Leiterplatte Blog - Entwurf des automatischen Erkennungssystems der Leiterplatte basierend auf der Bildverarbeitung

Ein hochpräzises, großflächiges, schnelles und in Echtzeit automatisches optisches Erkennungssystem für Leiterplattenfehler wird untersucht, und die Hardwarestruktur und das Softwaresystem werden entsprechend entworfen. Das System besteht hauptsächlich aus einer zweidimensionalen Bewegungsplattform, einem Motorsteuerungsmodul, einem Bilderfassungsmodul, einem Bildverarbeitungsmodul und einem Ergebnis im Analysemodul. Der verbesserte Schrittmotorantriebsmodus, der Unterteilungsantrieb und der verbesserte Bilderkennungsalgorithmus gewährleisten die Genauigkeit des Systems, und das Design der automatischen Ein-Knopf-Erkennung verbessert die Erkennungsgeschwindigkeit. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass das System die Fehler auf der Leiterplatte schnell und genau erkennen kann und bestimmte Praxis- und Entwicklungswerte aufweist.

Der Teil elektronischer Produkte, die Leiterplatten, ist ein Informationsträger, der verschiedene elektronische Komponenten integriert. Es wurde in verschiedenen Bereichen weit verbreitet und ist ein unverzichtbarer Bestandteil elektronischer Produkte. Die Qualität der Leiterplatte ist zum bestimmenden Faktor für die langfristige, normale und zuverlässige Arbeit elektronischer Produkte geworden. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie stellt der Entwicklungstrend von hoher Dichte, hoher Komplexität und hoher Leistung von Leiterplattenprodukten weiterhin die Qualitätsprüfung von Leiterplatten in Frage.

Aufgrund von Faktoren wie eingeschränktem Zugang, hohen Kosten und niedriger Effizienz haben traditionelle PCB-Fehlererkennungsmethoden schrittweise nicht die Anforderungen moderner Erkennung erfüllt. Daher ist es von großem akademischen und wirtschaftlichen Wert, ein automatisches Erkennungssystem für Leiterplattenfehler zu studieren und zu implementieren. Unter den Leiterplattenfehlererkennungstechnologien, die im In- und Ausland erforscht werden, hat die AOI-Technologie (Automatische Optische Inspektion) mehr und mehr Aufmerksamkeit erhalten, und die Erkennungsmethode, die auf der Bildverarbeitung basiert, ist auch zum Mainstream der automatischen optischen Inspektion geworden. In diesem Papier werden ein großes Sichtfeld, hohe Präzision, ein schnelles Echtzeit-automatisches Erkennungssystem für Leiterplattenfehler durch Bildverarbeitungstechnologie untersucht, und die Hardwarestruktur und der Softwarealgorithmusfluss werden entworfen. Durch den verbesserten Motorantriebsmodus und das Design der automatischen Ein-Knopf-Erkennungssoftware wird die Erkennungsgeschwindigkeit des Systems erheblich verbessert, und die Verbesserung des Fehleridentifikationsalgorithmus des Ergebnisanalysemoduls verbessert die Genauigkeit der Erkennungsergebnisse.

1. Systemstruktur Das automatische Erkennungssystem für Leiterplattenfehler besteht hauptsächlich aus einem Bewegungssteuerungsmodul, einem Bilderfassungsmodul, einem Bildverarbeitungsmodul und einem Ergebnisanalysemodul. Der Arbeitsprozess des Systems ist wie folgt: Der obere Computer steuert die Bewegung des Schrittmotors, der Schrittmotor treibt die Bewegung der zweidimensionalen Plattform an, überträgt die CCD-Kamera an die Oberseite der zu detektierenden Leiterplatte und sammelt Bilder großer Szenen auf der Leiterplatte, und die gesammelten Bilder werden an die Bilderfassungskarte gesendet. Auf dem Hostcomputer führt die Hostcomputersoftware Stitching und Bildvorverarbeitung auf den gesammelten Bildern durch, lokalisiert und kalibriert die verarbeiteten Bilder genau, führt Vorlagenabgleich und Bilderkennung durch Bildsegmentierung, bildmorphologische Verarbeitung usw. durch und erhält Fehlererkennungsergebnisse. Das System Design umfasst Hardware Design und Software Design. Systemsoftware und Hardware arbeiten in Abstimmung miteinander zu einem Ganzen.2. SystemhardwareentwurfDas Hardwaredesign des automatischen Erkennungssystems für Leiterplattenfehler umfasst hauptsächlich eine zweidimensionale Bewegungsplattform, eine Motorbewegungssteuerplatine, eine Motorantriebsplatte, eine CCD-Kamera, eine Bilderfassungskarte und einen PC.

2.1 CCD-Kamera und FramegrabberDie wichtigsten charakteristischen Parameter der CCD-Kamera umfassen Kameraformat, lichtempfindliche Oberflächengröße, Pixelgröße, Auflösung, elektronische Verschlusszeit, Synchronisationssystem-Methode, Beleuchtungsstärke, Empfindlichkeit, Signal-Rausch-Verhältnis, etc. Das Kameraformat und die Online-Erkennung bestimmen die Abtastfrequenz der Bilderfassungskarte. Die Balance zwischen lichtempfindlicher Oberflächengröße, Pixelgröße, Auflösung und Vergrößerung des abbildenden Linsensystems hängt vom Messbereich und der Messgenauigkeit ab. Unter Berücksichtigung der oben genannten Faktoren und Systemanforderungen sind Framegrabber, auch als Video Capture Cards bekannt, eine Art von Grafikkarte. Die Hauptfunktion der Frame-Erfassungskarte besteht darin, das kontinuierliche analoge Videosignal der Kamera in diskrete digitale Größen umzuwandeln. Sein Grundprinzip: Die Videoausgangssignale verschiedener Formate, die von der Kamera ausgegeben werden, werden durch das Eingangsauswahlmodul zu einem Videosignal verarbeitet, das von der Bilderfassungskarte erkannt werden kann. Nachdem das analoge Videosignal konvertiert ist, wird es im Frame-Pufferspeicher auf der Karte gespeichert, und die spezifische Bildübertragung wird von der Computer-CPU durch den Computerbus gesteuert und schließlich im Speicher oder auf der Festplatte des Computers für die Bildverarbeitung gespeichert. Das Modell der Bilderfassungskarte, die in diesem Design verwendet wird, ist NV7004-N, das das analoge Signal der CCD-Kamera in ein digitales Signal umwandelt und es zur Echtzeitanzeige an den Hostcomputer überträgt und die Bilderfassungsfunktion vervollständigen kann.

2.2 Motor Motion Controller und Präzisions-2D-BewegungsplattformDie Bewegungssteuerung des Leiterplattenfehler-automatischen Erkennungssystems ist eine selbst entworfene MCU-Steuerplattform, der Chip ist der Einzelchip AT89S52, der von ATMEL Company produziert wird, und die Steuerplatine kommuniziert mit dem Hostcomputer über die serielle RS-232-Kommunikationsschnittstelle. Senden Sie Befehle an die Steuerplatine, indem Sie die Mensch-Maschine-Schnittstelle bedienen, und die Steuerplatine gibt Steuersignale und Quadratwellensignale verschiedener Frequenzen an die Schrittmotortreiberplatine aus, um die Geschwindigkeit, die Richtung und den Bewegungsabstand des Schrittmotors zu steuern. Die zweidimensionale Bewegungsplattform wird durch zwei Präzisions-Bewegungsführungsschienen konstruiert, die von Japan SUS Corp. hergestellt werden. Die Bewegungsführungsschiene ist ein Kugelgewindetyp, der sehr präzise ist und einen kleinen Fehler aufweist. Der Schrittmotor ist mit der beweglichen Führungsschiene verbunden, um die Bewegung der Führungsschiene anzutreiben. Der Schrittmotor ist ein zweiphasiger Vierdraht-Hybrid-Schrittmotor von TAMAGAWA, Japan. Diese Art von Schrittmotor läuft stabil und hat geringe Geräusche.

2.3 Motorantrieb Tatsächlich besteht das Fahren des Schrittmotors darin, den Strom der Anregungswicklungen jeder Phase des Schrittmotors zu steuern, so dass sich die Syntheserichtung des internen Magnetfeldes des Schrittmotors ändert, so dass sich der Schrittmotor dreht. Die Größe des synthetischen Magnetfeldvektors, der durch den Strom jeder Phasenanregungswicklung erzeugt wird, bestimmt das Rotationsmoment des Schrittmotors, und der eingeschlossene Winkel zwischen zwei benachbarten synthetischen Magnetfeldvektoren bestimmt den Schrittwinkel. Zwei wichtige Konzepte von Schrittmotoren werden hier vorgestellt: Pitch Winkel θz und Step Winkel θn. Der Neigungswinkel des Schrittmotors bezieht sich auf den Winkel zwischen zwei benachbarten stabilen Magnetfeldern, wenn der Schrittmotor läuft. Der Schrittwinkel bezieht sich auf die Winkelverschiebung, die der Rotor des Schrittmotors entsprechend einem Impulssignal dreht.

Der Schrittwinkel hängt nicht nur von der Anzahl der Zähne des Motors ab, sondern auch von der Anzahl der Schläge des Motors. Der Neigungswinkel θz und der Schrittwinkel θn des Schrittmotors können ausgedrückt werden wie: Die Unterteilung des Schrittmotors basiert auf der idealen Symmetrie jeder Phasenwicklung des Schrittmotors und der strengen positiven Rotation der Neigungswinkeleigenschaften. Die Größe und das Verhältnis des Stroms in den Wicklungen reduzieren den Schrittwinkel auf einen Bruchteil auf einige Hundertstel des Originals und verbessern dadurch die Auflösung des Schrittmotors. Wenn ein zweiphasiger Schrittmotor als Beispiel genommen wird, wenn die Anzahl der Zähne des Motors 50 ist und die Anzahl der laufenden Schläge der Einzel-Vier-Takt-Modus ist, ist der Schrittwinkel θ=360 Grad (50*4)=1.8 Grad (allgemein bekannt als Vollschritt), acht Beim Schießen ist der Schrittwinkel θ=360 Grad/(50*8)=0.9 Grad (allgemein bekannt als Halbschritt 0). Verglichen mit dem Vier-Takt-Modus wird der Schrittwinkel θn verdoppelt, wodurch der Schrittwinkel Die zweite Unterteilung realisiert wird. Unter der Bedingung einer bestimmten Anzahl von Schlägen, je mehr die Anzahl der Zähne, desto kleiner der Schrittwinkel, aber aufgrund der Beschränkung des Herstellungsprozesses kann die Anzahl der Zähne nicht viel gemacht werden, so dass der Schrittwinkel des Schrittmotors nicht sehr groß sein kann.

Der Schrittwinkel kann auch durch Ändern der Anzahl der Schläge des Schrittmotors geändert werden. Die Anzahl der Schläge bezieht sich auf die Anzahl der Impulse oder Leitungszustände, die erforderlich sind, um eine periodische Änderung des Magnetfeldes durchzuführen oder die Anzahl der Impulse, die erforderlich sind, damit der Motor durch einen Neigungswinkel rotiert. Wenn die Anzahl der Phasen des Motors bestimmt wird, wird auch die Anzahl der Schläge bestimmt. Durch die Erhöhung der Anzahl der Zähne und Phasen des Schrittmotors, um den Schrittwinkel zu reduzieren, ist der Grad der Schrittwinkelreduktion sehr begrenzt, und es ist schwierig, die Anforderungen der Produktion zu erfüllen. Die allgemein verwendete Methode für Motorunterteilung ist die gleichförmige Rotationsmethode mit konstanter Amplitude des Stromvektors. Das gleichförmige Rotationsverfahren der Stromvektorkonstanten Amplitude kann den Schrittwinkel nach Unterteilung einheitlich und das Ausgangsdrehmoment konstant machen.

Die spezifische Methode besteht darin, sie-Phasenwicklungen durch die Phasendifferenz hindurch zu führen. Wenn der sinusförmige Strom 2π/m ist und die Amplitude gleich ist, dreht sich der aktuelle kombinierte Vektor oder Magnetfeldvektor im Raum, und die Amplitude des kombinierten Vektors bleibt unverändert. Beispielsweise werden für den Vierphasen-Hybrid-Schrittmotor die Phasenwicklungen jeweils mit Sinuswellenströmen mit einer Phasendifferenz von π/2 und gleicher Amplitude versorgt. Um ein kreisförmiges synthetisches Magnetfeld so weit wie möglich zu erhalten und den Schrittwinkel gleichmäßig zu verändern, ist es ideal, eine abgestufte Sinuswellenform für das aktuelle Referenzsignal jeder Phasenwicklung zu verwenden.

Am Beispiel von 8-Teilungen eines vierphasigen Schrittmotors werden sieben stabile Zwischenzustände in jede Phase eingefügt. Nach der Unterteilung steigt oder fällt der Strom jeder Phase in Schritten von 1/4. Der Winkel wird durch 8-Schritte vervollständigt, und 8-Unterteilungen des Schrittwinkels können realisiert werden. Je mehr Unterteilungen, desto kleiner die Stromänderung, was die Vibrationen und Geräusche des Motors erheblich reduziert. Wenn die gestufte Sinuswelle verwendet wird, um den Strom zu unterteilen, je mehr Schritte (d.h. je mehr Unterteilungen), desto näher die Wellenform einer Sinuswelle ist, desto kleiner ist der Schrittstrom und desto kleiner der Schrittwinkel. Dies reduziert die Schrittverlustgeschwindigkeit erheblich, wenn der Schrittmotor läuft. Es reduziert das Geräusch und die Vibration des Schrittmotors, wenn er läuft, und lässt den Schrittmotor stabiler laufen, und es ist einfacher, die Leiterplatte zu steuern.