Blog de PCB - Diseño del sistema de detección automática de placas de PCB basado en el procesamiento de imágenes

Se estudia un sistema automático de detección óptica de defectos de placas de PCB de alta precisión, a gran escala, rápido y en tiempo real, y se diseña la estructura de hardware y el sistema de software, respectivamente. El sistema consta principalmente de una plataforma de movimiento bidimensional, un módulo de control del motor, un módulo de adquisición de imágenes, un módulo de procesamiento de imágenes y un módulo de análisis de resultados. El modo de accionamiento del motor de paso mejorado, el accionamiento de Subdivisión y el algoritmo de reconocimiento de imagen mejorado garantizan la precisión del sistema, y el diseño de la detección automática con un solo clic mejora la velocidad de detección. Los resultados experimentales muestran que el sistema puede detectar defectos en la placa de PCB de manera rápida y precisa, y tiene cierto valor práctico y de desarrollo.

La placa de circuito impreso de los productos electrónicos es un portador de información que integra varios componentes electrónicos. Ha sido ampliamente utilizado en varios campos y es una parte indispensable de los productos electrónicos. La calidad de los paneles de PCB se ha convertido en un factor determinante para el funcionamiento a largo plazo, normal y confiable de los productos electrónicos. Con el desarrollo de la Ciencia y la tecnología, la tendencia de desarrollo de alta densidad, alta complejidad y alto rendimiento de los productos de placas de PCB desafía constantemente la detección de calidad de las placas de pcb.

Debido a factores como el acceso limitado, el alto costo y la baja eficiencia, los métodos tradicionales de detección de defectos de PCB no han podido satisfacer gradualmente las necesidades de las pruebas modernas. Por lo tanto, estudiar e implementar el sistema de detección automática de defectos de PCB tiene un importante valor académico y económico. Entre las tecnologías de detección de defectos de placas de PCB estudiadas en el país y en el extranjero, la tecnología Aoi (detección óptica automática) ha recibido cada vez más atención, y los métodos de detección basados en el procesamiento de imágenes también se han convertido en la corriente principal de la detección óptica automática. A través de la tecnología de procesamiento de imágenes, este trabajo estudia un sistema de detección automática de defectos de placas de PCB con gran campo de visión, alta precisión, rápido y en tiempo real, y diseña la estructura de hardware y el proceso de algoritmo de software. A través del diseño mejorado del modo de conducción del motor y el software de detección automática de un clic, se mejora en gran medida la velocidad de detección del sistema y se mejora el algoritmo de reconocimiento de defectos del módulo de análisis de resultados, lo que mejora la precisión de los resultados de detección.

1. el sistema de detección automática de defectos de la placa de circuito impreso de la estructura del sistema consta principalmente de un módulo de control de movimiento, un módulo de adquisición de imágenes, un módulo de procesamiento de imágenes y un módulo de análisis de resultados. El proceso de trabajo del sistema es el siguiente: el ordenador superior controla el movimiento del motor de paso, el motor de paso conduce el Movimiento de la Plataforma bidimensional, transmite la Cámara CC a la parte superior del PCB a detectar, y recoge imágenes de escenas grandes en el pcb, y las imágenes recogidas se envían a la tarjeta de adquisición de imágenes. El software principal empalma y preprocesa las imágenes recogidas, localiza y calibra con precisión las imágenes procesadas, y realiza la coincidencia de plantillas y el reconocimiento de imágenes a través de la segmentación de imágenes, el procesamiento morfológico de imágenes, etc., para obtener los resultados de la detección de defectos. El diseño del sistema incluye el diseño de hardware y software. El software y el hardware del sistema cooperan para formar un todo. Diseño de hardware del sistema el diseño de hardware del sistema de detección automática de defectos de la placa de circuito impreso incluye principalmente una plataforma de movimiento bidimensional, una placa de control de movimiento del motor, una placa de accionamiento del motor, una cámara cc, una tarjeta de adquisición de imágenes y una PC.

2.1 Los principales parámetros característicos de la Cámara CC y la Cámara CC del recolector de fotogramas incluyen el formato de la cámara, el tamaño de la superficie sensible a la luz, el tamaño de los píxeles, la resolución, la velocidad del obturador electrónico, el método del sistema de sincronización, la iluminación, la sensibilidad, la relación señal - ruido, etc. el formato de la Cámara y la detección en línea determinan la frecuencia de muestreo de la tarjeta de recolección de imágenes. El equilibrio entre el tamaño de la superficie sensible a la luz, el tamaño de los píxeles, la resolución y la amplificación del sistema de lentes de imagen depende del rango de medición y la precisión de la medición. Teniendo en cuenta los factores anteriores y los requisitos del sistema, el capturador de fotogramas, también conocido como tarjeta de captura de video, es una tarjeta de video. La función principal de la tarjeta de adquisición de fotogramas es convertir las señales de vídeo analógicas continuas de la Cámara en cantidades digitales discretas. Su principio básico es que las señales de salida de vídeo de varios formatos exportadas por la Cámara son procesadas por el módulo de selección de entrada para formar una señal de vídeo reconocible por la tarjeta de adquisición de imágenes. Después de la conversión de la señal de vídeo analógica, se almacena en la memoria caché de fotogramas de la tarjeta, y la transmisión específica de la imagen es controlada por la CPU del ordenador a través del bus informático, y finalmente se almacena en la memoria o el disco duro del ordenador para el procesamiento de imágenes. El modelo de tarjeta de adquisición de imágenes utilizada en este diseño es nv7004 - n, que convierte la señal analógica de la Cámara CC en señal digital y la transmite al host para la visualización en tiempo real, lo que puede completar la función de adquisición de imágenes.

2.2 El controlador de movimiento del motor y el controlador de movimiento del sistema de detección automática de defectos de la placa PCB de la Plataforma de movimiento bidimensional de precisión son paneles de control mcu diseñados por nosotros mismos. el chip es un microcomputador de un solo chip at89s52 producido por atmel. el tablero de control se comunica con el ordenador superior a través de la interfaz de comunicación serie RS - 232. A través de la operación de la interfaz hombre - máquina, se envían órdenes al tablero de control, que emite señales de control y señales de Onda cuadrada de varias frecuencias al tablero de conducción del motor de paso para controlar la velocidad, dirección y distancia de movimiento del motor de paso. La Plataforma de movimiento bidimensional está compuesta por dos guías de movimiento de precisión producidas por la compañía japonesa sus. las guías de movimiento son de tipo tornillo de bola, con alta precisión y pequeño error. El motor de paso está conectado a la Guía móvil para impulsar el Movimiento de la Guía. El motor de paso es un motor de paso híbrido de dos fases y cuatro líneas producido por la compañía japonesa tamagawa. Este tipo de motor de paso funciona de manera estable y con bajo ruido.

2.3 La conducción del motor es, de hecho, la conducción del motor de paso es controlar la corriente del devanado de excitación de cada fase del motor de paso, haciendo que la dirección sintética del campo magnético interno del motor de paso cambie, girando así el motor de paso. El tamaño del vector de campo magnético sintético generado por la corriente del devanado de excitación de cada fase determina el par de rotación del motor de paso, y el ángulo entre los dos vectores de campo magnético sintético adyacentes determina el ángulo de paso. Se presentan dos conceptos importantes del motor de paso: el ángulo de inclinación y el ángulo de paso. El ángulo de paso del motor de paso se refiere al ángulo entre dos campos magnéticos estables adyacentes durante el funcionamiento del motor de paso. El ángulo de paso se refiere al desplazamiento angular del rotor del motor de paso correspondiente a la rotación de la señal de pulso.

El ángulo de paso no solo está relacionado con el número de dientes del motor, sino también con el número de latidos del motor. El ángulo de paso Z y el ángulo de paso n del motor de paso se pueden expresar como: la Subdivisión del motor de paso se basa en la simetría ideal de los devanados de cada fase del motor de paso y la rotación positiva estricta de las características del ángulo de paso. El tamaño y la relación de la corriente en el devanado reducen el ángulo de paso a unos porcentajes originales, mejorando así la resolución del motor de paso. Tomando como ejemplo un motor de paso de dos fases, si el número de dientes del motor es de 50 y el número de latidos en funcionamiento es el modo de cuatro latidos de un solo disparo, el ángulo de paso es de 360 grados (50 * 4) = 1,8 grados (comúnmente conocido como paso completo), y cuando se toma 8, el ángulo de paso es de 360 grados / (50 * 8) = 0,9 grados (comúnmente conocido como medio paso 0). En comparación con el modo de cuatro golpes, el ángulo de paso n se duplica, logrando una subdivisión secundaria del ángulo de paso. En un cierto número de golpes, cuanto más dientes hay, menor es el ángulo de paso, pero debido a las limitaciones del proceso de fabricación, el número de dientes no se puede hacer mucho, por lo que el ángulo de paso del motor de paso no puede ser grande. muy pequeño.

El ángulo de paso también se puede cambiar cambiando cambiando el número de latidos del motor de paso. El número de latidos se refiere al número de pulsos o Estados de conducción necesarios para completar los cambios periódicos en el campo magnético, o al número de pulsos necesarios para que el motor gire a través del ángulo de inclinación del remo. Cuando se determina el número de fases del motor, también se determina el número de latidos. Al aumentar el número de dientes y la fase del motor de paso para reducir el ángulo de paso, la reducción del ángulo de paso es muy limitada y es difícil cumplir con los requisitos de producción. El método común de conducción de Subdivisión de motores es el método de rotación uniforme de amplitud igual del vector de corriente. El método de rotación uniforme de amplitud igual del vector de corriente puede hacer que el ángulo de paso después de la Subdivisión sea uniforme y el par de salida sea constante.

El método específico es hacer que sus devanados de fase pasen por la diferencia de fase por separado. Si la corriente sinusoidal es de 2 Í / M y la amplitud es igual, el vector combinado de corriente o el vector de campo magnético girarán en el espacio y la amplitud del vector combinado se mantendrá sin cambios. Por ejemplo, para los motores de paso híbridos de cuatro fases, los devanados de fase se proporcionan con corrientes de onda sinusoidal con diferencia de fase Í / 2 y amplitud igual, respectivamente. Para obtener el mayor número posible de campos magnéticos sintéticos circulares y hacer que el ángulo de paso cambie uniformemente, lo ideal es utilizar la forma de onda sinusoidal de paso como señal de referencia de corriente para cada devanado de fase.

Tomando como ejemplo las ocho subdivisiones del motor de paso de cuatro fases, se insertan siete Estados intermedios estables en cada fase. Después de la subdivisión, la corriente de cada fase aumenta o disminuye en un paso de 1 / 4. El ángulo se completará en ocho pasos y se podrán lograr ocho subdivisiones del ángulo escalonado. Cuanto más subdivididos, menor es el cambio de corriente, lo que reduce considerablemente la vibración y el ruido del motor. Cuando se utiliza una onda sinusoidal escalonada para subdividir la corriente, cuanto más pasos (es decir, más subdivisiones), más cercana es la forma de onda a la onda sinusoidal, menor es la corriente escalonada y menor es el ángulo de paso. Esto reduce en gran medida la tasa de pérdida de paso cuando el motor de paso está en funcionamiento. Reduce el ruido y la vibración cuando el motor de paso funciona, y también hace que el motor de paso funcione de manera más estable y sea más fácil controlar el tablero de pcb.