Blogue PCB - Conception d'un système de détection automatique des PCB basé sur le traitement d'images

Haute précision, Système de détection optique automatique des défauts de carte PCB à grande échelle, rapide et en temps réel étudié, La structure matérielle et le système logiciel sont conçus respectivement.Le système se compose principalement de plates - formes de mouvement 2D, Module de commande du moteur, image acquisition module, Module de traitement d'image et module d'analyse des résultats. Amélioration du mode d'entraînement du moteur pas à pas - l'entraînement segmenté et l'algorithme de reconnaissance d'image amélioré garantissent la précision du système, La conception de la détection automatique à un bouton améliore la vitesse de détection. Les résultats expérimentaux montrent que le système est capable de détecter rapidement et précisément les défauts sur les cartes PCB, A une certaine valeur pratique et de développement. Une partie de l'électronique, la carte de circuit imprimé, est un support d'information qui intègre divers composants électroniques. Il a été largement utilisé dans divers domaines et fait partie intégrante des produits électroniques. La qualité des cartes PCB est devenue un facteur déterminant à long terme, Fonctionnement normal et fiable des produits électroniques. 

Avec le développement de la science et de la technologie, Tendances du développement à haute densité, La grande complexité et la haute performance des produits à base de BPC continuent de poser des défis à l'inspection de la qualité des BPC. En raison de contraintes d'accès, etc, coût élevé, Faible efficacité, les méthodes traditionnelles de détection des défauts de PCB ont progressivement échoué à répondre aux besoins de la détection moderne. Alors, L'étude et la mise en œuvre d'un système de détection automatique des défauts de PCB ont une valeur théorique et économique importante. Technologie de détection des défauts des PCB au pays et à l'étranger, La technologie AOI (Inspection optique automatique) reçoit une attention croissante, La méthode de détection basée sur le traitement d'image est également devenue le courant dominant de la détection automatique optique. Dans cet article, Vaste champ de vision, haute précision, Un système de détection automatique rapide et en temps réel des défauts des PCB est étudié à l'aide de la technologie de traitement d'images, Structure matérielle et processus algorithmiques logiciels conçus. Amélioration du mode de conduite du moteur et conception d'un logiciel de détection automatique à un bouton, La vitesse de détection du système est grandement améliorée, Et l'amélioration de l'algorithme d'identification des défauts du module d'analyse des résultats améliore la précision des résultats de détection.

1. Structure du système
Le système de détection automatique des défauts de la carte PCB se compose principalement de modules de contrôle de mouvement, module d'acquisition d'images, module de traitement d'image, Et module d'analyse des résultats.Le flux de travail du système est le suivant: La machine de positionnement supérieur contrôle le mouvement du moteur pas à pas, mouvement de la plate - forme bidimensionnelle entraînée par le moteur stepper, transmits the CCD camera vers le haut du PCB à détecter, Et recueillir des images de grandes scènes sur PCB, Les images acquises sont envoyées à la carte d'acquisition d'images. To the host computer, Le logiciel PC assemble et prétraite les images acquises, accurately locates and calibrates the processed images, Correspondance des modèles et reconnaissance des images par segmentation des images, traitement morphologique des images, etc. Et obtenir le résultat de la détection des défauts.  La conception du système comprend la conception matérielle et logicielle. Le logiciel et le matériel du système travaillent ensemble pour former un tout.

2. Conception de matériel système
La conception matérielle du système de détection automatique des défauts de la carte PCB comprend principalement une plate - forme de mouvement 2D, panneau de commande du mouvement du moteur, a motor drive board, Caméra CCD, carte de capture d'image, Et un ordinateur.

(1) Caméras CCD et Frame Catcher

Les principaux paramètres caractéristiques de la caméra CCD comprennent le format de la caméra, la taille de la surface photosensible, Taille des pixels, resolution, Vitesse de l'obturateur électronique, méthode du système synchrone, Éclairage, sensitivity, SNR, etc. Le format de la caméra et la détection en ligne déterminent la fréquence d'échantillonnage de la carte d'acquisition d'images.. The balance of the photosensitive surface size, Taille des pixels, resolution, Le grossissement du système de lentilles d'imagerie dépend de la plage de mesure et de la précision de mesure. Compte tenu des facteurs ci - dessus et des exigences du système, grappin de cadre, également connu sous le nom de carte de capture vidéo, Est une carte vidéo. La fonction principale de la carte d'acquisition de cadre est de convertir le signal vidéo analogique continu de la caméra en quantité numérique discrète. Le principe de base est le suivant: le module de sélection d'entrée traite les signaux de sortie vidéo de différents formats de sortie de la caméra pour former des signaux vidéo qui peuvent être reconnus par la carte d'acquisition d'images. Après conversion du signal vidéo analogique, it is stored in the frame buffer memory on the card, La transmission d'images spécifiques est contrôlée par le processeur informatique via le Bus informatique, Et finalement stocké dans la mémoire ou le disque dur de l'ordinateur pour le traitement d'image. Les modèles de cartes d'acquisition d'images utilisés dans cette conception sont: NV7004-N, Il convertit le signal analogique de la caméra CCD en signal numérique et le transmet à l'hôte pour affichage en temps réel. Et peut compléter la fonction d'acquisition d'images.

(2) Contrôleur de mouvement de moteur et plate - forme de mouvement 2D de précision

Le Contrôleur de mouvement du système de détection automatique des défauts de carte PCB est une carte de contrôle MCU auto - conçue, La puce est un micro - ordinateur à puce unique at89s52 produit par Atmel, and the control board communicates with the host computer through the RS-232 serial communication interface. Envoyer des commandes au tableau de commande via l'interface homme - machine de l'opérateur, Et la carte de commande délivre des signaux de commande de différentes fréquences et des signaux carrés à la carte d'entraînement du moteur pas à pas pour contrôler la vitesse, Direction et distance de déplacement du moteur stepper. La plate - forme de mouvement 2D est constituée de deux guides de mouvement de précision fabriqués par la société japonaise sus. Les guides de mouvement sont du type à vis à bille, Très précis, avec peu d'erreurs. Le moteur pas à pas est relié au Guide mobile pour entraîner le mouvement du Guide. Le moteur stepper est un moteur stepper hybride à quatre fils en deux phases produit par Tamagawa, Japan. Le moteur stepper fonctionne de façon stable et a un faible bruit.

(3) Dispositif d'entraînement moteur

En effet, l'entraînement du moteur pas à pas est destiné à contrôler le courant des enroulements d'excitation des différentes phases du moteur pas à pas, pour changer la direction de synthèse du champ magnétique interne du moteur stepper, so that the stepping motor rotates. Le couple de rotation du moteur stepper est déterminé par la taille du vecteur de champ synthétique généré par le courant de chaque enroulement d'excitation de phase. L'angle de pas est déterminé par l'angle entre deux vecteurs de champ magnétique synthétiques adjacents. Deux concepts importants de moteurs pas à pas sont présentés ici: pitch angle θz and step angle θn. L'angle de tangage du moteur stepper est l'angle entre deux champs magnétiques stables adjacents pendant le fonctionnement du moteur stepper. L'angle de pas est le déplacement angulaire du rotor du moteur à pas tournant en fonction du signal d'impulsion. TL'angle de pas n'est pas seulement lié au nombre de dents du moteur, Et le nombre de battements du moteur. The pitch angle θz and the step angle θn la vitesse du moteur pas à pas peut être exprimée en: La subdivision des moteurs pas à pas est une rotation strictement positive basée sur la symétrie idéale et les caractéristiques d'angle de pas des enroulements de chaque phase des moteurs pas à pas. La taille et le rapport du courant dans l'enroulement réduisent l'angle de pas d'une fraction à plusieurs centaines, Cela améliore la résolution du moteur stepper. Prenons l'exemple d'un moteur pas à pas biphasé, Si le nombre de dents du moteur est de 50 et que le nombre de battements de fonctionnement est en mode simple à quatre battements, L'angle de pas est ^ = 360 degrés (50*4)=1.8 degrees (Communément appelé l'étape complète), 8 lors de la prise de vue, l'angle de pas est de 360 degrés / (50 * 8) = 0,9 degrés (souvent appelé angle de demi - pas 0). Comparer avec le mode quatre battements, L’angle de pas est deux fois plus élevé qu’auparavant, realizing the step angle The second subdivision. Avec un certain nombre de battements, Plus de dents, the smaller the step angle, Mais en raison des limites du processus de fabrication, the number of teeth cannot be made a lot, Donc l'angle de pas du moteur à pas ne peut pas être grand. Small. L'angle de pas peut également être modifié en changeant le nombre de battements du moteur de pas. Le nombre de battements fait référence au nombre d'impulsions ou à l'état de conduction requis pour compléter les variations périodiques du champ magnétique, Ou le nombre d'impulsions nécessaires pour que le moteur tourne à travers l'angle de tangage. Lors de la détermination du nombre de phases du moteur, Le nombre de battements est également déterminé. 

Réduction de l'angle de pas en augmentant le nombre de dents et la phase du moteur pas à pas, la réduction de l'angle de pas étant très limitée et difficile à satisfaire aux exigences de production. La méthode de rotation uniforme à amplitude constante du vecteur de courant est couramment utilisée pour la subdivision du moteur. La méthode de rotation uniforme d'amplitude constante de vecteur de courant peut rendre l'angle de pas uniforme après la subdivision, le couple de sortie constant. La m éthode spécifique consiste à faire passer l'enroulement de phase m à travers la différence de phase. Si le courant sinusoïdal est de 2Ï/m amplitude égale, Le vecteur de combinaison de courant ou de champ magnétique tourne dans l'espace, L'amplitude du vecteur combiné restera inchangée. Par exemple: pour les moteurs pas à pas hybrides à quatre phases, les enroulements de phase fournissent respectivement une différence de phase def π/2 et amplitude égale. In order to obtain a circular synthetic magnetic field as much as possible and make the step angle change evenly, La forme d'onde sinusoïdale à pas est préférable pour les signaux de référence de courant de chaque enroulement de phase. Exemple avec 8 subdivisions de moteurs pas à pas à quatre phases, Insérer 7 états intermédiaires stables par phase. Après la subdivision, Le courant de chaque phase augmente ou diminue par paliers de 1/4. L'angle sera complété en 8 étapes, and 8 subdivisions of the step angle can be realized. Plus de subdivisions, Moins le courant change, Réduit considérablement les vibrations et le bruit du moteur. Lorsque le courant est subdivisé par une onde sinusoïdale pas à pas, Plus il y a de pas (c'est - à - dire plus il y a de subdivisions), plus la forme d'onde est proche de l'onde sinusoïdale, Plus le courant de pas est faible, and the smaller the step angle. Cela réduit considérablement le taux de perte de pas pendant le fonctionnement du moteur stepper. Réduit le bruit et les vibrations pendant le fonctionnement du moteur stepper, Et rend également le fonctionnement du moteur pas à pas plus stable et plus facile à contrôler la carte PCB.