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Blogue PCB
Conception d'un système de détection automatique des PCB basé sur le traitement d'images
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Conception d'un système de détection automatique des PCB basé sur le traitement d'images

Conception d'un système de détection automatique des PCB basé sur le traitement d'images

2022-02-23
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Author:pcb

Haute précision, large-scale, fast and real-time automatic optical detection system for PCB board defects is studied, La structure matérielle et le système logiciel sont conçus respectivement.. The system is mainly composed of two-dimensional motion platform, Module de commande du moteur, image acquisition module, Module de traitement d'image et module d'analyse des résultats. The improved stepper motor drive mode - subdivision drive and improved image recognition algorithm ensure the accuracy of the system, La conception de la détection automatique à un bouton améliore la vitesse de détection. The experimental results show that the system can quickly and accurately detect the defects on the PCB board, A une certaine valeur pratique et de développement. The part of electronic products, the printed circuit boards, is an information carrier that integrates various electronic components. Il a été largement utilisé dans divers domaines et fait partie intégrante des produits électroniques.. The quality of the PCB board has become the determining factor for the long-term, Fonctionnement normal et fiable des produits électroniques. With the development of science and technology, Tendances du développement à haute densité, La grande complexité et la haute performance des produits à base de BPC continuent de poser des défis à l'inspection de la qualité des BPC.. En raison de contraintes d'accès, etc., high cost, Faible efficacité, traditional PCB defect detection methods have gradually failed to meet the needs of modern detection. Alors..., it is of great academic and economic value to study and implement an automatic detection system for PCB defects. Technologie de détection des défauts des PCB au pays et à l'étranger, AOI (Automatic Optic Inspection) technology has received more and more attention, La méthode de détection basée sur le traitement d'image est également devenue le courant dominant de la détection automatique optique. In this paper, Vaste champ de vision, high precision, Un système de détection automatique rapide et en temps réel des défauts des PCB est étudié à l'aide de la technologie de traitement d'images., and the hardware structure and software algorithm flow are designed. Amélioration du mode de conduite du moteur et conception d'un logiciel de détection automatique à un bouton, La vitesse de détection du système est grandement améliorée, and the improvement of the defect identification algorithm of the result analysis module improves the accuracy of the detection results.

PCB board

(1). System structure
The PCB board defect automatic detection system is mainly composed of a motion control module, Module d'acquisition d'images, an image processing module, Et module d'analyse des résultats. The working process of the system is as follows: the upper computer controls the movement of the stepper motor, Mouvement de la plate - forme bidimensionnelle entraînée par le moteur stepper, transmits the CCD camera to the top of the PCB to be detected, Et recueillir des images de grandes scènes sur PCB, Les images acquises sont envoyées à la carte d'acquisition d'images. To the host computer, Le logiciel PC assemble et prétraite les images acquises, accurately locates and calibrates the processed images, Correspondance des modèles et reconnaissance des images par segmentation des images, Traitement morphologique des images, etc., Et obtenir le résultat de la détection des défauts. . La conception du système comprend la conception matérielle et logicielle.. Le logiciel et le matériel du système travaillent ensemble pour former un tout.

2. System hardware design
The hardware design of the PCB board defect automatic detection system mainly includes a two-dimensional motion platform, Panneau de commande du mouvement du moteur, a motor drive board, Caméra CCD, an image capture card, Et un ordinateur..

2.1 CCD camera and frame grabber
The main characteristic parameters of CCD camera include camera format, photosensitive surface size, Taille des pixels, resolution, Vitesse de l'obturateur électronique, synchronization system method, Éclairage, sensitivity, SNR, etc. Le format de la caméra et la détection en ligne déterminent la fréquence d'échantillonnage de la carte d'acquisition d'images.. The balance of the photosensitive surface size, Taille des pixels, resolution, Le grossissement du système de lentilles d'imagerie dépend de la plage de mesure et de la précision de mesure.. Taking into account the above factors and system requirements, Grappin de cadre, also known as video capture cards, Est une carte vidéo. La fonction principale de la carte d'acquisition de cadre est de convertir le signal vidéo analogique continu de la caméra en quantité numérique discrète.. Le principe de base est le suivant: le module de sélection d'entrée traite les signaux de sortie vidéo de différents formats de sortie de la caméra pour former des signaux vidéo qui peuvent être reconnus par la carte d'acquisition d'images.. Après conversion du signal vidéo analogique, it is stored in the frame buffer memory on the card, La transmission d'images spécifiques est contrôlée par le processeur informatique via le Bus informatique, Et finalement stocké dans la mémoire ou le disque dur de l'ordinateur pour le traitement d'image. The model of the image acquisition card used in this design is: NV7004-N, Il convertit le signal analogique de la caméra CCD en signal numérique et le transmet à l'hôte pour affichage en temps réel., Et peut compléter la fonction d'acquisition d'images.

2.2 Motor Motion Controller and Precision 2D Motion Platform
The motion controller of the PCB board defect automatic detection system is a self-designed MCU control board, La puce est un micro - ordinateur à puce unique at89s52 produit par Atmel, and the control board communicates with the host computer through the RS-232 serial communication interface. Envoyer des commandes au tableau de commande via l'interface homme - machine de l'opérateur, and the control board outputs control signals and square wave signals of various frequencies to the stepper motor driver board to control the speed, Direction et distance de déplacement du moteur stepper. The two-dimensional motion platform is constructed by two precision motion guide rails produced by Japan SUS Corp. Les guides de mouvement sont du type à vis à bille, Très précis, avec peu d'erreurs. The stepper motor is connected with the moving guide rail to drive the movement of the guide rail. Le moteur stepper est un moteur stepper hybride à quatre fils en deux phases produit par Tamagawa, Japan. Le moteur stepper fonctionne de façon stable et a un faible bruit.

2.3 Motor drive
In fact, the driving of the stepping motor is to control the current of the excitation windings of each phase of the stepping motor, Pour changer la direction de synthèse du champ magnétique interne du moteur stepper, so that the stepping motor rotates. Le couple de rotation du moteur stepper est déterminé par la taille du vecteur de champ synthétique généré par le courant de chaque enroulement d'excitation de phase., L'angle de pas est déterminé par l'angle entre deux vecteurs de champ magnétique synthétiques adjacents. Two important concepts of stepper motors are introduced here: pitch angle θz and step angle θn. L'angle de tangage du moteur stepper est l'angle entre deux champs magnétiques stables adjacents pendant le fonctionnement du moteur stepper.. L'angle de pas est le déplacement angulaire du rotor du moteur à pas tournant en fonction du signal d'impulsion.. The step angle is not only related to the number of teeth of the motor, Et le nombre de battements du moteur. The pitch angle θz and the step angle θn of the stepping motor can be expressed as: The subdivision of the stepping motor is based on the ideal symmetry of each phase winding of the stepping motor and the strict positive rotation of the pitch angle characteristics. La taille et le rapport du courant dans l'enroulement réduisent l'angle de pas d'une fraction à plusieurs centaines, Cela améliore la résolution du moteur stepper. Taking a two-phase stepping motor as an example, Si le nombre de dents du moteur est de 50 et que le nombre de battements de fonctionnement est en mode simple à quatre battements, L'angle de pas est ^ = 360 degrés (50*4)=1.8 degrees (commonly known as full step), eight When shooting, the step angle is θ=360 degrees/(50*8)=0.9 degrees (commonly known as half-step 0. Compared with the four-beat mode, L’angle de pas est deux fois plus élevé qu’auparavant, realizing the step angle The second subdivision. Avec un certain nombre de battements, Plus de dents, the smaller the step angle, Mais en raison des limites du processus de fabrication, the number of teeth cannot be made a lot, Donc l'angle de pas du moteur à pas ne peut pas être grand. Small. L'angle de pas peut également être modifié en changeant le nombre de battements du moteur de pas. The number of beats refers to the number of pulses or conduction state required to complete a periodic change of the magnetic field, Ou le nombre d'impulsions nécessaires pour que le moteur tourne à travers l'angle de tangage. When the number of phases of the motor is determined, Le nombre de battements est également déterminé. By increasing the number of teeth and phases of the stepping motor to reduce the step angle, La réduction de l'angle de pas est très limitée, and it is difficult to meet the requirements of production. La méthode de rotation uniforme à amplitude constante du vecteur de courant est couramment utilisée pour la subdivision du moteur.. The current vector constant amplitude uniform rotation method can make the step angle after subdivision uniform and the output torque constant. La m éthode spécifique consiste à faire passer l'enroulement de phase m à travers la différence de phase. Si le courant sinusoïdal est de 2Ï/m and the amplitude is equal, Le vecteur de combinaison de courant ou de champ magnétique tourne dans l'espace, L'amplitude du vecteur combiné restera inchangée. Par exemple:, for the four-phase hybrid stepping motor The phase windings are respectively supplied with sine wave currents with a phase difference of π/2 et amplitude égale. In order to obtain a circular synthetic magnetic field as much as possible and make the step angle change evenly, La forme d'onde sinusoïdale à pas est préférable pour les signaux de référence de courant de chaque enroulement de phase.. Taking 8 subdivisions of a four-phase stepping motor as an example, Insérer 7 états intermédiaires stables par phase. After subdivision, Le courant de chaque phase augmente ou diminue par paliers de 1/4. L'angle sera complété en 8 étapes, and 8 subdivisions of the step angle can be realized. Plus de subdivisions, Moins le courant change, which greatly reduces the vibration and noise of the motor. Lorsque le courant est subdivisé par une onde sinusoïdale pas à pas, The more steps (that is, the more subdivisions), the closer the waveform is to a sine wave, Plus le courant de pas est faible, and the smaller the step angle. Cela réduit considérablement le taux de perte de pas pendant le fonctionnement du moteur stepper. Réduit le bruit et les vibrations pendant le fonctionnement du moteur stepper, and also makes the stepping motor run more stably, and it is easier to control the PCB board.