Цифровой рентген: реверсировал, реверсировал, да и выреверсировал
Весной 2022 о заморозке своей деятельности на территории РФ заявили основные мировые производители программного обеспечения для компьютерной томографии (КТ). От «хорошей» жизни нам пришлось запустить проект разработки собственного КТ‑реконструктора совместно с командой Unicore Solutions.
Кратко — mission completed, получилось интересно и сейчас идёт активный этап отладки и сбора обратной связи. Статья посвящена одному из пользовательских кейсов для томографической реконструкции — реверс инжинирингу печатных плат.
Жми под кат, дабы погрузиться в суровый мир микротомографии и узреть красивые картинки реверс инжиниринга.
Мы разрабатываем и производим системы рентгеновской визуализации, в том числе настольные микротомографы. Подробно про метод рассказывал тут. Захват сырых данных мы делаем на своем железе через свое же ПО proDIS, но для реконструкции и рендера трехмерной модели использовали покупной софт (Siemens CERA, Volume Graphics VGSStudio). Минутка ностальгии с красивыми картинками — здесь.
Да, небольшой комментарий, основной текст статьи написал Артём Авакян, наш исследователь и «дока» в микротомографии. Мои 5 копеек больше в области редактуры и марафета.
Отлаживать новый программный продукт идеально на прикладных задачах. На выставке ExpoElectronica 2022 на наш стенд подошел представитель компании‑производителя плат по технологии LTCC — низкотемпературная совместно отжигаемая керамика. Люди в повседневной работе используют рентген‑телевизионную систему Nikon XTV160 для реверс инжиниринга импортных керамических многослойных плат и для контроля топологии собственных плат.
Насущная проблема реверса методом КТ — изображения соседних слоев накладываются друг на друга, теряется полезная информация. Заказчик достиг необходимого разрешения слоев на промышленном томографе Nikon XT H 320, однако его стоимость далеко за пределами бюджета, плюс под вопросом сама возможность поставки и обслуживания в РФ.
Кризис — время возможностей, и мы получили шанс помериться силами с мировыми грандами в области как железа, так и софта для томографии.
Пациент номер 1
Заказчик передал платы (микромодули) малого форм‑фактора 3.2×1.6 мм. На рисунках показаны их рентгеновские проекции. На боковой проекции видны 9 внутренних слоев металлизации, запечатанные между слоями керамики толщиной около 100 мкм и соединенные сквозными переходными отверстиями. Сложную пространственную топологию платы невозможно разделить на проекционных изображениях, требуются методы послойного анализа. Ламинография (томосинтез aka планарная томография) показала совсем неудовлетворительный результат (и на Nikon, и у нас), поэтому используем полноценную взрослую томографию.
Сбор датасета мы проводили на собственном настольном томографе ПРОДИС.Компакт (напряжение до 110 кВ, размер фокуса — 2 мкм, детектор 6,7 МП, пиксель — 50 мкм). Реконструкция проекций в собственном ПО, визуализация программах со свободным доступом ImageJ и TomViz.
Томография на Nikon XTV160
Наше
Оказалось, что слои металлизации имеют сложную пространственную конфигурацию, поэтому при 2D‑отображении неизбежно возникает наложение топологии. Ниже примеры срезов томограммы на Nikon и нашем томографе. На момент исследования в июне‑июле реконструктор еще был сыроват, поэтому на изображениях заметны артефакты. Сейчас мы научились их компенсировать автоматизированной калибровкой геометрии, но ради исторической правды показываем оригиналы.
Nikon, VGStudio MAX
Наше
Несмотря на заметные артефакты реконструкции, полученное пространственное разрешение и разделение слоев металлизации оказались достаточными для восстановления топологии. Заказчик остался доволен и приехал в гости, чтобы передать более сложные образцы.
Пациент номер 2 — тяжелый случай
На втором этапе заказчик предоставил для оценки внутренней структуры импортный смеситель частот с габаритными размерами 7,62×6,35×0,9 мм, на основе многослойной керамической платы, изготовленной по технологии LTCC. На Nikon ранее была визуально оценена внутренняя структура и основные геометрические размеры: 8 керамических слоев толщиной ≈ 110 мкм, ширина проводника ≈ 100 мкм, диаметр межслойных переходов ≈ 140 мкм.
На следующем этапе заказчику было необходимо рассмотреть послойную структуру платы. Для этого была проведена съемка на томографе ПРОДИС.Компакт, получена томограмма и проведена реконструкция в нашем ПО proDIS с дальнейшей визуализацией в ПО ImageJ. Качество полученных срезов томограммы многослойной керамической платы позволило заказчику разделить структуру платы на отдельные слои, которые представлены на рисунке:
8 слоев красоты
Из набора 2D-срезов построена трехмерная модель керамической платы. Красотища!
Профит производителя — уменьшен срок разработки аналога с учетом собственных технологических возможностей, все довольны.
Данных получилось много, шустрый рендер такого массива — уже следующий челлендж. Мы же не хотим, чтобы заказчики встретили пенсию, смотря в экран. 2D-срезы обрабатывать одно удовольствие, а вот когда до визуализации дело дойдет — придется попотеть.
В общем — каждому производству по томографу! Наличие томографии и полноценная аналитика внутренней структуры объекта, может помочь как с изделиями «сторонних производителей», так и в задачах контроля различных этапов технологического цикла изготовления собственных продуктов.
Заключение
Проект реконструктора активно развивается. По сути, в данной статье описаны результаты debuga в ходе черновой работы с MVP, спасибо заказчику за возможность такой отладки. Сейчас реконструктор имеет уже сносный вид с первой версией UI. Быстродействию позавидуют даже многие иностранные бренды, за это особое спасибо @titovmaxim
Да, кстати, для ВУЗов мы планируем академическую лицензию. Поддержим отечественную науку, чем сможем.
Надеюсь, вам было интересно; пишите — возможно еще что-нибудь интересное отреверсируем;)
