PCB 블로그 - 이미지 처리 기반 PCB 보드 자동 감지 시스템 설계

고정밀도, 대규모, 신속, 실시간 PCB 보드 결함 광학 자동 감지 시스템을 연구하고 하드웨어 구조와 소프트웨어 시스템을 각각 설계했다.이 시스템은 주로 2차원 모션 플랫폼, 모터 제어 모듈, 이미지 수집 모듈, 이미지 처리 모듈과 결과 분석 모듈로 구성된다.개선된 스텝 모터 구동 모드, 세분화 구동 및 개선된 이미지 인식 알고리즘은 시스템의 정확성을 보장하고 원클릭 자동 감지 디자인은 감지 속도를 향상시킵니다.실험 결과에 따르면 이 시스템은 PCB 보드의 결함을 빠르고 정확하게 감지할 수 있어 실용적 가치와 발전 가치가 있다.

전자제품의 일부분, 인쇄회로기판은 각종 전자부품을 집적하는 정보담체이다.그것은 각 분야에 널리 응용되어 전자 제품에서 없어서는 안 될 부분이다.PCB 보드의 품질은 전자 제품의 장기적이고 정상적이며 신뢰할 수있는 작동에 결정적인 요소가되었습니다.과학 기술의 발전에 따라 PCB 보드 제품의 고밀도, 고복잡도, 고성능의 발전 추세는 PCB 보드의 품질 검사에 끊임없이 도전하고 있다.

접속이 제한되고 원가가 높으며 효률이 낮은 등 요소로 하여 전통적인 PCB결함검사방법은 이미 점차 현대검사의 수요를 만족시킬수 없게 되였다.따라서 PCB 결함 자동 감지 시스템을 연구하고 구현하는 것은 중요한 학문적 및 경제적 가치가 있습니다.국내외에서 연구된 PCB 보드 결함 검출 기술 중 AOI(Automatic optical Inspection) 기술이 점점 더 중시되고 있으며, 이미지 처리 기반 검출 방법도 자동 광학 검출의 주류가 되고 있다.이 글은 이미지 처리 기술을 통해 큰 시야, 고정밀, 빠른 실시간 PCB 보드 결함 자동 감지 시스템을 연구하고 하드웨어 구조와 소프트웨어 알고리즘 프로세스를 설계했다.개선된 모터 구동 모드와 원터치 자동 검출 소프트웨어의 설계를 통해 시스템의 검출 속도를 크게 향상시켰으며 결과 분석 모듈의 결함 식별 알고리즘을 개선하여 검출 결과의 정확성을 향상시켰다.

1.시스템 구조 PCB 보드 결함 자동 감지 시스템은 주로 운동 제어 모듈, 이미지 수집 모듈, 이미지 처리 모듈과 결과 분석 모듈로 구성된다.이 시스템의 작업 과정은 다음과 같다: 상위기는 스텝 모터의 움직임을 제어하고, 스텝 모터는 2D 플랫폼의 움직임을 구동하며, CCD 카메라를 감지할 PCB 상단으로 전송하고, PCB에서 큰 장면의 이미지를 수집하고, 수집한 이미지를 이미지 수집 카드로 전송한다.호스트 소프트웨어는 수집된 이미지를 조립하고 이미지를 미리 처리하며 처리된 이미지를 정확하게 포지셔닝하고 교정하며 이미지 분할, 이미지 형태학 처리 등을 통해 템플릿 매칭과 이미지 식별을 진행하여 결함 검사 결과를 얻는다.시스템 설계에는 하드웨어 설계와 소프트웨어 설계가 포함됩니다.시스템 소프트웨어와 하드웨어가 협동하여 하나의 전체를 형성한다.시스템 하드웨어 설계 PCB 보드 결함 자동 감지 시스템의 하드웨어 설계는 주로 2D 모션 플랫폼, 모터 모션 컨트롤 보드, 모터 드라이버 보드, CCD 카메라, 이미지 수집 카드 및 PC를 포함합니다.

2.1 CCD 카메라와 프레임 컬렉터 CCD 카메라의 주요 특징 매개 변수는 카메라 포맷, 감광 표면 크기, 픽셀 크기, 해상도, 전자 셔터 속도, 동기화 시스템 방법, 조도, 감도, 노이즈 비율 등이다. 카메라 포맷과 온라인 검사는 이미지 수집 카드의 샘플링 빈도를 결정한다.이미지 렌즈 시스템의 감광 표면 크기, 픽셀 크기, 해상도 및 확대율의 균형은 측정 범위와 측정 정밀도에 따라 달라집니다.이러한 요소와 시스템 요구 사항을 고려하여 프레임 캡처기 (비디오 캡처 카드라고도 함) 는 비디오 카드입니다.프레임 채집 카드의 주요 기능은 카메라의 연속 아날로그 영상 신호를 이산 디지털 양으로 변환하는 것이다.그 기본 원리는 카메라가 출력하는 각종 형식의 영상 출력 신호가 입력 선택 모듈 처리를 거쳐 영상 수집 카드가 식별할 수 있는 영상 신호를 형성하는 것이다.아날로그 비디오 신호가 변환되면 카드에 저장된 프레임 버퍼 메모리에 저장되며, 구체적인 이미지 전송은 컴퓨터 CPU가 컴퓨터 버스를 통해 제어하고, 마지막에는 컴퓨터의 메모리나 하드 드라이브에 저장되어 이미지 처리됩니다.이 디자인에 사용된 이미지 수집 카드 모델은 NV7004-N으로 CCD 카메라의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 실시간으로 표시할 수 있도록 호스트로 전송하여 이미지 수집 기능을 완성할 수 있다.

2.2 모터 모션 컨트롤러와 정밀 2차원 모션 플랫폼 PCB 보드 결함 자동 감지 시스템의 모션 컨트롤러는 자체 설계된 MCU 제어판이며, 칩은 ATMEL사가 생산한 AT89S52 단편기이며, 제어판은 RS-232 직렬 통신 인터페이스를 통해 상위기와 통신한다.조작을 통해 기계계가 제어판을 향해 명령을 발송하고 제어판은 보조전동기 구동판에 각종 주파수의 제어신호와 방파신호를 출력하여 보조전동기의 속도, 방향과 이동거리를 제어한다.2D 모션 플랫폼은 일본 SUS사가 생산한 정밀 모션 레일 2개로 구성됐다. 모션 레일은 롤러 철봉식으로 정밀도가 높고 오차가 적다.스텝 모터는 이동 레일에 연결하여 레일의 이동을 제어합니다.스텝모터는 일본 TAMAGAWA사가 생산하는 2상 4선 혼합식 스텝모터다.이런 보조 전동기는 운행이 안정적이고 소음이 낮다.

2.3 모터 구동 사실, 스텝 모터의 구동은 스텝 모터의 각 위상 자기 권선의 전류를 제어하여 스텝 모터 내부 자기장의 합성 방향에 변화를 일으켜 스텝 모터를 회전시키는 것이다.각 위상 자기 권선의 전류에서 발생하는 합성 자기장 벡터의 크기는 스텝 모터의 회전 모멘트를 결정하고, 두 인접 합성 자기장 벡터 사이의 협각은 스텝 모멘트를 결정한다.스텝 모터의 두 가지 중요한 개념인 푸시업 각도와 스텝 각도를 소개했다.스텝 모터의 푸시업 각도는 스텝 모터가 작동할 때 인접한 두 안정된 자기장 사이의 각도를 말한다.스텝 각도는 스텝 모터의 로터가 펄스 신호에 따라 회전하는 각 변위를 가리킨다.

계단각은 전기기계의 치수뿐만 아니라 전기기계의 점프 횟수와도 관련이 있다.스텝 모터의 프로펠러 각도 z와 스텝 각도 n은 다음과 같이 표시할 수 있다: 스텝 모터의 세분화는 스텝 모터의 각 상호 회전조의 이상적인 대칭성과 프로펠러 각도의 특성에 기초한 엄격한 정회전이다.권선 중 전류의 크기와 비율은 보진각을 원래의 몇 퍼센트로 줄여 보진전기의 해상도를 높였다.2상 스텝 모터의 경우 모터의 이빨 수가 50이고 실행 박자 수가 1박자 4박자 모드라면 스텝 각도는 360도(50*4) = 1.8도(속칭 풀스텝), 8 촬영 시 스텝 각도는 360도/(50*8) = 0.9도(속칭 반보 0)다.4박자 모드에 비해 계단각 n이 두 배로 증가하여 계단각의 2차 세분화를 실현하였다.일정한 박자의 경우 치수가 많을수록 보진각이 작지만 제조공정의 제한으로 치수를 많이 할수 없기에 보진전기의 보진각이 아주 크지 못하다.작은 것

스텝 각도는 스텝 모터의 점프 횟수를 변경하여 변경할 수도 있습니다.박자 주파수는 자기장의 주기적인 변화를 완성하는 데 필요한 펄스 수 또는 도통 상태 수, 또는 모터가 회전하여 프로펠러 거리각을 통과하는 데 필요한 펄스 수를 말한다.모터의 위상을 결정할 때 라켓 수도 결정됩니다.스텝 모터의 치수와 위상을 증가시켜 스텝 각도를 줄이면 스텝 각도의 감소 정도가 매우 제한되어 생산 요구를 만족시키기 어렵다.모터를 세분화하여 구동하는 데 자주 사용하는 방법은 전류 벡터 등폭 균일 회전법이다.전류 벡터 등폭 균일 회전법은 세분화된 단계의 도약각을 균일하게 하고 출력 모멘트를 일정하게 할 수 있다.

구체적인 방법은 그것들의 권선 그룹을 각각 위상차를 통과하게 하는 것이다.만약 정현전류가 2Í/m이고 진폭이 같으면 전류조합벡터 또는 자기장벡터는 공간에서 회전하며 조합벡터의 진폭은 변하지 않는다.예를 들어, 4상 혼합식 스텝 모터의 경우, 위상 차이가 Í/2이고 진폭이 같은 정현파 전류를 위상 권선에 각각 제공합니다.가능한 한 많은 원형 합성 자기장을 획득하고 계단의 각도를 균일하게 변화시키기 위해서, 이상적인 상황은 계단의 정현파형을 각 권선의 전류 참조 신호로 사용하는 것이다.

4상 스텝 모터의 8개 세분화를 예로 들면, 각 상에 7개의 안정적인 중간 상태를 삽입한다.세분화된 후, 각 상의 전류는 1/4의 스텝으로 상승하거나 하강한다.이 각도는 8단계로 이루어지며 계단의 각도를 8단계로 세분화할 수 있습니다.세분화가 많을수록 전류 변화가 줄어들어 모터의 진동과 소음을 크게 낮춘다.계단식 정현파가 세분화된 전류에 사용될 때, 계단식이 많을수록 (즉, 세분화가 많을수록), 파형이 정현파에 가까울수록 계단식 전류가 작고 계단식 각이 작다.이것은 보조 전동기가 운행할 때의 보조 손실률을 크게 낮추었다.그것은 스텝 모터가 작동할 때의 소음과 진동을 낮추고, 스텝 모터가 더 안정적으로 작동하며, PCB 보드를 더 쉽게 제어할 수 있도록 한다.