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手动PCB外观检查机的图像采集与拼接

导读: 印制电路板外观检查机是PCB产品生产线上的重要质检设备,它基于光学图像处理和计算机视觉识别技术原理,主要功能是对PCB组件生产过程中遇到的外观缺陷进行检测。中国是世界PCB生产大国,但不是强国,PCB生产链中的重要环节——PCB设备仪器不强是形成这种状况的重要原因之一。

  印制电路板外观检查机是PCB产品生产线上的重要质检设备,它基于光学图像处理和计算机视觉识别技术原理,主要功能是对PCB组件生产过程中遇到的外观缺陷进行检测。中国是世界PCB生产大国,但不是强国,PCB生产链中的重要环节——PCB设备仪器不强是形成这种状况的重要原因之一,为推进中国PCB产业的发展与进步,研制了较自动外观检查机操作简单、系统更加紧凑以及更高的性能价格比的手动PCB外观检查机。手动PCB外观检查机通过手动放板后传送装置自动传送PCB,线阵CCD相机均匀扫描PCB板,获得准确图像,再通过计算机对比处理已扫描的线路板并进行判断,然后分装置根据计算机反馈的控制信号自动分检PCB(OK/NG)。可对异物,露铜,补油,划伤,镀金不良,字符错误,绿油不均,焊盘不均匀,残铜,漏印,显影等外观方面的瑕疵进行精确检测。由于图像采集和处理的速度和效果将直接影响到PCB板检测的准确性和有效性,为此针对手动外观检查机的特点详细研究了图像采集系统,采用C#在。net框架下对ActiveMil进行二次开发并用GDI+图形接口库实现了图像采集软件系统的开发。

  1 PCB外观检查机系统的总体结构

  PCB在线检测系统结构复杂,其传动控制设备、电气控制系统和摄像机必须在计算机的精确控制下,才能协调处理工作,完成复杂的检测和分拣任务。基于机器视觉的PCB在线检测设备的结构如图1所示。

  

  图1 基于机器视觉的PCB在线检测设备的结构

  系统主要分为运动控制、图像采集和图像处理部分。图像采集部分是整个系统的重要组成部分。摄像机和镜头在机器视觉中相当于人的眼睛,负责拍摄对象的图像。图像采集部分是PCB检测系统的重要环节,也是检测处理的基础。PCB检测系统强调检测的速度和精度,所以需要图像采集部分及时、准确地提供清晰的图像。

  2 图像采集系统的硬件结构

  1)图像采集系统工作原理

  当系统上电后,MCU自动检测PCB载物台是否复位到起点。此过程主要有两个光纤传感器和伺服电机完成。两个传感器分别安装在四顾电机轨道的起点,即复位点和轨道端点。起复位,停止和电机反转的功能。上电后MCU检测到sesorl(复位点或起点处)无效,则调用电机反转程序,使PCB载物台回到起点位置,同时串口向PC机发送彩图无效信号。然后MCU继续判断是否有按键按下,如果有按键按下,电机开始正转,同时串口向PC机发送彩图有效信号。此过程也就是PCB线扫描过程,完成图像的采集。此过程电机经历三个阶段:加速阶段,匀速彩图阶段和减速停止阶段。在电机正转过程中,从七点开始,MCU通过特有的捕获比较单元(CCU6)来对伺服电机编码器反馈回来的脉冲计数,但计数值达到采图有效数值时,串口向PC发送采图开始信号,此时线阵CCD开始对PCB进行图像采集。在电机减速正转到轨道端点的传感器senor2处时,电机停止并马上反转回到起点处,此过程串口向PC机发送采图无效信号。至此一个完整的检测过程完整。MCU继续检测是否有按键按下来进行下一次检测。其中串口发送的采集有效和开始信号可以有效地避免误触发。CCD采集到的图像信号由CamreLink接口送至图像采集卡再由PC做进一步的图像处理。

  

  图2 PCB外观检查机图像采集系统工作原理图

  2)传感器与按钮的接收与检测

  采用光耦隔离技术,可以实现电路间的光电隔离,即使输入信号能无阻通过,且防止输出信号反馈到输入端,有利地抑制尖峰脉冲和各种噪声的干扰,工作稳定,无触点,使用寿命长,传输效率高。为实时检测到反馈的转镜转速信号,本设计中采用了高速光耦ACPL-072L,传输速率可高达25 MBd,并且外围电路简单,如图3所示。

  

  图3 ACPL-072L电路原理图

  本设计利用XC164CS外设中含有捕获/比较单元CC25端口,将光耦传输信号作为外部中断信号来触发XC164,实现高速精确地传感定位与按钮检测。

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