Gerber文件简介及PCB自动光学检测数字图像处理技术

Gerber文件是由Gerber公司所制定，最初用于该公司生产的光学绘图机的一种文件格式，该格式因为颇符合电子业间的需求从而被广泛使用，后来演变成美国电子工业协会（Electronic Industries Alliance，EIA）标准的光绘格式文件，被称为Gerber Format，是线路板行业软件描述线路板（线路层、阻焊层、字符层等）图像及钻、铣数据的文档格式集合。PCB生产制造部门往往是根据用户或企业设计部门所提供的Gerber文件进行生产。在PCB的生产中，出于保密和其他各方面的原因，PCB设计方一般只提供电路板的Gerber文件给生产制造部。Gerber文件由纯文本组成，也曾被称为字地址格式，包括一个字符的功能代码（如G、D、M代码），这些代码描述如何解释与它们相关联的坐标数据（如直线或圆弧插补）、如何操作成像装置（打开或关闭光源），等等；还包括坐标数据，其定义了成像设备应到达的位置，也描述了电路板轮廓以及其中导线和焊盘等的坐标、形状、大小等最基本的物理外观特性而不含任何电气性能和电子元件参数信息。PCB光学检测的目标即是检测出电路板的外观缺陷信息，根据Gerber数据的单位（一般为英寸）和扫描精度（一般以千分之一英寸mil为单位），很容易确定Gerber数据的单位与标准图像的单位（像素）的对应关系，从而解析得到与扫描图像匹配的标准图像，因此Gerber文件在光学检测中发挥着至关重要的作用。

Gerber文件有多种格式，例如RS-274、RS-274X、RS-274D、Mda 9000、Fire 9000、和Barco DPF等。Gerber文件的基本单元是由参数和代码构成的数据块（Data Blocks），一般由“*”为块命令结束标志。标准的Gerber文件有RS-274D和RS-274X两种格式。RS-274D衍生于电子工业协会的RS-274D标准码，为基本的Gerber格式，用于控制矢量光学绘图机，它是是数控标准而并非图像描述标准。由于不包含坐标单位及Aperture（D码）信息，它不能描述一张完整的图像。Aperture是物体的形状说明，包括极性、光圈信息、底片信息、比例等，类似PDF文档的字体。光学绘图机操作员需要手工设定坐标单位和D码信息，用text文件进行描述，该文件主要用于操作员读写，没有统一的标准。不同的电子设计软件甚至不同的设计人员都有各自不同的Aperture文件设计和名称转换习惯，制造人员必须理解这些信息并手工输入到CAM系统。受制于RS-274D仅支持简单的图像操作，设计人员需要借助填充块或者填充线来完成复杂图形的创建。RS-274X因为其自身就包含了D码信息，因此又被为扩展Gerber格式，它是一种二维矢量图像描述格式，以可读的ASCII格式包含了坐标单位和控制码信息，并且增强了正负性图形组合、处理多边形填充和自定义D码等其他功能。RS-274X能被CAM系统自动导入及处理，清晰完整的描述各层线路板。因此RS-274X是对线路板各层的完整、强大、清晰的标准描述，能被自动导入及处理。这使得它能被用于快速安全的数据转换及可信和自动化的工作流程。(www.xing528.com)

一块电路板，无论双层板还是多层板都是由多个单层压合而成，一般的计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）软件导出的Gerber文件包含丝印层、钻孔层、贴片层、阻焊层等层面。在PCB的生产过程中，由于制造工艺上的原因，对于不同层面以及不同材质的加工精度并不相同，因此在实际PCB检测过程中，对不同层面以及不同材质部分的检测精度要求也不相同，对于某些特定的检测环节往往只需要检测某一特定层是否存在缺陷，因此基于分层的标准图像信息，对不同层使用不同的阈值标准进行检测，可以实现更有针对性的检测［14］。