齐鲁彩票

电子发烧友网 > 测量仪表 > 正文

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

2020年07月31日 10:31 次阅读
外观检查机是PCB产品生产线上的重要质检设备,它基于图像处理和视觉识别技术原理,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。中国是世界大国,但不是强国,PCB生产链中的重要环节——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,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Activel进行二次开发并用GDI+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。

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

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

齐鲁彩票 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。

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

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,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,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。

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

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。

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

系统中的图像采集卡采用的是Matrox公司的SoliosXCL-SU74,该卡自带处理器处理两个独立基模式或一个中模式Camera Link配置、66 MHz采集速率、64 MB缓冲器、可以采集面阵和线阵摄像头,并具有多种采集模式。

目前市面上的影像检测系统大多采用面扫描(Areascan)的摄影机进行影像的采集及分析,但是由于该PCB外观检查机检查的PCB产品尺寸范围较大——50 mmx50mm~330mmx250 mm,精度的要求达亚像素级,面扫描摄影机的分辨率及取像速度无法满足这些要求,所以系统选取的是线扫描CCD。但是线扫描的检测系统必须利用运动速度才能取得面积影相,即被测PCB运动到相机视场时同过硬件发送触发信号给相机开始采集,故将采集卡的采集模式设置为硬件触发同步采集,并分配最大内存64 M。CCD与采集卡连接示意图如图5所示。

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

3、 软件系统组成

该图像采集系统的软件采用的开发语言是C#,软件开发包是AeTIveMil9.0组件。

Matrox有着丰富的程序包-图像处理和模式识别库(MIL)和MIL的子库MIL-LITE(基本图像处理)。MIL是一个硬件独立的32位图像处理库,利用了Intel的MMX的多媒体图形加速功能对图像处理程序库进行了优化,可以处理二进制、灰度或彩色图像,它是独立于硬件平台的。并且对于快速Windows应用程序开发,MIL捆绑了AcTIveMIL。AeTIveMIL是一个管理图像采集,处理,分析,显示和存档的动态控件的集合。AeTI-veMIL完全集成到Microsoft Visual Basic、Visual C++和.net快速应用程序开发环境中。该图像采集系统选用的是AetiveMil控件库,本控件库可以实现所有MIL的所有功能,而且由于使用了ActiveX控件,所以很大程度上降低了程序设计的难度,缩短了软件开发周期,提高了应用系统的稳定性。[page]

3.1 基于AclivrMil的图像采集程序

对Matrox图像采集进行图像采集二次开发的通用软件结构如图6所示。

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

齐鲁彩票 图像采集程序的基本思路是:

1)打开通信通道,即确定一个应用对象(Application),并对每个应用对象创建一个或多个系统对象(System)。

2)初始化硬件资源,即为每个系统对象分配数据缓存(Data Buffer)、器(Digitizer)和数据显示(Display)对象。

3)启动采集过程,即将图像读入数据缓存,并将缓存赋值给数组,通过对数组的处理实现对图像的处理,图像数据与数据显示相关联后就可以通过显示控件或窗体显示预处理后的结果。

AetiveMIL可以让开发者快速简单地将一个图像应用程序和Windows用户界面结合起来。应用程序开发包含拖动和滚动工具放置以及加标点和单击配置,充分地减少代码量。在.net framework3.0卡发环境下,安装MIL开发包并正确配置后,Application、System、Image、ImageProcess、Display等组件将自动添加到工具栏。

开发者将所需用的控件拖拽到图像采集窗体上,一个Application,对应于单镜头手动外观机,一个System,单窗体显示——一个Disp-laly,为了提高CPU使用率应启用双缓存异步采集——两个ImageBuffer,及一个ImageProcess。

3.2 双缓存异步采集思想

Matrox MeteorII图像采集卡支持同步和异步两种采集方式。

同步采集方式适用于连续采集显示图像而不做运算处理的情况,这是因为同步采集方式下,在每次采集图像之前,CPU都向采集卡发送采集同步信号,然后等待采集结束,所以在采集过程中CPU由于得不到图像数据而只能处于等待状态。由于CCD仅采集一帧图像就需要40 ms左右,这与人的视觉滞留大致相当,所以在同步方式下无法保证采集和处理在40 ms内完成,也就无法达到实时处理的要求。

齐鲁彩票 异步采集方式下,采集工作和计算机对图像的处理工作可以同时进行,即当CPU处理当前帧的图像时,CCD摄像机可以进行下一帧的图像采集。因此,在程序编制时,需要一个缓存机制用来缓存当前已采集完成的图像和缓存CCD摄像机将要采集或正在采集的图像,从而实现图像采集与处理的并行工作。显然,利用这种双缓存采集方法既可以降低对硬件系统的要求,还可以大大提高系统的处理速度,满足实时处理的要求。

3.3 图像采集代码实现

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

3.4用GDI+实现图像拼接

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

4、 图像采集实例

图7是同步采集系统采集的PCB图像,图像宽为7 300,高为1 000,用时1.3 s,并且存在掉帧现象。图8是双缓存异步采集系统采集的PCB图像,用时1.0 s,采集的图像效果良好。

基于PCB外观检查机的图像采集系统的软硬件设计

结果表明,双缓存异步采集系统的图像采集速度显著提高,并且由于利用ActiveX组件缩短了开发周期,降低了开发的人力成本。且提高了图像采集的质量。采集一幅7300x10000的图像并实时拼接仅需1.3 s,不存在掉帧现象,无损拼接拼接。计算图像缓存区大小的公式为MemSize=ImageWidthxlmageHeightxFrames,实验还表明,采用同步采集方式采集7 300x1 000,每像素8 bits的1帧图像大致需要6Gb的缓存空间;采用异步双缓存采集方式采集相同分辨率的图像只需要不到32 mb的缓存就可以连续不问断地保存图像。由此可见,使用异步双缓存采集方式不仅可以节约系统资源,而且可以获得更高效更好的采集效果。

5、 结论

双缓存技术近年在图像显示领域得到广泛应用,该设计首次将双缓存技术与异步采集结合应用在PCB手动外观检查机的图像采集系统中。利用Matrox公司的SoliosXCL-SU74,使用异步双缓存采集方法可以实现PCB外观机的实时连续采集(本实验设为每秒采集10帧图像,每帧图像宽为7 300,高为1 000)的要求,并利用GDI+库实现图像实时无损拼接,该方案较传统的图像采集效率更高,对硬件的要求更低,更适合PCB外观机等大数据的图像采集系统。

责任编辑:gt

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播

电子发烧友观察

一线报道 · 深度观察 · 最新资讯
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

【第1期】多层高速pcb设计的基本套路以及接口设计

【白老师相关课程推荐】白纪龙-《实战多通道高速精密测温仪的全系列设计》点击链接即可了解课程:http://url.ele
发烧友学院发表于 2019-06-14 00:00 15489次阅读
【第1期】多层高速pcb设计的基本套路以及接口设计

PCB信号完整性的问题

下冲(Unders hoot)是指信号跳变的下一 个谷值(或峰值)。过大的过冲电压经常长期性地冲击会....
发表于 2020-08-04 16:38 40次阅读
PCB信号完整性的问题

齐鲁彩票从几方面对DDR5进行阐述

从DDR3-DDR5 地址、控制、命令数据、时钟、电源的管脚总体摆放位置只作了小调整,而这个小调整按....
发表于 2020-08-04 16:24 22次阅读
从几方面对DDR5进行阐述

印刷电路板焊接工艺规范细则说明

下面小编给大家分享一下印刷电路板焊接工艺守则: PCB板(电路板)元器件、电线焊接时,焊锡丝的选型;....
发表于 2020-08-04 16:20 40次阅读
印刷电路板焊接工艺规范细则说明

讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别

一般来说,这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的能力。如果在模拟电路中不使用旁路电容的话,就可....
发表于 2020-08-04 16:19 20次阅读
讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别

布局技巧和布线规则三个方面,聊聊EMC的PCB设...

对于电源,好的分层策略应该是电源层与接地层相邻,且电源层与接地层的距离尽可能小,这就是我们所讲的“分....
发表于 2020-08-04 16:13 35次阅读
布局技巧和布线规则三个方面,聊聊EMC的PCB设...

PCB上晶振布局很难?快速教你掌握!

该产品只有一块PCB,其上有一个12MHZ的晶体。其中超标频点恰好都是12MHZ的倍频,而分析该机器....
发表于 2020-08-04 11:21 110次阅读
PCB上晶振布局很难?快速教你掌握!

PCBA加工需要获得哪些认证,需要的认证有哪些

生活中最常见的资质认证就是ISO9001了,为什么大家经常会在广告上听到本产品已经通过了ISO900....
发表于 2020-08-04 11:07 16次阅读
PCBA加工需要获得哪些认证,需要的认证有哪些

什么是光学级薄膜瑕疵检测系统,它的工作原理分析

众所周知,光学级薄膜瑕疵检测系统应用范围非常的广,它的主要优势在于精度高和可靠性高,因此才会广泛得到....
发表于 2020-08-04 10:52 13次阅读
什么是光学级薄膜瑕疵检测系统,它的工作原理分析

新基建引力 PCB或迎来快速增长

中国大陆已经成为全球产值最大、增长最快的PCB制造基地。2019年中国PCB产值约为337.44亿美....
发表于 2020-08-04 10:39 373次阅读
新基建引力 PCB或迎来快速增长

高速差分过孔产生的串扰情况仿真分析

对于板厚较厚的PCB来说,板厚有可能达到2.4mm或者3mm。以3mm的单板为例,此时一个通孔在PCB上Z方向的长度可以达...
发表于 2020-08-04 10:16 101次阅读
高速差分过孔产生的串扰情况仿真分析

齐鲁彩票华科尔无人机方案能够同时适用高空和低空的光谱分析...

多光谱图像传感器通过电磁光谱捕获特定频率的图像数据,可以提取人眼未能捕获的其它附加信息。利用农用无人....
发表于 2020-08-04 09:43 25次阅读
华科尔无人机方案能够同时适用高空和低空的光谱分析...

家电市场增长乏力 殃及池鱼PCB产业相关厂商

伴随5G、AI等技术加速落地,智能家电市场爆发指日可待,此时家电用PCB厂商可早作准备;
发表于 2020-08-03 18:20 487次阅读
家电市场增长乏力 殃及池鱼PCB产业相关厂商

采用EPM7064S芯片和TMS320F2812...

CCD驱动板完成CCD信号的驱动,产生CCD像元同步、帧同步信号和经过运放处理的视频信号,DSP电路....
发表于 2020-08-03 17:12 34次阅读
采用EPM7064S芯片和TMS320F2812...

PCB过孔的分类以及设计技巧

过孔(via)是多层PCB的重要组成部分之一,钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。简单的说来,PCB上的每一...
发表于 2020-08-03 16:21 239次阅读
PCB过孔的分类以及设计技巧

韩国Samyoung PM2.5 PM1.0传感...

5、遥感法检测法它主要用于综合发射接收机分析仪、红外线和红外检测摄像机、综合红外仪器分析仪的合成方法....
发表于 2020-08-03 15:24 90次阅读
韩国Samyoung PM2.5 PM1.0传感...

简单介绍塑料薄膜瑕疵检测系统的检测方法及特点

塑料薄膜瑕疵检测系统主要用于各类薄膜产品的检测工作,可针对生产过程中的薄膜表面出现的断经、断纬、破洞....
发表于 2020-08-03 10:47 29次阅读
简单介绍塑料薄膜瑕疵检测系统的检测方法及特点

基于应用于摄像机结露检测中的温湿度传感器

针对摄像机结露问题,引进了一款可以应用于摄像机结露检测中的温湿度传感器,那就是结露传感器 - SY-....
发表于 2020-08-03 09:57 11次阅读
基于应用于摄像机结露检测中的温湿度传感器

PCB布局心得,助你进阶成为画板达人!

单片机的模拟参考输入端AREF要接电解电容滤波,而且要接模拟地,模拟地(AGND)与一般地(GND)....
发表于 2020-08-03 09:12 145次阅读
PCB布局心得,助你进阶成为画板达人!

如何判断PCBA上的主控IC是否有问题

 首先主控IC有些可能是那种小型单片机贴片芯片,这种芯片好焊也比较便宜。但是有些是那种BGA贴片形式....
发表于 2020-08-02 09:40 117次阅读
如何判断PCBA上的主控IC是否有问题

分享高速电路PCB回流路径相关解析

回流的基本概念   数字电路的原理图中,数字信号的传播是从一个逻辑门向另一个逻辑门,信号通过导线从输出端送到接...
发表于 2020-08-01 17:30 505次阅读
分享高速电路PCB回流路径相关解析

浅谈PCB中设计的时钟电路

在一个电路系统中, 时钟是必不可少的一部分。如人的心脏的作用,如果电路系统的时钟出错了,系统就会发生....
发表于 2020-08-01 11:41 293次阅读
浅谈PCB中设计的时钟电路

如何判断LED显示单元板的品质

什么是LED显示单元板品质的判断方法?你知道那些?LED显示单元板品质如何可从以下几个方面鉴定:
发表于 2020-08-01 10:43 62次阅读
如何判断LED显示单元板的品质

大功率LED封装到底是什么?有什么特点?

什么是大功率LED封装?他有什么特点?大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面,如图1所....
发表于 2020-08-01 10:43 167次阅读
大功率LED封装到底是什么?有什么特点?

齐鲁彩票佳能医疗希望通过快速检测系统的落地应用

目前,新型冠状病毒肺炎引起的疫情已经成为全球性威胁,作为一项重大公共卫生问题需要采取应急措施。但在日....
发表于 2020-08-01 10:38 192次阅读
佳能医疗希望通过快速检测系统的落地应用

视觉检测广泛应用于各大行业

机器视觉检测对于消除瑕疵,模糊,碎屑或凹陷等产品缺陷,以确保产品的功能和性能至关重要。因此已经被广泛....
发表于 2020-08-01 09:25 67次阅读
视觉检测广泛应用于各大行业

解析视觉引导机器人的工作原理

这样,视觉定位系统将基于区域的匹配和形状特征识别结合,进行数据识别和计算,能够快速准确地识别出物体特....
发表于 2020-08-01 09:00 168次阅读
解析视觉引导机器人的工作原理

电源PCB设计指南:整体布局及走线原则

一、整体布局1、散热片分布均匀,风路通风良好。 图一:散热片挡风路,不利于散热;图二:通风良好,利于散热2、电容、...
发表于 2020-08-01 07:54 60次阅读
电源PCB设计指南:整体布局及走线原则

电源PCB设计指南:安规距离要求部分

包括电气间隙(空间距离),爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离。1、电气间隙:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面...
发表于 2020-08-01 07:36 101次阅读
电源PCB设计指南:安规距离要求部分

华岸科技成功研制出高性价比紫外激光器

“眼下紫外激光技术方兴未艾。随着市场的需求不断扩大,紫外激光器的应用还会越来越广泛。”侯杰进而直指,....
发表于 2020-07-31 16:26 134次阅读
华岸科技成功研制出高性价比紫外激光器

关于DAC53401中的集成基准和缓冲器介绍

如图1所示,TI最新的单通道ADC(ADS7042)占用空间为2.25mm2,几乎是十年前同类ADC....
发表于 2020-07-31 16:08 95次阅读
关于DAC53401中的集成基准和缓冲器介绍

直接存储器访问用于在外设与存储器之间提供高速数据...

当前许多精密模数转换器(ADC)具有串行外设接口(SPI)或某种串行接口,用以与包括微控制器单元(M....
发表于 2020-07-31 15:58 163次阅读
直接存储器访问用于在外设与存储器之间提供高速数据...

兴森科技境外订单状态趋稳 偿债能力较好

在PCB样板及多品种小批量板领域建立起强大的快速制造平台;提供先进IC封装基板产品的快速打样、量产制....
发表于 2020-07-31 11:59 557次阅读
兴森科技境外订单状态趋稳 偿债能力较好

电梯视频监控系统的干扰产生的原理和解决方案

电梯作为高楼载客/货的主要工具,在未来的使用将会越来越广泛,它是最普通的公共场所,所以在电梯中安装监....
发表于 2020-07-31 10:23 73次阅读
电梯视频监控系统的干扰产生的原理和解决方案

大尺寸LCD光学量测系统的设计解决方案与应用研究

有鉴于平面显示器的设计越来越迈向超大面板方向前进,光学量测设备的量测范围尺寸必定也需要朝向超大面板设....
发表于 2020-07-31 10:10 121次阅读
大尺寸LCD光学量测系统的设计解决方案与应用研究

cadence PCB文件怎么查找一个焊盘的坐标,或者导出焊盘的列表

cadence PCB文件怎么查找一个焊盘的坐标,或者导出焊盘的列表? ...
发表于 2020-07-31 09:55 268次阅读
cadence PCB文件怎么查找一个焊盘的坐标,或者导出焊盘的列表

如何提高摄像机标定算法的鲁棒性和视觉问题的解决方...

摄像机通过成像透镜将三维场景投影到摄像机二维像平面上,这个投影可用成像变换(即摄像机成像模型)来描述....
发表于 2020-07-31 09:49 57次阅读
如何提高摄像机标定算法的鲁棒性和视觉问题的解决方...

PCB布局布线技巧100条

现在,虽然有很多软件可以实现PCB自动布局布线。但是随着信号频率不断提升,很多时候,工程师需要了解有关PCB布...
发表于 2020-07-30 17:06 175次阅读
PCB布局布线技巧100条

产品设计:PCB之间的互连是产品EMC的最薄弱环...

EMI问题常常因为高速、高边沿信号的互连而变得更为复杂,因此互连的过程通常伴随着串扰和地参考电平的分....
发表于 2020-07-30 16:12 136次阅读
产品设计:PCB之间的互连是产品EMC的最薄弱环...

分析PCBA加工中PCB板扭曲的原因以及解决办法

PCB板扭曲是PCBA批量生产中可能会出现的问题,它会对贴片以及测试带来相当大的影响,因此在生产中应....
发表于 2020-07-30 14:57 210次阅读
分析PCBA加工中PCB板扭曲的原因以及解决办法

齐鲁彩票基于LabVIEW图形化编程平台实现三轴影像测量...

仪表盘的外形尺寸为220mm×82mm,要求测量精度不低于0.13mm。综合检测精度、检测速度和成本....
发表于 2020-07-29 16:33 49次阅读
基于LabVIEW图形化编程平台实现三轴影像测量...

玻璃基板:LED显示的下一个焦点

LED显示行业最热门的概念莫过于mini-led与Micro LED。尤其是7月份利亚德P0.4 M....
发表于 2020-07-29 11:50 236次阅读
玻璃基板:LED显示的下一个焦点

求助!怎么改cadence的快捷键

求助大神有没有知道如何改cadence快捷键的,之前用的其他软件,有些快捷键不一样,用起来很不顺手,请问有修改的办法吗...
发表于 2020-07-28 08:48 124次阅读
求助!怎么改cadence的快捷键

如何设计一个带XC7K410T的PCB?

我将设计一个带XC7K410T的PCB。 我查看了这个论坛的所有26页。 关于电源排序,http://forums.xilinx.com/t5...
发表于 2020-07-24 13:45 0次阅读
如何设计一个带XC7K410T的PCB?

齐鲁彩票设计反激变换器 PCB 设计指导

1. PCB layout—大电流环路 大电流环路包围的面积应极可能小,走线要宽。 2. PCB layout—高频(di/dt、dv/...
发表于 2020-07-23 07:16 534次阅读
设计反激变换器 PCB 设计指导
360彩票 疯狂斗牛 华阳彩票 新浪彩票 全中彩票