機(jī)器視覺(jué)pcb 光板視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)研究——第二講

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1、深圳稻草人plc培訓(xùn)www.dcrauto.com機(jī)器視覺(jué)PCB光板視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)研究——第二講總體設(shè)計(jì)1.問(wèn)題的提出隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品趨于更輕、更薄、更短、更小，也使得PCB制造技術(shù)朝更高密度發(fā)展，從而使得PCB的尺寸增大、層數(shù)增多；同時(shí)，電路板本身也變得越來(lái)越小、越來(lái)越復(fù)雜。由于這些原因，生產(chǎn)及更換它們的成本也越來(lái)越高。所以，需要相應(yīng)的質(zhì)量控制手段，使每一層上的線路都能夠在上一層鋪設(shè)之前被檢查，排除或修復(fù)大部分缺陷。PCB光板缺陷產(chǎn)生的原因是多方面的，生產(chǎn)過(guò)程中的每個(gè)工序都可能產(chǎn)生缺陷。PCB光板缺陷首先產(chǎn)生

2、在膠片的質(zhì)量上。在膠片制作過(guò)程中，如果顯影液配制不當(dāng)、曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或溫度過(guò)高，則膠片的反差不好；當(dāng)顯影液中雜質(zhì)過(guò)多或溫度過(guò)低時(shí)會(huì)產(chǎn)生沙眼，從而使膠片出現(xiàn)斑點(diǎn)；顯影時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或反射光角度不對(duì)則會(huì)引起線條有灰霧。在布線時(shí)更會(huì)產(chǎn)生多種缺陷。曝光時(shí)間長(zhǎng)短、光源強(qiáng)弱，顯影液配制的濃度等，對(duì)線條的粗細(xì)及精度會(huì)產(chǎn)生直接的影響。曝光過(guò)量會(huì)造成顯影困難，甚至無(wú)法對(duì)細(xì)線顯影；反之，線條邊緣將會(huì)不平滑，產(chǎn)生缺損、毛刺?？偠灾?，PCB光板上容易產(chǎn)生的幾種最影響PCB功能的缺陷是短路、斷路、缺損、毛刺。除此之外，線路間的保留間隙、導(dǎo)線寬度和其它類似的

3、實(shí)際限制，都會(huì)影響電路速度、信號(hào)強(qiáng)弱、耗電大小與噪聲敏感程度等電氣傳輸性能，所以導(dǎo)線或間隙過(guò)窄也都被認(rèn)為是缺陷。本課題不考慮導(dǎo)線寬度及線路間隔缺陷之類的測(cè)量型缺陷，針對(duì)PCB光板生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的短路、斷路、缺損、毛刺幾種主要幾何型缺陷進(jìn)行分析和識(shí)別，以便及時(shí)將其送去返修。2.檢測(cè)系統(tǒng)工作原理本文所描述的PCB光板視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，將運(yùn)用圖像處及圖像識(shí)別的方法對(duì)PCB光板缺陷進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)計(jì)的PCB光板視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)基于PC架構(gòu)，主要由照明系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及圖像處理系統(tǒng)組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。系統(tǒng)原理如

4、下：由照明系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)獲取圖像，把采集到的PCB圖像信號(hào)傳送給PC機(jī)，在PC機(jī)上進(jìn)行圖像處理與識(shí)別，完成缺陷檢測(cè)任務(wù)，檢測(cè)結(jié)果在監(jiān)視器上顯示，并送給報(bào)警單元及執(zhí)行單元執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。深圳稻草人plc培訓(xùn)www.dcrauto.com3.照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)在視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中，獲取質(zhì)量好的圖像是系統(tǒng)成功的基礎(chǔ)，這里主要涉及到選取合適的光源，攝像機(jī)和圖像采集卡三個(gè)部分。首先討論照明系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)中照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下原則：(1)確定被測(cè)部分或特征，使被測(cè)部分或特征清楚的與周圍的背景區(qū)分開(kāi)來(lái)。例如，

5、使兩者的灰度值的差別盡可能的大，增強(qiáng)被測(cè)部分或特征的邊緣的對(duì)比度等。因?yàn)槿藗兛梢杂猛敢暋㈥幱?、視差和個(gè)體經(jīng)驗(yàn)等線索從圖像中得到不同信息，自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)必須使用預(yù)定義好的程序，例如濾波、圖像減運(yùn)算、邊緣增強(qiáng)等技術(shù)才能從圖像中找到所需的信息，所以如果可以把欲檢測(cè)的物體和背景清楚地分開(kāi)，那么就可以大大減少了圖像處理算法的復(fù)雜性，從而減少圖像的運(yùn)算時(shí)間，也減少了軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間和難度。(2)減少反射，這樣可以減少由于光照而給圖像帶來(lái)的額外噪聲，使客觀景物盡量以不失真的面貌成像，減少圖像處理算法的步驟。盡量屏蔽環(huán)境光線的影響。在實(shí)驗(yàn)室

6、中周圍環(huán)境光線是基本恒定的，而在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)則是一個(gè)時(shí)變的噪聲，例如在白天和晚上環(huán)境光線就會(huì)發(fā)生很大的變化。采用封閉的照明方式或增強(qiáng)光照強(qiáng)度就可以屏蔽周圍環(huán)境光線的影響。常見(jiàn)的照明方式有結(jié)構(gòu)光、逆光、環(huán)形光、暗場(chǎng)照明和散射等。根據(jù)不同表面特性物體的照明方式選擇如表2-1所示。表2-1根據(jù)表面特性選擇照明方式深圳稻草人plc培訓(xùn)www.dcrauto.com考慮到PCB光板圖像的基本組成是線和孔，以及表面的光譜反射等原因，根據(jù)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則以及本系統(tǒng)要求的線掃描CCD攝像機(jī)，本系統(tǒng)選用白色條形光源，采用正向照明的方式來(lái)獲取P

7、CB圖像，并且在調(diào)整光源位置和亮度時(shí)注意盡量不引起PCB板上線路和點(diǎn)的明顯反光，這樣就可以在物體的移動(dòng)過(guò)程中保證光比較均勻的照射在PCB板上，通過(guò)PCB板與CCD攝像機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲得均勻亮度且高精度的PCB圖像。4.PCB圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖像采集部分是由CCD攝像機(jī)、圖像采集卡組成。其主要功能是根據(jù)觸發(fā)信號(hào)或計(jì)算機(jī)的命令完成對(duì)圖像的采集，即CCD攝像頭將攝入的圖像模擬信號(hào)經(jīng)圖像采集卡數(shù)字化后送入計(jì)算機(jī)。它的采集過(guò)程如圖2-2所示。4.1CCD攝像機(jī)CCD(ChargeCoupledDevice)是美國(guó)人Boyle發(fā)明的一種

8、金屬-氧化物-半導(dǎo)體新型傳感器器件。CCD攝像機(jī)于1970年推出。CCD的突出優(yōu)點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào)，其基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。CCD傳感器采用敷設(shè)在薄硅片上組成矩形網(wǎng)格的電荷收集晶格，來(lái)記錄到達(dá)每個(gè)晶格的光能總量的某種度量。每個(gè)晶格是