CC BY
103
УДК 004.931; 004.932
Кочегаров И.И., Ханин И.В., Юрков Н.К., Григорьев А.В.
ПГУ
АЛГОРИТМ ВЫЯВЛЕНИЯ ЛАТЕНТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ ФОТОШАБЛОНОВ И ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ МЕТОДОМ ОПТИЧЕСКОГО ДОПУСКОВОГО КОНТРОЛЯ
Аннотация. В статье показана актуальность применения программной среды LabVIEW для выявления латентных технологических дефектов фотошаблонов и печатных плат. Разработаны виртуальный прибор и алгоритм выявления латентных технологических дефектов фотошаблонов и печатных плат методом оптического допускового контроля.
Ключевые слова: латентные дефекты, плата печатная, радиоэлектронная аппаратура, неразрушающий контроль, оптическая инспекция.
Введение
Программная среда LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) предназначена для разработки программного обеспечения измерительных и аналитических систем, систем автоматического управления, контроля и диагностики. Она может быть использована также для моделирования автоматизированных систем и создания приложений, не связанных с автоматизацией управления и измерительного эксперимента. В отличие от текстовых и текстово-графических сред (Pascal, Delphi, VisualC/C++ и др.), LabVIEW является графической средой, в которой программы создаются не в виде строк текста, а в форме графических диаграмм [1, 2].
Графические среды программирования можно разделить на объектно-ориентированные (InTouch, TraceMode), в которых применяются графические образы объектов моделирования, испытаний и управления, и функционально-ориентированные (LabVIEW, LabVIEW/DSC, AgilentVEE), использующие графическое представление алгоритмов обработки данных и взаимодействия ЭВМ с внешними устройствами. Графическая диаграмма по сравнению с текстом программы является более наглядной, поэтому графические пакеты легче осваиваются пользователями, не имеющими опыта составления программ на текстовых языках программирования.
Программа, созданная в функционально-ориентированной графической среде, подобна схеме соответствующего алгоритма или функциональной схеме аппаратной реализации данного алгоритма. Составление, отладка и модификация такой программы могут быть выполнены не профессиональным программистом, а инженером, который ставит задачу и разрабатывает алгоритм функционирования прибора. При этом программа, созданная в графической среде, может быть столь же эффективной, как и ее текстовый аналог.
Программа, созданная в среде LabVIEW, называется виртуальным прибором (ВП) -Virtuallnstrument (VI). Аббревиатура «VI» используется также как расширение «*.vi» файлов LabVIEW. Смысл термина «виртуальный прибор» заключается не в абстрактности объектов, создаваемых с помощью данной программы, а в программной имитации работы «физических» приборов и систем. Имея полный набор программных средств ввода-вывода, анализа, обработки, хранения и представления данных, среда LabVIEW позволяет реально воспроизводить функции «физических» приборов, таких как вольтметр, осциллограф или анализатор спектра.
1 Описание виртуального прибора
В соответствии с техническим заданием, математические модели реализованы в виде алгоритма в среде разработки LabVIEW. Итоговым результатом реализации алгоритмов является виртуальный прибор, панель которого представлена на рисунке 1. В основе работы прибора лежит алгоритм, разработанный на кафедре «Конструирование и производство радиоаппаратуры» Пензенского государственного университета. Алгоритм использует морфологические преобразования изображения, такие как дилатация и эрозия [3,4].
Виртуальный прибор получает изображение печатной платы (это может быть как изображение с видеокамеры, полученное в реальном времени, так и заранее подготовленное изображение, сохранённое в файл). После этого производится анализ изображения на соответствие технологическим нормативам. При обнаружении отклонений, не укладывающихся в допуски, плата отбраковывается. Если же параметры печатной платы соответствуют параметрам, то производится поиск мест потенциального сбоя (латентных, или скрытых, дефектов). Обычно это бывают заужения печатных дорожек, трещины, смещения центров отверстий и ряд других параметров. Затем для обнаруженных мест выполняется моделирование и определение вероятности работы в течении заданного времени[5-7].
Обнаруженные дефекты выводятся поверх существующего изображения печатной платы.
Картинка j Настройки | Бинарный массив j наложение ] маска | Затраченное время с |5,602 | STQP~
Исходное изображение Восстановленное изображение
|| 697x228 7Х 8—bit image 0 < 371.189^
Рисунок 1. Лицевая панель виртуального прибора
2 Алгоритма поиска дефектов на поле платы
Укрупненный алгоритм поиска дефектов на поле платы показан на рисунке 2.
Изображение печатной платы сохраняется в двухмерный массив, затем производится эрозия и ди-лататция над исходным изображением. Задавая параметры этих операций, можно варьировать размеры определяемых дефектов. На рис. 3, 4 показаны результаты выполнения последовательности таких
операций со значением 2 пикселя и 4 пикселя. Выполнив операцию «исключающее или» над исходным и полученным изображением, получим индикаторные кластеры, которые затем и будут анализирваться (рис 5).
В процессе работы алгоритма (рис.2) производится сканирование платы и выполняется маркировка индикаторных кластеров и определение количества примыканий к индикаторному кластеру, что в дальнейшем используется для определения конкретного типа дефекта.
На рис. 2 MIK, MPR - двухмерные массивы данных, в них хранятся номера индикаторных кластеров и примыканий. MPRIK1, MPRIK2 - одномерные массивы данных. В них накапливаются номера первых и вторых примыканий каждого индикаторного кластера. MSVIK - одномерный массив, хранящий связанность индикаторного кластера. NPS, NPK - число строк и столбцов в изображении.
Рисунок 3 Обработка изображения со структурным элементом размером 2 пикселя
• •••••• • • •
м» • •
м» • •
• •
5 10 15 20
nz = 99
25 30
5 10 15 20
nz = 83
0
0
5
5
10
10 -
15 -
15
20
20
0
25 30
Рисунок 4 Обработка изображения со структурным элементом размером 3 пикселя
Рисунок 5 Индикаторные кластеры, наложенные на исходное изображение (размер структурного элемента 2 пикселя)
После обнаружения дефектов производится их анализ на возможность дальнейшего развития и перерастания в источники потенциального отказа. В данной модели предусмотрено распознавание 6 видов потенциальных дефектов: сужение и расширение проводника, вырыв дорожки, вкрапление на
плате, трещина, смещение центра отверстия. При этом, проводится моделирования влияния климатических факторов и внешних механических воздействий[8 - 10].
Для моделирования механических параметров используется метод конечных разностей[5,7].
Результаты анализа в виде маркировки мест потенциального сбоя выводятся поверх существующего изображения печатной платы.
Выводы
Полученный в результате разработки виртуальный прибор показал применимость алгоритма для диагностики печатных плат. Дополнительно следует отметить, что достоинством LabVIEW является возможность работы виртуального прибора под управлением различных операционных систем, (Windows, MacOS и Linux) и на различных аппаратных платформах (настольные компьютеры, промышленных системы, распределенных решения) . В качестве недостатка следует отметить ограниченную поддержку дополнительного функционала в операционных системах, отличных от Windows.
Программы, созданные с помощью мощного математического обеспечения LabVIEW, могут быть дополнены фрагментами, написанными на языках C/C++, Pascal, Basic, а также программами, созданными в среде математического пакета Matlab.
Таким образом, для решения поставленных в работе задачи и реализации предложенных алгоритмов среда LabVIEW является оптимальным вариантом.
Статья подготовлена в рамках реализации НИР «Создание методологических основ обнаружения и локализации латентных технологических дефектов бортовой радиоаппаратуры космических аппаратов методами неразрушающего контроля и диагностики на этапах производства» (ГК № 14.514.11.4078 от
10.03.2013 г.) в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2013 годы».
ЛИТЕРАТУРА
1. Тревис Дж. LabVIEW для всех. 4 изд. М.:ДМК-Пресс, 2011 г., 904с.
2. Жуков К.Г. Модельное проектирование встраиваемых систем в LabVIEW, М.: ДМК Пресс, 2011
г., 688с.
3. Држевецкий А.Л., Григорьев А.В.. Автоматизированная система оптического допускового контроля печатных плат и фотошаблонов. — «Метрология» (прил. к ж. «Измерительная техника»), 1995,
вып. 4, C. 11-18.
4. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MatLab. - М.: Техносфера, 2006. - 616 с.
5. Кочегаров И.И. Программный пакет для анализа моделей пластинчатых конструкций //Труды
международного юбилейного симпозиума «Актуальные проблемы науки и образования», Пенза: ИИЦ
ПГУ, 2003, т.2, с. 10-11.
6. Кочегаров И.И., Юрков Н.К. Моделирование вибрационных воздействий на печатных платах // Методы и системы обработки информации: Сб. научн. ст. Ч. 2.-М.: Горячая линия - Телеком, 2004С. 149-155.
7. Кочегаров И.И., Таньков Г.В. Программный пакет моделирования механических параметров печатных плат/НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО : Труды Международного симпозиума: //Под ред. Н. К. Юркова. — Пенза : Изд-во Пенз. ГУ, 2011. в 2-х томах - 2 том - С. 335-338с
8. Затылкин, А.В. Алгоритм проведения проектных исследований радиотехнических устройств опытно-теоретическим методом / А.В. Затылкин, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Надежность и качество: тр. Междунар. симп. Том 1 / под ред. Н. К. Юркова. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2012. - С. 365-366.
9. Затылкин, А.В. Управление исследованиями моделей радиотехнических устройств на этапе
проектирования / А. В. Затылкин, А. Г. Леонов, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии: научно-технический журнал - Астрахань: Издательский дом «Астрахан-
ский университет», 2012. - № 1(17). - С. 138-142.
10. Затылкин, А. В. Система обработки экспериментальной информации в проектных исследованиях радиотехнических устройств / А. В. Затылкин, Д. В. Ольхов, Н.К. Юрков // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2012. № 5. - С. 94-99.
