PCB部落格 - 基於圖像處理的PCB板自動檢測系統設計

高精度, 大規模, 快速的, 和實时自動光學檢測系統 PCB電路板 研究了缺陷, 分別設計了硬體結構和軟件系統. 該系統主要由二維運動平臺組成, 電機控制模塊, 圖像採集模塊, 圖像處理模塊, 並在分析模塊中顯示結果. 改進的步進電機驅動模式, 細分驅動, 並改進了圖像識別算灋，保證了系統的準確性, 一鍵式自動檢測的設計提高了檢測速度. 實驗結果表明，該系統能够快速、準確地檢測出工件表面的缺陷 PCB板, 具有一定的實用價值和發展價值.

電子產品部分, 這個 印刷電路板, 是集成各種電子元件的資訊載體. 它已廣泛應用於各個領域，是電子產品不可或缺的一部分. 質量 PCB板 已成為長期的决定因素, 電子產品正常可靠工作. 隨著科學技術的發展, 高密度的發展趨勢, 高複雜性, 和高性能 PCB板 產品繼續挑戰品質檢驗 PCB板s.

由於訪問受限等因素, 高成本, 效率低, 傳統的PCB缺陷檢測方法已逐漸不能滿足現代檢測的需要. 因此, 研究和實現PCB缺陷自動檢測系統具有重要的學術價值和經濟價值. 在 PCB板 國內外研究的缺陷檢測科技, AOI (Automatic Optic Inspection) technology has received more and more attention, 基於圖像處理的檢測方法也成為自動光學檢測的主流. 在本文中, 大視野, 高精度, 快速實时自動檢測系統 PCB板 通過圖像處理科技研究缺陷, 設計了硬體結構和軟件算灋流程. 通過改進電機驅動管道和設計一鍵式自動檢測軟件, 系統的檢測速度大大提高, 結果分析模塊缺陷識別算灋的改進提高了檢測結果的準確性.

1. System structure
The PCB板 缺陷自動檢測系統主要由運動控制模塊組成, 圖像採集模塊, 圖像處理模塊, 和結果分析模塊. 該系統的工作過程如下：上位機控制步進電機的運動, 步進電機驅動二維平臺的運動, 將CCD攝像機傳輸到要檢測的PCB頂部, 並在PCB上採集大型場景的影像, 採集的影像被發送到影像採集卡. 連接到主機, 主機軟件對採集的影像進行拼接和影像預處理, 準確定位和校準處理後的影像, 通過影像分割執行範本匹配和圖像識別, 影像形態學處理, 等., 並獲得缺陷檢測結果. . 系統設計包括硬體設計和軟體設計. 系統軟硬體協同工作，形成一個整體.

2. System hardware design
The hardware design of the PCB板 缺陷自動檢測系統主要包括二維運動平臺, 電機運動控制板, 馬達驅動板, CCD攝像機, 影像採集卡, 和一臺電腦.

2.1 CCD camera and frame grabber
The main characteristic parameters of the CCD camera include camera format, 光敏表面尺寸, 點數大小, 決議, 電子快門速度, 同步系統方法, 照度, 體貼, 信噪比, 等. 攝像機格式和線上檢測决定了影像採集卡的採樣頻率. 感光表面尺寸的平衡, 點數大小, 決議, 成像透鏡系統的放大倍數取決於測量範圍和測量精度. 考慮到上述因素和系統要求, 機架抓取器, 也稱為視頻捕獲卡, 是一種視訊卡. 幀採集卡的主要功能是將攝像機的連續類比視訊訊號轉換為離散數位量. 其基本原理是：輸入選擇模塊處理攝像機輸出的各種格式的視頻輸出訊號，形成影像採集卡可以識別的視訊訊號. 類比視訊訊號轉換後, 它存儲在卡的幀緩衝記憶體中, 具體的圖像傳輸由電腦CPU通過電腦匯流排控制, 並最終存儲在電腦記憶體或硬碟中進行圖像處理. 本設計中使用的影像採集卡型號為NV7004-N, 它將CCD攝像機的類比信號轉換成數位信號，並傳輸到上位機進行實时顯示，完成圖像採集功能.

2.2 Motor Motion Controller and Precision 2D Motion Platform
The motion controller of the PCB板 缺陷自動檢測系統是自行設計的單片機控制板, 該晶片為ATMEL公司生產的單片機AT89S52, 控制板通過RS-232串列通信介面與上位機通信. 通過操作人機界面向控制板發送命令, 控制板將不同頻率的控制訊號和方波訊號輸出到步進電機驅動板以控制速度, 方向, 和步進電機的移動距離. 二維運動平臺由日本SUS公司生產的兩個精密運動導軌構成. 運動導軌為滾珠絲杠型, 非常精確，誤差很小. 步進電機與移動導軌相連，以驅動導軌的移動. 步進電機是由TAMAGAWA生產的兩相四線混合式步進電機, 日本. 這種步進電機運行穩定，噪音低.

2.3 Motor drive
In fact, 步進電機的驅動是為了控制步進電機每相勵磁繞組的電流, 從而改變步進電機內部磁場的合成方向, 使步進電機旋轉. 每個相勵磁繞組的電流產生的合成磁場向量的大小决定了步進電機的旋轉扭矩, 兩個相鄰合成磁場向量之間的夾角决定了步進角. 本文介紹了步進電機的兩個重要概念：節距角θz和步長角θn. 步進電機的俯仰角是指步進電機運行時兩個相鄰穩定磁場之間的角度. 步進角是指步進電機轉子相對於脈衝訊號旋轉的角位移.

步進角不僅與電機的齒數有關，還與電機的拍數有關。 步進電機的俯仰角θz和步進角θn可以表示為：步進電機的細分基於步進電機每個相繞組的理想對稱性和俯仰角特性的嚴格正旋轉。 繞組中電流的大小和比率將步進角减小到原來的百分之一到幾百分之一，從而提高步進電機的分辯率。 以兩相步進電機為例，如果電機的齒數為50，運行拍數為單四拍模式，則步進角為θ=360度（50*4）=1.8度（通常稱為全步），拍攝時為8，步進角為θ=360度/（50*8）=0.9度（通常稱為半步0）。 與四拍模式相比，步長角În新增了一倍，實現了步長角的二次細分。 在一定拍數的情况下，齒數越多，步進角越小，但由於制造技術的限制，齒數不能很多，囙此步進電機的步進角不能很大。 小的

步進角度也可以通過改變步進電機的拍數來改變。 拍數是指完成磁場週期性變化所需的脈衝數或傳導狀態，或電機通過俯仰角旋轉所需的脈衝數。 當確定電機的相數時，也會確定拍數。 通過新增步進電機的齒數和相位來减小步進角，步進角的减小程度非常有限，難以滿足生產要求。 電機細分驅動的常用方法是電流向量等幅均勻旋轉法。 電流向量等幅均勻旋轉法可以使細分後的步距角均勻，輸出轉矩恒定。

具體方法是使它們的相位繞組分別通過相位差。 如果正弦電流為2Ï/m且幅值相等，則電流組合向量或磁場向量將在空間中旋轉，並且組合向量的幅值將保持不變。 例如，對於四相混合式步進電機，分別向相繞組提供相位差為ÏÌ/2且幅值相等的正弦波電流。 為了獲得盡可能多的圓形合成磁場並使步進角均勻變化，理想的做法是對每個相繞組的電流參攷訊號使用步進正弦波形。

以四相步進電機的8個細分為例, 每個相位插入7個穩定的中間狀態. 細分後, 每相電流以1的步長上升或下降/4. 角度將通過8個步驟完成, 可以實現8個步進角細分. 更多細分, 電流變化越小, 大大降低了電機的振動和譟音. 當使用階梯正弦波細分電流時, The more steps (that is, the more subdivisions), 波形越接近正弦波, 階躍電流越小, 步長角越小. 這大大降低了步進電機運行時的階躍損失率. 它降低了步進電機運行時的譟音和振動, 同時也使步進電機運行更加穩定, 更容易控制 PCB板.