本發(fā)明可使用事實上以任何方式(步驟1800)采集到的圖像，只要該圖像適于(或者可適于)被分割成“膏只”圖像(步驟1810)即可。圖像可以是通常被稱為“數字化”的圖像。本文中也稱作“處理過的圖像”的膏只圖像例如可以是二進制圖像或者可以具有加權了的灰度級，以適合于說明在邊緣和其它不確定面積的過渡區(qū)域。使用各種圖像改進技術，包括所謂的“水準測量”或“場壓扁作用”，可應用到第一級處理過程中的采集圖像中以基本上提高得到的膏只圖像的保真度。
在本發(fā)明的至少一個實施例中，膏只圖像使用加權象素。使用加權象素值提高了本發(fā)明橋分析的能力，以精確地反映面積，因此，在特定條件下，邊緣構成整個面積更大百分比的小膏沉積更可容許圖像質量、亮度和對比度的微小變化。此外，使用加權象素值可得到更精確的橋檢測結果，特別是在包含有相對少的象素或采樣點的小縫隙面積內。在本發(fā)明的一個實施例中，可以使用預定的查表，如256項的查表，來有效地在運行期產生膏只圖像1810的過程中對象素進行加權，而不需要很高的重復性、冗余、運行期數學運算。
經過前面描述的方法可以形成“膏只”圖像，包括但并不限于對采集到的圖像直接應用單或雙閾值、圖像減色技術和本文中描述的基于結構的分割技術。如前面所述的其它可用的用于形成膏只圖像的技術包括使用UV染色改進膏、激光壓型，使用干涉測量法以形成地形數據的2D表示法(即，“體積元素”圖像或三維象素)，以及x射線技術。對于本領域的技術人員應理解的是，現(xiàn)在公知的許多方法以及將來為了形成分段的膏只圖像而發(fā)展的許多方法都可用在本發(fā)明的至少一個實施例中。
再次參考圖18，在膏只圖像(步驟1810)內，限定出相關區(qū)域(步驟1820)。在一個實施例中，相關區(qū)域是希望知道其中沉積的物質的數量和特性的區(qū)域。例如，在PCB、晶片、絲網或類似襯底上，該相關區(qū)域可以是存在有不希望有的橋或類橋特征的襯墊或孔之間的縫隙。下面描述的圖19A-19C和20A-20C說明了示出“相關區(qū)域”的運行期和膏只圖像。
圖19A-19C詳細示出了根據本發(fā)明的實施例具有說明性特征的運行期圖像，該說明性特征包括相關區(qū)域的例子。圖19A-19C說明了放大了的焊錫膏1903中類橋特征1900的視圖，以及幾種典型的沒有膏(板)的特征。圖19A是放大了的圖19B中所示的運行期圖像第一部分的視圖，圖19C是放大了的圖19B中的運行期圖像第二部分的視圖，包括類橋特征1900和焊錫膏1903。沒有膏的特征例如包括空板1906、空軌跡1910、軌跡1910上的掩模1915和空襯墊1920。圖19A和19B還說明了第一焊錫襯墊1925和第二焊錫襯墊1930之間的縫隙1920。在這個例子中，焊錫膏1903被移到第一焊錫襯墊1925的右側，移進縫隙1920。
圖20A-20C分別是圖19A-19C中所示圖像的對應的膏只視圖。圖20A-20C是根據本文中所述的基于結構法形成的膏只圖像的說明性例子。如所提到的，基于結構的圖像僅是多個適合的膏只圖像的一個例子。圖20中，可能的類橋特征1900是圓形的。
再次參考圖18，在本發(fā)明的至少一個實施例中，圖20B的膏只圖像可用于步驟1810，圖19A和20A中所示的縫隙相關區(qū)域1920可用于步驟1820。但是，在至少一個實施例中，可顛倒步驟1820和1810，也就是說，在采集到的圖像中限度出相關區(qū)域，然后僅形成相關區(qū)域的膏只圖像。這樣做可節(jié)省處理時間。在本發(fā)明的至少一個實施例中，在不比需要包括在步驟1820中限定出的所有子區(qū)域大的區(qū)域上執(zhí)行步驟1810的膏只轉換。
在步驟1850中，在適當的分段膏只圖像上使用投影和滑動平均法(參見圖21和下面的相關討論)，用以在特定的相關區(qū)域內基本上檢測并分析主要的橋或類橋特征。此外，在步驟1827中設定用戶定義的輸入，其在圖22中描述并進行相關討論。這些用戶定義的輸入幫助測量襯墊上的膏(步驟1830)以及縫隙內的膏(步驟1840)的面積，并分析橋特征(步驟1850)。
主要參考圖22，其是普通的方框圖，說明了根據本發(fā)明的實施例實現(xiàn)的系統(tǒng)2200的輸入和輸出，并示出了幾種用戶定義的輸入2210。這些包括縫隙2215內所允許的膏的最大量、橋檢測系統(tǒng)2220的主觀“靈敏性”設定以及跨縫隙2225的主要橋特征的最大可允許跨度。
縫隙2215內所允許的膏的最大量表示在取走一定量的膏以表明主要的印刷缺陷之前可在縫隙內的用戶定義的膏的最大量。例如，其可以表示為額定縫隙面積的百分數，如55％意味著在出現(xiàn)縫隙內膏缺陷之前，膏最多可以覆蓋到額定縫隙面積的55％。這些值純粹是為了說明的目的。
在步驟2230中使用“靈敏度”設定2220來計算滑動平均窗(也叫做平滑核)的尺寸，并基本上確定平滑或過濾的程度，用以如后面所述應用到投影數據上。這樣可使用戶指定在用相對術語的跨度測量中要考慮的橋特征的最小寬度或“體積”，并且是優(yōu)選地?？晒┻x擇的，用戶可用更直接的單位提出“靈敏度”，包括象素、毫英寸和微米。在本文中所述的本發(fā)明的實施例中，用象素，如5個象素寬、10個象素寬等，來測量平滑核2230的寬度以及要考慮成橋特征的特征的最小寬度。這些值純粹是為了說明的目的，當然，可以根據所希望的橋檢測靈敏度的水平來改變。
跨縫隙2225的主要橋特征的最大可允許跨度表示用戶定義的如橋特征的特征可延伸跨過相關區(qū)域如襯墊之間的縫隙的最大值。例如，這可以表示成縫隙的百分數，如縫隙寬度(或長度)的70％，其方向與“橋”的軸平行。這個值也純粹是為了說明的目的。
滑動平均窗2230的尺寸是一維平滑核的尺寸，其用在本發(fā)明的至少一個實施例中，用以平滑縫隙的投影值。這提供了沿投影在每個點處的定位平均值，同時移走對應的對于處理被認為是不重要的特征細節(jié)的水平。本文中進一步描述該特征。作為一個例子，可用象素，如5個象素，來測量滑動平均窗的尺寸。在至少一個實施例中，滑動平均窗2230的尺寸至少部分取決于被認為是主要橋特征的特征的最小寬度。用相對性術語(例如，低、中等、高)表示步驟2220的靈敏度設定，其在步驟2230中用象素基本上確定了滑動平均的寬度。
再次參考圖18，步驟1830中對襯墊上膏面積的測量是直接測量繞襯墊在稍微放大了的相關區(qū)域內找到的膏的量。這是2維表面積測量，對于本領域的技術人員是公知的，并與普通的縫隙內膏面積測量相似。襯墊上膏面積的測量最簡單，并且是現(xiàn)有技術中被最普遍地應用于膏檢查。它被包括在本文中作為優(yōu)選操作模式的一部分，這是因為它分享了同一個膏只圖像，并可與在本發(fā)明中描述的縫隙面積和橋分析一起使用用以提供一組更全面的數據來控制印刷處理。另外，相關區(qū)域內襯墊上膏面積的測量(步驟1830)與普通的縫隙內膏面積測量(步驟1840)和橋特征測量(步驟1850)相互獨立?？p隙內膏面積的測量(步驟1840)與縫隙2215內所允許的膏的最大量的用戶定義輸入值相比較。這樣，利用步驟1830和1840來幫助檢測相關區(qū)域內普通的印刷缺陷(前面所描述的)。如果檢測到普通的印刷缺陷，則可以立即拒絕該被檢查的襯底。
在步驟1850中分析相關區(qū)域內的橋特征。圖21是根據本發(fā)明用于步驟1850的橋特征分析處理的流程圖。圖21中，為了評價類橋特征的重要性，將相關區(qū)域放到一對正交坐標軸中(步驟2100)，使得首先膏只圖像可投影到相關區(qū)域的一個坐標軸上。例如，圖23A-23C是根據本發(fā)明的實施例處理了的縫隙(該縫隙被定義為僅用于說明目的的相關區(qū)域)內焊錫膏的第一種說明性的運行期圖像、膏只圖像和投影的膏只圖像的圖表。圖23A是相關區(qū)域的說明性例子，其是縫隙內膏的“運行期”圖像(其例如對應于圖18的步驟1800，緊接著是圖18的步驟1820)。圖23B是圖23A的運行期圖像的膏只圖像。這是滑動或移動的平均。通過利用專用核尺寸平滑初始的投影值而形成了新的陣列。該得到的值表示沿縫隙在每個點的膏的有效跨度。
注意，在圖23B中，在步驟2215中將縫隙內膏的覆蓋率確定為45％。
再次參考圖21和圖23A-C，圖23C是一個圖表，其X和Y軸對應于縫隙區(qū)域象素的維數。Y軸典型地對應于縫隙長的“非橋”軸，X軸對應于縫隙的“橋”或“跨度”軸。當然，根據“橋”軸，也可以將這些軸顛倒過來。在步驟2110中，相關區(qū)域內的膏被轉換成一維陣列2305，其有效地與縫隙的一個軸對準，并正交于跨度或“橋”軸。在一個實施例中，通過通常被本領域的技術人員所公知的沿相關區(qū)域的一個軸的簡單的象素數據“投影”來形成該一維陣列。例如，在圖23B中可看到，沿縫隙的長度，在Y軸上約38的位置處，跨縫隙的所有象素的跨度被加在了一起。將該總數除以255，即最大的8位灰度級，以得到一個沿該Y軸的在此位置處象素的等效跨度。該值被畫在圖23C中X軸大約12個象素跨度的縫隙內的點上，或者跨16個象素寬縫隙的大約75％處。
然后平滑該一維陣列2305或投影，以過濾出由相對較弱或不重要的橋式幾何結構形成的小的不規(guī)則性。平滑處理使數據點被用它們的鄰點以時間串或象素圖像進行了平均，以減小或“弄污”銳化邊緣和新數據中突然的過渡。在一個實施例中，通過對新投影的數據進行滑動平均2310(具有通過用戶定義/指定的參數確定的尺寸，參見圖22)來執(zhí)行平滑步驟2120，以在沿投影的點得到平滑的等效跨度。該滑動平均是一種有效的一維平滑核。平滑的程度取決于核的尺寸，并類似于主要橋或類橋特征的最小寬度。但是，平滑核的尺寸不必與主要橋或類橋特征的最小寬度一樣。圖23中的例子使用5個象素的滑動平均或平滑核。將任意5個連續(xù)的投影項的平均值看作矩形的一個邊，而將平滑核的尺寸或者5看作是另一個邊，這樣可得到矩形2310，以表示沿相關區(qū)域的長度在每個點的功能上等效的橋特征。平滑后的結果表示沿縫隙長度的這些“瞬間”橋特征的有效跨度，并且這些在步驟2140中(圖21)校驗的表示為整個縫隙寬度的百分比的值接近用戶定義的限度2225(圖22)。
例如，在圖23C中，滑動平均2310具有用于指定的5個象素寬度，其與橋特征的最小寬度相同。沿投影數據的一維陣列相對于圖23C所示的圖像從頂部到底部方向通過滑動平均2310(當然，方向也可以相反，并且如果縫隙的投影是垂直的，則滑動平均可以從右側通過到左側或從左側通過到右側)。與平滑結果和其他用戶指定的信息一起用在滑動平均中的元素的數量(平滑核的尺寸)使得能夠沿縫隙的長度對特征的面積和主要幾何結構進行功能性評估。
再次參考圖21，在步驟2140中，首先定位平滑的一維陣列的最大值。然后可將同樣是用戶指定的預定閾值(參見圖22的2225和圖23C的圖示2320)應用到該最大值以確定任意特征是否“滿足”或超過這些限度，如果是這樣，則根據定義檢測類橋缺陷。例如，在圖23C中，應用閾值以確定平滑投影的任意部分是否超過用戶定義的限度2320，或縫隙的70％。在這個例子中，發(fā)現(xiàn)有5個平滑值或“采樣數”2330大于閾值2320，為了說明，用與2310相似的條標記其位置。當然，圖23C中所示的閾值和滑動平滑寬度(用象素表示)純粹是為了說明的目的，也可用其他的數。根據閾值的應用，識別出可能的橋和/或類橋特征(步驟2140)，并返回到圖18的步驟1850。
圖24和25提供了本發(fā)明實施例的其他的例子，其示出了如圖21中所述的平滑和閾值的應用。圖24A-24D分別是根據本發(fā)明的實施例處理了的縫隙內焊錫膏的第二種說明性的運行期、膏只、相關區(qū)域和投影的膏只圖像數據的圖表。圖24D中，所用的滑動平均是10個象素，圖24D中的雙線2410示出了進行平滑后的一維陣列2405的圖表。在圖24D中看到，單個特征滿足根據定義進行分類的作為“類橋”缺陷的要求，其中最大平滑值大約用戶定義的限度。
圖25A-25C是根據本發(fā)明的實施例處理了的縫隙內焊錫膏的第三種說明性的運行期、膏只和投影的膏只圖像。圖25C中，橋或類橋特征的最小寬度是10個象素，用戶定義的閾值是70％。這些用戶定義的參數與圖24中的相同。在圖25A和25B中可看到相對真實的焊錫橋。圖25C中，滑動平均超出了用戶定義的閾值，因此超過了在70％閾值線時縫隙相對較大的長度。盡管只需要一個最大值來表明存在類橋缺陷，但這個圖表已經說明存在較嚴重的類橋缺陷，其許多平滑值都超過了閾值。
在本發(fā)明的至少一個實施例中，可以修改滑動平均來提供相似的滑動均方根(RMS)輸出，其中，計算局部平均數(滑動平均)之前，計算沿投影的數據點的平方值。這些“均方值”的“根”基本上與簡單的滑動平均值相同。但是，滑動平均可能更有利，這是因為它需要最少量的計算。
再次主要參考圖18，在完成步驟1850的分析之后，可以將該結果與預定的(如用戶定義的)處理限度進行比較(步驟1860)，為了針對絲網印刷/焊錫膏放置處理進行可能的修改而存儲得到的數據(步驟1870)。無論是否超過處理限度或者是否在任何特定地點反映出缺陷，都可以對數據進行適當地過濾，并為了有效地控制印刷處理而用數據來監(jiān)控次要的趨勢(步驟1880)，這對本領域的技術人員是可以理解的。例如，在完成檢查(例如給定襯底的檢查)之后，可以存儲在襯墊之間的縫隙內發(fā)現(xiàn)的膏的最小量、最大量和平均量。為了進行類橋特征的跨度測量，可以存儲相同的測量值。這些數據不僅能夠進行用于有效過程控制的趨勢分析，還提供了根據歷史性能和實際生產需要而優(yōu)化調諧檢測參數的手段。
在至少一個實施例中，圖22的用戶指定輸入部分取決于襯底的特征，如縫隙尺寸、襯墊尺寸和襯墊位置的變化。例如，在圖23、24和25的示例性實施例中，還可以看到，用戶指定的橋/類橋特征的最小寬度可以根據如縫隙的長度和寬度以及用戶指定的閾值而改變。這是因為如熔焊錫膏的物質的固有表面張力可以使焊錫膏“回收”，并且如果投影的寬度比縫隙的尺寸小則不會跨過縫隙，即使投影延伸超過了縫隙跨度的一半。因此，對于圖25C中9個象素縫隙跨度的例子，指定了可能出現(xiàn)的橋/類橋特征的更大的最小寬度(即，10個象素)。所以，例如，可以允許具有9個象素寬度的特征延伸直到圖25C的例子中的縫隙寬度的90％，這是因為焊錫膏的趨勢是要回收而不是“橋”。
相反，對于圖23C中示例性的縫隙跨度(即，16個象素)，橋特征的最小寬度是5個象素。在這個例子中，如果橋特征超過縫隙跨度的70％或更多，則不可能“回收”，而更可能是“橋”。
圖26是說明圖，其示出了根據本發(fā)明的實施例在縫隙尺寸上的襯墊尺寸發(fā)生變化時的影響，圖27是說明圖，其示出了根據本發(fā)明的實施例在縫隙尺寸上的襯墊位置發(fā)生變化時的影響。如圖26和27所說明的，縫隙尺寸可以根據襯墊尺寸和襯墊位置而改變。因為至少本發(fā)明的某些實施例允許對于各種參數的用戶指定的輸入，這些參數如跨縫隙的主要橋特征的最大跨度、滑動平均窗的尺寸等(參見圖22)，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法有利的是在襯墊尺寸和位置改變時可快速地適應各種尺寸的襯底。
圖28-30是有代表性的說明圖，其示出了各種類型的橋和類橋特征，它們可利用本發(fā)明的一個實施例而被檢測到。準確地畫出了所有類橋特征，它們正好分別覆蓋了圖28、29和30中整個縫隙面積的6％、18％和36％，而不考慮它們的形狀。只改變類橋特征的幾何結構，來證明各種形狀是如何影響后來在所謂“回流”的處理中將出現(xiàn)橋缺陷的可能性的，其中加熱焊錫膏以呈熔化狀態(tài)，這樣能夠通過表面張力重新分配焊錫沉積。當然，自然產生的類橋特征的形狀將更隨意，但它們將均分更多的在這些說明中示出的基本特性。在接下來的段落中僅詳細描述了圖28，相同的描述同樣適用于圖29和30中相同的圖。
圖28中，標記2800表示類橋膏特征，其延伸了兩個相鄰襯墊沉積之間的縫隙的整個跨度，使它們相互接觸，它可稱為“典型的”橋幾何結構。橋特征2802跨縫隙的整個跨度具有均勻的厚度，其任何部分都不可能在隨后的回流操作中通過表面張力而斷開并“回收”。在回流操作過程中，表面張力將產生“通過毛細作用帶走”熔焊錫，即先前的焊錫膏，的趨勢，使其朝向節(jié)點2804和2806向后，都傾向于加寬接點2804和2806，并使橋特征的中間變薄。事實上，在特定條件下，該特征可變得足夠薄而斷開并朝對應的“節(jié)點”2804和2806回收每個遷移部分。
如在本發(fā)明中所述的，通過投影數據的滑動平均產生的最大值取決于滑動平均的尺寸，即平滑核。在優(yōu)選方法中，通過用戶定義的“靈敏度”設定來確定滑動平均的尺寸。對于特定的核尺寸，或者給定的靈敏度，橋特征的尺寸和形狀確定了平滑核將對投影數據以及平滑后的最大值產生多少影響。最大值可以被看作是至少具有足夠“體積”或“功率”的特征的有效跨度，用以省去平滑運算。再次主要參考圖24，在圖24B中可看到實際的橋特征，其在相對尺寸和形狀上與橋的例子2802相似，所以這里它將被用來示出實際上的形狀形似的類橋特征的平滑效果。兩種特征都跨縫隙的100％。圖24D示出了在橋位置處的最大值大約為85％的平滑數據的圖表。如果在這種85％的情況下最大的平滑跨度超過用戶定義的限度，則該特征就認為是缺陷。
圖28示出了均勻的橋特征2810，其在2814處僅與一個襯墊沉積接觸。在這種情況下已經出現(xiàn)了“斷開”2812，因此在2810中“回收”的可能性大于2800，這是因為表面張力僅集中在了一側，從相對側不會有反作用。注意，與襯墊沉積接觸的點2814稍微大于節(jié)點2804，因為需要在圖28A-F中所示的所有橋的例子中都保持相同的6％的縫隙覆蓋率。由于給定了的相同的橋的“靈敏度”，平滑2810的投影數據的效果將與前面的例子2800相似，這是因為它們具有基本上相同的均勻厚度，但有效跨度(即，最大平滑值)將比在前面例子中的更小。再次，如果最大平滑跨度大于用戶定義的限度，則該特征就認為是缺陷。
圖28中的標記2820也具有與2812相似的“斷開”2822，只是其位于跨度的中間。
圖28中的標記2830與標記2800相似的是是在縫隙的兩側都進行接觸。這里主要的不同點是形狀，其在縫隙一側的接觸范圍2834更大，而在另一側的接觸點2836更小。點2836幾乎不會提供“通過毛細作用帶走”的趨勢，而更大的范圍2834將會提供。而且，根據對橋特征2832和2802的投影數據進行相似的平滑，三角形特征2832的有效跨度(最大平滑值)將小于均勻形狀2802。有效跨度上的不同正確地反映了2802具有比2832更主要的橋潛力，盡管都必須要對照用戶定義的跨度限度來檢驗這兩種跨度，但相比于2802，特征2832不太可能被認為是缺陷。圖29包括標記2900、2910、2920、2930、2940和2950。圖30包括標記3000、3010、3020、3030、3040和3050。圖29和30表示模式與圖28中所示的基本上相同的類橋特征，只具有一個顯著的不同點。圖28中所示的所有橋特征都正好覆蓋縫隙的6％，圖29中的覆蓋縫隙的18％，圖30中的覆蓋36％。根據利用相同的函數核對圖28、29和30中類橋特征的投影數據進行的平滑，沉積更大的有效跨度將更大。而且，有效跨度中的不同準確地反映了相對更大的沉積比更小的沉積具有更主要的橋潛力，并且盡管必須要對照用戶定義的跨度限度檢驗所有的情況，但更大的更可能被認為是缺陷。此外，也必須對照用戶定義的限度檢驗普通的縫隙內膏的面積，并且盡管典型地對它們進行設定以收集也可具有主要橋潛力的總缺陷，但這里也是更大的沉積比更小的沉積更可能被認為是缺陷。
圖31是可根據本發(fā)明的至少某些實施例檢測到的其他類型絲網印刷/焊錫膏印刷缺陷的有代表性的說明圖。圖31中的標記3100示出了由于普通的質量差的膏對準而形成的普通的印刷缺陷。在這種情況下，反映出的縫隙內膏的值將隨未對準程度的增加而升高，如反映出的跨縫隙的膏的跨度。圖31中的標記3110示出嚴重未對準的效果。為了評估進一步的橋潛力，本發(fā)明將利用膏對準函數準確地評估相關橋缺陷的增加了的潛力。
圖31中的標記3130和3140示出多種唯一的缺陷，其中跨度的長度和特征的形狀確定了缺陷的潛力。在標記3130中，兩種特征都延伸到了縫隙中間，盡管是從相對兩側延伸出來的，但覆蓋了相同的縫隙面積。本發(fā)明的該方法對兩種特征同時進行操作，如首先在圖28中所示范的，矩形特征將在平滑操作后準確地產生最大的縫隙跨度。盡管最大跨度將更大，并在該例子中橋潛力將更大，但同理適用于圖3140中相似的特征。
圖31中的標記3120和3150分別示出了輕微和嚴重的過印刷。在兩種情況下，接近縫隙中心的跨縫隙膏的有效跨度是最大的。只有在橋的方向上膏的累積效果才是最重要的。這樣，用在本發(fā)明中的簡單的投影和滑動平均法都根據所反映的有效跨度之間的差別能夠準確地確定出比較3150比標記3120具有更大的橋潛力。而且，所反映的縫隙內膏的面積對于標記3150將比對于標記3120更大，這樣，由于這個原因，標記3150將首先準確地表明縫隙內膏的缺陷。
圖28-31以及相關的描述論證了用在本發(fā)明中用以根據用戶定義的“靈敏度”參數來準確地評估膏沉積的有效“橋潛力”，以及用以根據用戶定義的限度檢測并認定可嚴重影響隨后的處理的橋缺陷的方法。
可看到，用于如橋的缺陷的檢測法在使用精確可靠的膏檢測法以從背景中分開膏時更有用。有利的是，在本文和系列申請No.09/304,699中公開的基于結構的膏檢測法可與本文中公開的橋分析技術組合在一起來提供與板裝配處理相關的橋特性的有用可靠的測量。
在描述圖中所說明的本發(fā)明的實施例時，為清楚起見使用了專用術語。但是，本發(fā)明并不限于所選擇的這些專用術語，每個專用術語都至少包括采用相似方式以完成相似目的的等效的所有技術和功能。
如本領域的技術人員可認識到的，本文中所描述內容的各種變化、修改和其他實現(xiàn)方式對本領域的普通技術人員都是公知的，而不會脫離所要求的本發(fā)明的精神和范圍。此外，實際上本文中所描述的本發(fā)明實施例的任何方面都可利用軟件、硬件或硬件和軟件的組合來實現(xiàn)。
應理解的是，在本申請的所有附圖中，在某些情況下，多種系統(tǒng)元件或方法步驟都可表示為說明性的一種特定系統(tǒng)元件，而單個系統(tǒng)元件或方法步驟可表示為說明性的多種特定系統(tǒng)元件或方法步驟。應理解的是，示出的多種特定元件或步驟并不是要說明根據本發(fā)明實現(xiàn)的系統(tǒng)或方法必須要包括這些元件或步驟中的多個，也不是通過說明單個的元件或步驟而要將本發(fā)明限定到僅具有單個對應的元件和步驟的實施例中。此外，并不是要限定為特定的系統(tǒng)元件或方法所示出的元件或步驟的總數；本領域的技術人員將認識到，在某些情況下，可選擇特定系統(tǒng)元件或方法步驟的數量，以滿足特定的用戶需要。
盡管用具有具體特定程度的優(yōu)選形式描述并示出了本發(fā)明，但應理解的是，在不脫離如下文中所要求的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可給出僅通過例子給出的優(yōu)選形式新的公開方式，并對各部件的詳細結構和組合以及設置方式作出各種改變。
權利要求
1.一種分析沉積到襯底上的物質的圖像的方法，該圖像包括多個象素，該方法包括限定出圖像中的相關區(qū)域；將相關區(qū)域加到第一和第二正交坐標軸上，其中圖像中的一組象素位于第一坐標軸；將相關區(qū)域內的象素轉換成與第一坐標軸對準的一維陣列，并投影到第二坐標軸；以及將至少一種閾值應用到該一維陣列，該閾值至少部分基于預定的限度。
2.如權利要求1的方法，進一步包括平滑該一維陣列。
3.如權利要求2的方法，其中平滑包括指定相關區(qū)域中物質的最大量、平滑程度和沉積在襯底上的物質的最大量中至少一種。
4.如權利要求1的方法，其中轉換包括對于沿第一坐標軸的每個象素，計算在相關區(qū)域內與沿該坐標軸對應的象素正交對準的所有象素的總和；以及將沿該坐標軸的每個象素的總和表示成與第二坐標軸正交的一維陣列。
5.如權利要求1的方法，進一步包括定位基本上接近相關區(qū)域的一個邊緣的坐標軸，其中圖像中的一組象素位于該坐標軸。
6.如權利要求1的方法，進一步包括評價該一維陣列，以確定在相關區(qū)域內是否存在某些特征。
7.如權利要求6的方法，其中特征包括缺陷、短路、類橋特征、橋、物質的過剩量、物質的偏離面積和物質質量差的面積。
8.如權利要求6的方法，進一步包括接收至少一個檢測參數，該檢測參數用于確定圖像中的至少一種特征可稍后導致功能性缺陷的可能性。
9.如權利要求8的方法，其中根據該至少一個檢測參數來完成評價步驟。
10.如權利要求9的方法，進一步包括對于相關區(qū)域中的每個特征，計算特征的面積和幾何結構，至少部分利用檢測參數和一維陣列來完成該計算。
11.如權利要求10的方法，進一步包括根據面積和幾何結構來確定圖像中的至少一種特征可稍后導致功能性缺陷的可能性。
12.如權利要求11的方法，進一步包括根據確定的圖像中的至少一種特征可導致功能性缺陷的可能性來修改物質沉積在襯底上的處理過程。
13.如權利要求1的方法，其中襯底包括印刷電路板。
14.如權利要求1的方法，其中物質包括電子材料。
15.如權利要求1的方法，其中物質包括焊錫膏。
16.如權利要求1的方法，其中圖像包括數字化的圖像。
17.一種檢查襯底的方法，該襯底具有沉積在其上的物質，該方法包括以下步驟將物質沉積到襯底上；采集襯底的圖像；檢測圖像中結構的變化，用以確定襯底上物質的位置；限定出圖像中的相關區(qū)域，該限定出的相關區(qū)域具有第一坐標軸，其中圖像中的一組象素位于該坐標軸；對于沿該坐標軸的每個象素，計算在相關區(qū)域內與沿該坐標軸對應的象素正交對準的所有象素的總和；將沿該坐標軸的每個象素的總和表示成與該坐標軸正交的一維陣列；以及評價該一維陣列，以確定在相關區(qū)域內是否存在某些特征。
18.如權利要求17的方法，其中特征包括缺陷、短路、類橋特征、橋、物質的過剩量、物質的偏離面積和物質質量差的面積。
19.如權利要求17的方法，進一步包括接收至少一個檢測參數，該檢測參數用于確定相關區(qū)域中的至少一種特征可稍后導致功能性缺陷的可能性。
20.如權利要求19的方法，其中根據該至少一個檢測參數來完成評價步驟。
21.如權利要求20的方法，進一步包括對于相關區(qū)域中的每個特征，計算特征的面積和幾何結構，利用至少一個檢測參數和一維陣列來完成該計算。
22.如權利要求21的方法，進一步包括根據面積和幾何結構來確定圖像中的至少一種特征可稍后導致功能性缺陷的可能性。
23.如權利要求17的方法，其中襯底是印刷電路板。
24.如權利要求17的方法，其中物質包括焊錫膏。
25.一種用于在襯底上的預定位置處分配焊錫膏的系統(tǒng)，包括在襯底上分配材料的分配器；用于維持分配器工作的控制器；和與控制器進行電通信的處理器，將該處理器編程為執(zhí)行位于襯底上的焊錫膏沉積的基于結構的識別，限定焊錫膏圖像內的相關區(qū)域，該限定出的相關區(qū)域具有第一坐標軸，其中圖像中的一組象素位于該坐標軸；對于沿該坐標軸的每個象素，計算在相關區(qū)域內與沿該坐標軸對應的象素正交對準的所有象素的總和；將沿該坐標軸的每個象素的總和表示成與該坐標軸正交的一維陣列；以及評價該一維陣列，以確定在相關區(qū)域內是否存在某些缺陷。
26.如權利要求25的方法，其中襯底是電路板。
27.如權利要求25的方法，其中缺陷包括短路、橋、焊錫膏的過剩量、焊錫膏的偏離面積和襯底上焊錫膏質量差的面積。
28.如權利要求25的方法，其中將該處理器進一步編程為對于相關區(qū)域中的每個缺陷，利用檢測參數和一維陣列計算缺陷的面積和幾何結構。
29.一種檢測沉積在襯底上的物質中的缺陷的方法，包括采集襯底的圖像；檢測圖像中結構的變化，用以確定襯底上物質的位置；限定出圖像中的相關區(qū)域，該限定出的相關區(qū)域具有第一坐標軸，其中圖像中的一組象素位于該坐標軸；對于沿該坐標軸的每個象素，計算在相關區(qū)域內與沿該坐標軸對應的象素正交對準的所有象素的總和；將沿該坐標軸的每個象素的總和表示成與該坐標軸正交的一維陣列；以及評價該一維陣列，以確定在相關區(qū)域內是否存在某些缺陷。
30.如權利要求29的方法，其中物質包括焊錫膏。
31.如權利要求30的方法，其中缺陷包括焊錫橋、類橋特征或過剩膏特征中的至少一種。
32.如權利要求31的方法，其中襯底包括第一和第二襯墊，焊錫膏沉積到該第一和第二襯墊上，缺陷包括存在的跨第一和第二襯墊之間的距離的至少一部分的焊錫膏。
33.如權利要求32的方法，進一步包括應用一種規(guī)則以確定缺陷是否應被分類為焊錫橋。
全文摘要
一種分析沉積到襯底上的物質的圖像的方法，該圖像包括多個象素，該方法包括限定出圖像中的相關區(qū)域，將相關區(qū)域加到第一和第二正交坐標軸上，其中圖像中的一組象素位于第一坐標軸，將相關區(qū)域內的象素轉換成與第一坐標軸對準的一維陣列，并投影到第二坐標軸，并將至少一種閾值應用到該一維陣列，該閾值至少部分基于預定的限度。
文檔編號G06T1/00GK1947153SQ200480003322
公開日2007年4月11日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權日2003年12月12日
發(fā)明者戴維·P·普賴西 申請人:斯皮德萊技術公司