Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
PCB-Blog
Entwurf des automatischen Erkennungssystems der Leiterplatte basierend auf der Bildverarbeitung
PCB-Blog
Entwurf des automatischen Erkennungssystems der Leiterplatte basierend auf der Bildverarbeitung

Entwurf des automatischen Erkennungssystems der Leiterplatte basierend auf der Bildverarbeitung

2022-02-23
View:91
Author:pcb

Eine hohe Präzision, Großmaßstab, Schnelles und automatisches optisches Erkennungssystem in Echtzeit für Leiterplatte Defekte werden untersucht, und die Hardwarestruktur und das Softwaresystem werden jeweils entworfen. Das System besteht hauptsächlich aus zweidimensionaler Bewegungsplattform, Motorsteuerungsmodul, Bilderfassungsmodul, Bildverarbeitungsmodul und Ergebnisanalysemodul. Der verbesserte Schrittmotorantrieb und der verbesserte Bilderkennungsalgorithmus gewährleisten die Genauigkeit des Systems, und das Design der automatischen Ein-Knopf-Erkennung verbessert die Erkennungsgeschwindigkeit. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass das System die Defekte an der Leiterplatte, und hat einen gewissen praktischen und entwicklungspolitischen Wert. Der Teil der elektronischen Produkte, die Leiterplatten, ist ein Informationsträger, der verschiedene elektronische Komponenten integriert. Es wurde in verschiedenen Bereichen weit verbreitet und ist ein unverzichtbarer Bestandteil elektronischer Produkte. Die Qualität der Leiterplatte ist der entscheidende Faktor für die langfristige, normale und zuverlässige Arbeit elektronischer Produkte. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie, der Entwicklungstrend der hohen Dichte, hohe Komplexität und hohe Leistung von Leiterplatte Produkte stellen weiterhin die Qualitätskontrolle von Leiterplattes. Aufgrund von Faktoren wie eingeschränktem Zugang, hohe Kosten, und geringer Wirkungsgrad, Traditionelle PCB-Fehlererkennungsmethoden haben schrittweise versagt, die Anforderungen der modernen Erkennung zu erfüllen. Daher, Es ist von großem akademischen und wirtschaftlichen Wert, ein automatisches Erkennungssystem für Leiterplattenfehler zu studieren und zu implementieren. Unter den Leiterplatte Technologien zur Fehlererkennung im In- und Ausland erforscht, AOI (Automatic Optic Inspection) technology has received more and more attention, und die Erkennungsmethode, die auf der Bildverarbeitung basiert, ist auch zum Mainstream der automatischen optischen Inspektion geworden. In diesem Papier, ein großes Sichtfeld, hohe Präzision, Schnelles automatisches Echtzeit-Erkennungssystem für Leiterplatte Defekte werden durch Bildverarbeitungstechnologie untersucht, und die Hardwarestruktur und der Softwarealgorithmusfluss werden entworfen. Durch den verbesserten Motorantriebsmodus und das Design der automatischen Ein-Knopf-Erkennungssoftware, die Erkennungsgeschwindigkeit des Systems wird stark verbessert, und die Verbesserung des Fehleridentifikationsalgorithmus des Ergebnisanalysemoduls verbessert die Genauigkeit der Erkennungsergebnisse.

Leiterplatte

1. System structure
The Leiterplatte Defektautomatisches Erkennungssystem besteht hauptsächlich aus einem Bewegungssteuerungsmodul, ein Bildaufnahmemodul, ein Bildverarbeitungsmodul, und ein Ergebnisanalysemodul. Der Arbeitsprozess des Systems ist wie folgt: Der obere Computer steuert die Bewegung des Schrittmotors, Der Schrittmotor treibt die Bewegung der zweidimensionalen Plattform an, überträgt die CCD-Kamera an die Oberseite der zu detektierenden Leiterplatte, und sammelt Bilder von großen Szenen auf der Leiterplatte, und die gesammelten Bilder werden an die Bilderfassungskarte gesendet. Zum Hostcomputer, Die Host-Computer-Software führt Stitching und Bildvorverarbeitung auf den gesammelten Bildern durch, lokalisiert und kalibriert die verarbeiteten Bilder genau, führt Template Matching und Bilderkennung durch Bildsegmentierung durch, morphologische Bildverarbeitung, etc., und erhält Ergebnisse zur Fehlererkennung. . Systemdesign umfasst Hardware-Design und Software-Design. Systemsoftware und Hardware arbeiten in Abstimmung miteinander zu einem Ganzen.

2. System hardware design
The hardware design of the Leiterplatte Das automatische Erkennungssystem des Defekts umfasst hauptsächlich eine zweidimensionale Bewegungsplattform, ein Motor Motion Control Board, eine Motorantriebsplatte, eine CCD-Kamera, eine Bilderfassungskarte, und PC.

2.1 CCD camera and frame grabber
The main characteristic parameters of CCD camera include camera format, lichtempfindliche Oberflächengröße, Pixelgröße, Auflösung, elektronische Verschlusszeit, Synchronisationssystem-Methode, Beleuchtungsstärke, Empfindlichkeit, Signal-Rausch-Verhältnis, etc. Das Kameraformat und die Online-Erkennung bestimmen die Abtastfrequenz der Bildaufnahmekarte. Das Gleichgewicht der lichtempfindlichen Oberflächengröße, Pixelgröße, Auflösung, Die Vergrößerung des Bildlinsensystems hängt vom Messbereich und der Messgenauigkeit ab. Unter Berücksichtigung der oben genannten Faktoren und Systemanforderungen, Framegrabber, auch bekannt als Video Capture Cards, sind eine Art von Grafikkarte. Die Hauptfunktion der Frame-Erfassungskarte besteht darin, das kontinuierliche analoge Videosignal der Kamera in diskrete digitale Größen umzuwandeln. Sein Grundprinzip: Die Videoausgangssignale verschiedener Formate, die von der Kamera ausgegeben werden, werden durch das Eingangsauswahlmodul zu einem Videosignal verarbeitet, das von der Bilderfassungskarte erkannt werden kann. Nach der Konvertierung des analogen Videosignals, Es wird im Frame Buffer Speicher auf der Karte gespeichert, und die spezifische Bildübertragung wird von der Computer-CPU durch den Computerbus gesteuert, und schließlich im Arbeitsspeicher oder auf der Festplatte des Computers zur Bildverarbeitung gespeichert. Das Modell der Bildaufnahmekarte, die in diesem Design verwendet wird, ist: NV7004-N, Die CCD-Kamera wandelt das analoge Signal in ein digitales Signal um und überträgt es an den Hostcomputer zur Echtzeitanzeige, und kann die Bilderfassungsfunktion vervollständigen.

2.2 Motor Motion Controller and Precision 2D Motion Platform
The motion controller of the Leiterplatte Defekt automatisches Erkennungssystem ist eine selbst entworfene MCU-Steuerplatine, Der Chip ist der Einzelchip AT89S52 produziert von ATMEL Company, und die Steuerplatine kommuniziert mit dem Hostcomputer über die serielle Kommunikationsschnittstelle RS-232. Senden von Befehlen an die Steuerplatine durch Bedienen der Mensch-Maschine-Schnittstelle, und die Steuerplatine gibt Steuersignale und Quadratwellensignale verschiedener Frequenzen an die Schrittmotortreiberplatine aus, um die Geschwindigkeit zu steuern, Richtung und Bewegungsabstand des Schrittmotors. Die zweidimensionale Bewegungsplattform wird durch zwei Präzisions-Bewegungsführungsschienen konstruiert, die von Japan SUS Corp. hergestellt werden.. Die Bewegungsführungsschiene ist ein Kugelgewindetyp, das sehr präzise ist und einen kleinen Fehler aufweist. Der Schrittmotor ist mit der beweglichen Führungsschiene verbunden, um die Bewegung der Führungsschiene anzutreiben. Der Schrittmotor ist ein zweiphasiger Vierdraht-Hybrid-Schrittmotor von TAMAGAWA, Japan. Diese Art von Schrittmotor läuft stabil und hat niedrige Geräusche.

2.3 Motor drive
In fact, Der Antrieb des Schrittmotors besteht darin, den Strom der Anregungswicklungen jeder Phase des Schrittmotors zu steuern, so dass sich die Syntheserichtung des inneren Magnetfeldes des Schrittmotors ändert, so dass der Schrittmotor rotiert. Die Größe des synthetischen Magnetfeldvektors, der durch den Strom jeder Phasenanregungswicklung erzeugt wird, bestimmt das Drehmoment des Schrittmotors, Der eingeschlossene Winkel zwischen zwei benachbarten synthetischen Magnetfeldvektoren bestimmt den Schrittwinkel. Zwei wichtige Konzepte von Schrittmotoren werden hier vorgestellt: Pitchwinkel θz und Schrittwinkel θn. Der Neigungswinkel des Schrittmotors bezieht sich auf den Winkel zwischen zwei benachbarten stabilen Magnetfeldern, wenn der Schrittmotor läuft. Der Schrittwinkel bezieht sich auf die Winkelverschiebung, die der Rotor des Schrittmotors entsprechend einem Impulssignal dreht. Der Schrittwinkel hängt nicht nur von der Anzahl der Zähne des Motors ab, aber auch auf die Anzahl der Schläge des Motors. Der Neigungswinkel θz und der Schrittwinkel θn des Schrittmotors können ausgedrückt werden wie: Die Unterteilung des Schrittmotors basiert auf der idealen Symmetrie jeder Phasenwicklung des Schrittmotors und der strengen positiven Rotation der Neigungswinkeleigenschaften. Die Größe und das Verhältnis des Stroms in den Wicklungen reduzieren den Schrittwinkel auf einen Bruchteil auf ein paar Hundertstel des ursprünglichen, dadurch die Auflösung des Schrittmotors verbessert. Am Beispiel eines zweiphasigen Schrittmotors, wenn die Anzahl der Zähne des Motors 50 und die Anzahl der laufenden Schläge Single-Four-Beat Modus ist, der Schrittwinkel ist θ=360 Grad (50*4)=1.8 degrees (commonly known as full step), acht Beim Drehen, the step angle is θ=360 degrees/(50*8)=0.9 degrees (commonly known as half-step 0. Im Vergleich zum Vier-Takt-Modus, der Schrittwinkel θn wird verdoppelt, Realisierung des Schrittwinkels Die zweite Unterteilung. Unter der Bedingung einer bestimmten Anzahl von Schlägen, je mehr die Anzahl der Zähne, je kleiner der Schrittwinkel, aber aufgrund der Beschränkung des Herstellungsprozesses, die Anzahl der Zähne kann nicht viel gemacht werden, So kann der Schrittwinkel des Schrittmotors nicht sehr groß sein. Klein. Der Schrittwinkel kann auch durch Ändern der Anzahl der Schläge des Schrittmotors geändert werden. Die Anzahl der Schläge bezieht sich auf die Anzahl der Impulse oder den Leitungszustand, der erforderlich ist, um eine periodische Änderung des Magnetfeldes abzuschließen, oder die Anzahl der Impulse, die für die Drehung des Motors durch einen Neigungswinkel erforderlich sind. Wenn die Anzahl der Phasen des Motors bestimmt wird, die Anzahl der Schläge wird auch bestimmt. Durch Erhöhung der Anzahl der Zähne und Phasen des Schrittmotors, um den Schrittwinkel zu reduzieren, der Grad der Schrittwinkelreduktion ist sehr begrenzt, und es ist schwierig, die Anforderungen der Produktion zu erfüllen. Die allgemein verwendete Methode für Motorunterteilung ist die gleichförmige Rotationsmethode des Stromvektors mit konstanter Amplitude. Das gleichförmige Rotationsverfahren der Stromvektorkonstanten Amplitude kann den Schrittwinkel nach Unterteilung einheitlich und das Ausgangsdrehmoment konstant machen. Die spezifische Methode besteht darin, die m-Phase Wicklungen durch die Phasendifferenz bzw. den Phasendifferenz durchlaufen zu lassen.. Ist der sinusförmige Strom 2π/m und die Amplitude ist gleich, Der aktuelle kombinierte Vektor oder Magnetfeldvektor dreht sich im Raum, und die Amplitude des kombinierten Vektors bleibt unverändert. Zum Beispiel, Die Phasenwicklungen werden jeweils mit Sinuswellenströmen mit einer Phasendifferenz von πversorgt./2 und gleiche Amplitude. Um möglichst ein kreisförmiges synthetisches Magnetfeld zu erhalten und den Schrittwinkel gleichmäßig zu verändern, Es ist ideal, eine gestufte Sinuswellenform für das aktuelle Referenzsignal jeder Phasenwicklung zu verwenden. Am Beispiel von 8-Teilungen eines vierphasigen Schrittmotors, 7 stabile Zwischenzustände werden in jede Phase eingefügt. Nach Unterteilung, Der Strom jeder Phase steigt oder fällt in Schritten von 1/4. Der Winkel wird durch acht Schritte vervollständigt, und 8 Unterteilungen des Schrittwinkels können realisiert werden. Die mehr Unterteilungen, je kleiner die aktuelle Änderung, das die Vibrationen und Geräusche des Motors stark reduziert. Wenn die gestufte Sinuswelle verwendet wird, um den Strom zu unterteilen, The more steps (that is, the more subdivisions), je näher die Wellenform einer Sinuswelle ist, je kleiner der Schrittstrom ist, und je kleiner der Schrittwinkel. Dies reduziert die Schrittverlustgeschwindigkeit erheblich, wenn der Schrittmotor läuft. Es reduziert das Geräusch und die Vibration des Schrittmotors, wenn es läuft, und macht auch den Schrittmotor stabiler laufen, und es ist einfacher, die Leiterplatte.