机器视觉pcb 光板视觉检测技术研究----第二讲

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1、....页眉机器视觉PCB光板视觉检测技术研究——第二讲总体设计1.问题的提出随着科学技术的不断发展，电子产品趋于更轻、更薄、更短、更小，也使得PCB制造技术朝更高密度发展，从而使得PCB的尺寸增大、层数增多；同时，电路板本身也变得越来越小、越来越复杂。由于这些原因，生产及更换它们的成本也越来越高。所以，需要相应的质量控制手段，使每一层上的线路都能够在上一层铺设之前被检查，排除或修复大部分缺陷。PCB光板缺陷产生的原因是多方面的，生产过程中的每个工序都可能产生缺陷。PCB光板缺陷首先产生在胶片的质量上。在胶片制作过程中，如果显影液配制不当、曝光时间过长或温度过高，则

2、胶片的反差不好；当显影液中杂质过多或温度过低时会产生沙眼，从而使胶片出现斑点；显影时间过长或反射光角度不对则会引起线条有灰雾。在布线时更会产生多种缺陷。曝光时间长短、光源强弱，显影液配制的浓度等，对线条的粗细及精度会产生直接的影响。曝光过量会造成显影困难，甚至无法对细线显影；反之，线条边缘将会不平滑，产生缺损、毛刺。总而言之，PCB光板上容易产生的几种最影响PCB功能的缺陷是短路、断路、缺损、毛刺。除此之外，线路间的保留间隙、导线宽度和其它类似的实际限制，都会影响电路速度、信号强弱、耗电大小与噪声敏感程度等电气传输性能，所以导线或间隙过窄也都被认为是缺陷。本课题不考

3、虑导线宽度及线路间隔缺陷之类的测量型缺陷，针对PCB光板生产过程中可能出现的短路、断路、缺损、毛刺几种主要几何型缺陷进行分析和识别，以便及时将其送去返修。2.检测系统工作原理本文所描述的PCB光板视觉检测系统，将运用图像处及图像识别的方法对PCB光板缺陷进行检测。设计的PCB光板视觉检测系统基于PC架构，主要由照明系统、图像采集系统、运动控制系统以及图像处理系统组成。系统总体结构如图2-1所示。系统原理如下：由照明系统、图像采集系统和运动控制系统获取图像，把采集到的PCB图像信号传送给PC机，在PC机上进行图像处理与识别，完成缺陷检测任务，检测结果在监视器上显示，并

4、送给报警单元及执行单元执行相应动作。....页脚.....页眉3.照明系统设计在视觉检测系统中，获取质量好的图像是系统成功的基础，这里主要涉及到选取合适的光源，摄像机和图像采集卡三个部分。首先讨论照明系统。一般来说，自动视觉检测系统中照明系统的设计应该遵循以下原则：(1)确定被测部分或特征，使被测部分或特征清楚的与周围的背景区分开来。例如，使两者的灰度值的差别尽可能的大，增强被测部分或特征的边缘的对比度等。因为人们可以用透视、阴影、视差和个体经验等线索从图像中得到不同信息，自动视觉检测系统必须使用预定义好的程序，例如滤波、图像减运算、边缘增强等技术才能从图像中找到所

5、需的信息，所以如果可以把欲检测的物体和背景清楚地分开，那么就可以大大减少了图像处理算法的复杂性，从而减少图像的运算时间，也减少了软件开发的时间和难度。(2)减少反射，这样可以减少由于光照而给图像带来的额外噪声，使客观景物尽量以不失真的面貌成像，减少图像处理算法的步骤。尽量屏蔽环境光线的影响。在实验室中周围环境光线是基本恒定的，而在工业现场则是一个时变的噪声，例如在白天和晚上环境光线就会发生很大的变化。采用封闭的照明方式或增强光照强度就可以屏蔽周围环境光线的影响。常见的照明方式有结构光、逆光、环形光、暗场照明和散射等。根据不同表面特性物体的照明方式选择如表2-1所示。

6、表2-1根据表面特性选择照明方式....页脚.....页眉考虑到PCB光板图像的基本组成是线和孔，以及表面的光谱反射等原因，根据照明系统设计基本原则以及本系统要求的线扫描CCD摄像机，本系统选用白色条形光源，采用正向照明的方式来获取PCB图像，并且在调整光源位置和亮度时注意尽量不引起PCB板上线路和点的明显反光，这样就可以在物体的移动过程中保证光比较均匀的照射在PCB板上，通过PCB板与CCD摄像机的相对运动，获得均匀亮度且高精度的PCB图像。4.PCB图像采集系统设计图像采集部分是由CCD摄像机、图像采集卡组成。其主要功能是根据触发信号或计算机的命令完成对图像的采

7、集，即CCD摄像头将摄入的图像模拟信号经图像采集卡数字化后送入计算机。它的采集过程如图2-2所示。4.1CCD摄像机CCD(ChargeCoupledDevice)是美国人Boyle发明的一种金属-氧化物-半导体新型传感器器件。CCD摄像机于1970年推出。CCD的突出优点是以电荷作为信号，而不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是电荷的存储和电荷的转移。CCD传感器采用敷设在薄硅片上组成矩形网格的电荷收集晶格，来记录到达每个晶格的光能总量的某种度量。每个晶格是通过在硅片上生长一层二氧化硅，然后在二氧化硅上渗入导电门结构的方式组成的。当光子击中硅