PCB外观检查机的图像采集与拼接

    印制电路板外观检查机是PCB产品生产线上的重要质检设备，它基于光学图像处理和计算机视觉识别技术原理，主要功能是对PCB组件生产过程中遇到的外观缺陷进行检测。中国是世界PCB生产大国，但不是强国，PCB生产链中的重要环节——PCB设备仪器不强是形成这种状况的重要原因之一，为推进中国PCB产业的发展与进步，研制了较自动外观检查机操作简单、系统更加紧凑以及更高的性能价格比的手动PCB外观检查机。手动PCB外观检查机通过手动放板后传送装置自动传送PCB，线阵CCD相机均匀扫描PCB板，获得准确图像，再通过计算机对比处理已扫描的线路板并进行判断，然后分装置根据计算机反馈的控制信号自动分检PCB（OK／NG）。可对异物，露铜，补油，划伤，镀金不良，字符错误，绿油不均，焊盘不均匀，残铜，漏印，显影等外观方面的瑕疵进行精确检测。由于图像采集和处理的速度和效果将直接影响到PCB板检测的准确性和有效性，为此针对手动外观检查机的特点详细研究了图像采集系统，采用C#在。net框架下对ActiveMil进行二次开发并用GDI+图形接口库实现了图像采集软件系统的开发。
    1 PCB外观检查机系统的总体结构
    PCB在线检测系统结构复杂，其传动控制设备、电气控制系统和摄像机必须在计算机的精确控制下，才能协调处理工作，完成复杂的检测和分拣任务。基于机器视觉的PCB在线检测设备的结构如图1所示。
    图1 基于机器视觉的PCB在线检测设备的结构
    系统主要分为运动控制、图像采集和图像处理部分。图像采集部分是整个系统的重要组成部分。摄像机和镜头在机器视觉中相当于人的眼睛，负责拍摄对象的图像。图像采集部分是PCB检测系统的重要环节，也是检测处理的基础。PCB检测系统强调检测的速度和精度，所以需要图像采集部分及时、准确地提供清晰的图像。
    2 图像采集系统的硬件结构
    1）图像采集系统工作原理
    当系统上电后，MCU自动检测PCB载物台是否复位到起点。此过程主要有两个光纤传感器和伺服电机完成。两个传感器分别安装在四顾电机轨道的起点，即复位点和轨道端点。起复位，停止和电机反转的功能。上电后MCU检测到sesorl（复位点或起点处）无效，则调用电机反转程序，使PCB载物台回到起点位置，同时串口向PC机发送彩图无效信号。然后MCU继续判断是否有按键按下，如果有按键按下，电机开始正转，同时串口向PC机发送彩图有效信号。此过程也就是PCB线扫描过程，完成图像的采集。此过程电机经历三个阶段：加速阶段，匀速彩图阶段和减速停止阶段。在电机正转过程中，从七点开始，MCU通过特有的捕获比较单元（CCU6）来对伺服电机编码器反馈回来的脉冲计数，但计数值达到采图有效数值时，串口向PC发送采图开始信号，此时线阵CCD开始对PCB进行图像采集。在电机减速正转到轨道端点的传感器senor2处时，电机停止并马上反转回到起点处，此过程串口向PC机发送采图无效信号。至此一个完整的检测过程完整。MCU继续检测是否有按键按下来进行下一次检测。其中串口发送的采集有效和开始信号可以有效地避免误触发。CCD采集到的图像信号由CamreLink接口送至图像采集卡再由PC做进一步的图像处理。
    图2 PCB外观检查机图像采集系统工作原理图
    2）传感器与按钮的接收与检测
    采用光耦隔离技术，可以实现电路间的光电隔离，pcb抄板即使输入信号能无阻通过，且防止输出信号反馈到输入端，有利地抑制尖峰脉冲和各种噪声的干扰，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。为实时检测到反馈的转镜转速信号，本设计中采用了高速光耦ACPL-072L，传输速率可高达25 MBd，并且外围电路简单，如图3所示。
    图3 ACPL-072L电路原理图
    本设计利用XC164CS外设中含有捕获／比较单元CC25端口，将光耦传输信号作为外部中断信号来触发XC164，实现高速精确地传感定位与按钮检测。
    3）CCD摄像机系统
    该手动PCB外观检查机图像采集系统采用NED彩虹系列的3CCD彩色线扫描相机NUCLi7300。该相机应用广泛，可以进行以前黑白相机无法进行的颜色差异检测。外部接口为高速串行接口（Camera Link），可以很方便的与采集卡连接，也可以很方便的设置增益和偏移量，并具有修正RGB线延迟的功能。像素数为7 300x3 Line，像素大小为10x10 μm，数据速率60MHz，最短扫描速率7.6kHz。图4为本系统所用的连续线扫描速率模型时序图。