PCB外觀檢查機系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)資料下載

??印制外觀檢查機是PCB產(chǎn)品生產(chǎn)線上的重要質(zhì)檢設備，它基于光學圖像處理和計算機視覺識別技術(shù)原理，主要功能是對PCB組件生產(chǎn)過程中遇到的外觀缺陷進行檢測。中國是世界PCB生產(chǎn)大國，但不是強國，PCB生產(chǎn)鏈中的重要環(huán)節(jié)——PCB設備儀器不強是形成這種狀況的重要原因之一，為推進中國PCB產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與進步，研制了較自動外觀檢查機操作簡單、系統(tǒng)更加緊湊以及更高的性能價格比的手動PCB外觀檢查機。手動PCB外觀檢查機通過手動放板后傳送裝置自動傳送PCB，線陣CCD相機均勻掃描PCB板，獲得準確圖像，再通過計算機對比處理已掃描的線路板并進行判斷，然后分裝置根據(jù)計算機反饋的控制信號自動分檢PCB（OK／NG）。可對異物，露銅，補油，劃傷，鍍金不良，字符錯誤，綠油不均，焊盤不均勻，殘銅，漏印，顯影等外觀方面的瑕疵進行精確檢測。由于圖像采集和處理的速度和效果將直接影響到PCB板檢測的準確性和有效性，為此針對手動外觀檢查機的特點詳細研究了圖像采集系統(tǒng)，采用C#在。net框架下對ActiveMil進行二次開發(fā)并用GDI+圖形接口庫實現(xiàn)了圖像采集軟件系統(tǒng)的開發(fā)。 ??1 PCB外觀檢查機系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) ??PCB在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，其傳動控制設備、電氣控制系統(tǒng)和攝像機必須在計算機的精確控制下，才能協(xié)調(diào)處理工作，完成復雜的檢測和分揀任務。基于機器視覺的PCB在線檢測設備的結(jié)構(gòu)如圖1所示。 ??圖1 基于機器視覺的PCB在線檢測設備的結(jié)構(gòu) ??系統(tǒng)主要分為運動控制、圖像采集和圖像處理部分。圖像采集部分是整個系統(tǒng)的重要組成部分。攝像機和鏡頭在機器視覺中相當于人的眼睛，負責拍攝對象的圖像。圖像采集部分是PCB檢測系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，也是檢測處理的基礎。PCB檢測系統(tǒng)強調(diào)檢測的速度和精度，所以需要圖像采集部分及時、準確地提供清晰的圖像。 ??2 圖像采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) ??1）圖像采集系統(tǒng)工作原理 ??當系統(tǒng)上電后，自動檢測PCB載物臺是否復位到起點。此過程主要有兩個光纖傳感器和伺服電機完成。兩個傳感器分別安裝在四顧電機軌道的起點，即復位點和軌道端點。起復位，停止和電機反轉(zhuǎn)的功能。上電后MCU檢測到sesorl（復位點或起點處）無效，則調(diào)用電機反轉(zhuǎn)程序，使PCB載物臺回到起點位置，同時串口向PC機發(fā)送彩圖無效信號。然后MCU繼續(xù)判斷是否有按鍵按下，如果有按鍵按下，電機開始正轉(zhuǎn)，同時串口向PC機發(fā)送彩圖有效信號。此過程也就是PCB線掃描過程，完成圖像的采集。此過程電機經(jīng)歷三個階段：加速階段，勻速彩圖階段和減速停止階段。在電機正轉(zhuǎn)過程中，從七點開始，MCU通過特有的捕獲比較單元（CCU6）來對伺服電機編碼器反饋回來的脈沖計數(shù)，但計數(shù)值達到采圖有效數(shù)值時，串口向PC發(fā)送采圖開始信號，此時線陣CCD開始對PCB進行圖像采集。在電機減速正轉(zhuǎn)到軌道端點的傳感器senor2處時，電機停止并馬上反轉(zhuǎn)回到起點處，此過程串口向PC機發(fā)送采圖無效信號。至此一個完整的檢測過程完整。MCU繼續(xù)檢測是否有按鍵按下來進行下一次檢測。其中串口發(fā)送的采集有效和開始信號可以有效地避免誤觸發(fā)。CCD采集到的圖像信號由CamreLink接口送至圖像采集卡再由PC做進一步的圖像處理。 ??圖2 PCB外觀檢查機圖像采集系統(tǒng)工作原理圖 ??2）傳感器與按鈕的接收與檢測 ??采用光耦隔離技術(shù)，可以實現(xiàn)電路間的光電隔離，即使輸入信號能無阻通過，且防止輸出信號反饋到輸入端，有利地抑制尖峰脈沖和各種噪聲的干擾，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高。為實時檢測到反饋的轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)速信號，本設計中采用了高速光耦ACPL-072L，傳輸速率可高達25 MBd，并且外圍電路簡單，如圖3所示。 ??圖3 ACPL-072L電路原理圖 ??本設計利用XC164CS外設中含有捕獲／比較單元CC25端口，將光耦傳輸信號作為外部中斷信號來觸發(fā)XC164，實現(xiàn)高速精確地傳感定位與按鈕檢測。 ??3）CCD攝像機系統(tǒng) ??該手動PCB外觀檢查機圖像采集系統(tǒng)采用NED彩虹系列的3CCD彩色線掃描相??NUCLi7300。該相機應用廣泛，可以進行以前黑白相機無法進行的顏色差異檢測。外部接口為高速串行接口（Camera Link），可以很方便的與采集卡連接，也可以很方便的設置增益和偏移量，并具有修正RGB線延遲的功能。像素數(shù)為7 300x3 Line，像素大小為10x10 μm，數(shù)據(jù)速率60MHz，最短掃描速率7.6kHz。圖4為本系統(tǒng)所用的連續(xù)線掃描速率模型時序圖。 ??圖4 CCD連續(xù)線掃描速率模型時序圖 ??系統(tǒng)中的圖像采集卡采用的是Matrox公司的SoliosXCL-SU74，該卡自帶處理器處理兩個獨立基模式或一個中模式Camera Link配置、66 MHz采集速率、64 MB緩沖器、可以采集面陣和線陣攝像頭，并具有多種采集模式。 ??目前市面上的影像檢測系統(tǒng)大多采用面掃描（Areascan）的攝影機進行影像的采集及分析，但是由于該PCB外觀檢查機檢查的PCB產(chǎn)品尺寸范圍較大——50 mmx50mm～330mmx250 mm，精度的要求達亞像素級，面掃描攝影機的分辨率及取像速度無法滿足這些要求，所以系統(tǒng)選取的是線掃描CCD。但是線掃描的檢測系統(tǒng)必須利用運動速度才能取得面積影相，即被測PCB運動到相機視場時同過硬件發(fā)送觸發(fā)信號給相機開始采集，故將采集卡的采集模式設置為硬件觸發(fā)同步采集，并分配最大內(nèi)存64 M。CCD與采集卡連接示意圖如圖5所示。 ??圖5 CCD與采集卡連接示意圖 ??3 軟件系統(tǒng)組成 ??該圖像采集系統(tǒng)的軟件采用的開發(fā)語言是C#，軟件開發(fā)包是AetiveMil9.0組件。 ??Matrox有著豐富的程序包-圖像處理和模式識別庫（MIL）和MIL的子庫MIL-LITE（基本圖像處理）。MIL是一個硬件獨立的32位圖像處理庫，利用了Intel的MMX的多媒體圖形加速功能對圖像處理程序庫進行了優(yōu)化，可以處理二進制、灰度或彩色圖像，它是獨立于硬件平臺的。并且對于快速Windows應用程序開發(fā)，MIL捆綁了ActiveMIL。AetiveMIL是一個管理圖像采集，處理，分析，顯示和存檔的動態(tài)控件的*。Aeti-veMIL完全集成到Microsoft Visual Basic、Visual C++和。net快速應用程序開發(fā)環(huán)境中。該圖像采集系統(tǒng)選用的是AetiveMil控件庫，本控件庫可以實現(xiàn)所有MIL的所有功能，而且由于使用了ActiveX控件，所以很大程度上降低了程序設計的難度，縮短了軟件開發(fā)周期，提高了應用系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ??3.1 基于AclivrMil的圖像采集程序 ??對Matrox圖像采集進行圖像采集二次開發(fā)的通用軟件結(jié)構(gòu)如圖6所示。 ??圖6 Matrox卡開發(fā)原理圖 ??圖像采集程序的基本思路是： ??1）打開通信通道，即確定一個應用對象（Application），并對每個應用對象創(chuàng)建一個或多個系統(tǒng)對象（System）。 ??2）初始化硬件資源，即為每個系統(tǒng)對象分配數(shù)據(jù)緩存（Data Buffer）、數(shù)據(jù)采集器（Digitizer）和數(shù)據(jù)顯示（Display）對象。 ??3）啟動采集過程，即將圖像讀入數(shù)據(jù)緩存，并將緩存賦值給數(shù)組，通過對數(shù)組的處理實現(xiàn)對圖像的處理，圖像數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)顯示相關(guān)聯(lián)后就可以通過顯示控件或窗體顯示預處理后的結(jié)果。 ??AetiveMIL可以讓開發(fā)者快速簡單地將一個圖像應用程序和Windows用戶界面結(jié)合起來。應用程序開發(fā)包含拖動和滾動工具放置以及加標點和單擊配置，充分地減少代碼量。在。net framework3.0卡發(fā)環(huán)境下，安裝MIL開發(fā)包并正確配置后，Application、System、Image、ImageProcess、Display等組件將自動添加到工具欄。 ??開發(fā)者將所需用的控件拖拽到圖像采集窗體上，一個Application，對應于單鏡頭手動外觀機，一個System，單窗體顯示——一個Disp-laly，為了提高CPU使用率應啟用雙緩存異步采集——兩個ImageBuffer，及一個ImageProcess。 ??3.2 雙緩存異步采集思想