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PCB光电检孔机关键技术研究及其系统实现

黄永林  
【摘要】:随着科学技术的发展,印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)的市场需求得到了飞速提高。PCB的加工质量在不断升级,其在线检测的精度和速度要求也不断提高。提高产品的出厂合格率,成为增强企业市场竞争力的重要手段。目前,我国在PCB检测的高端产品非常少,而国外产品价格昂贵,一定程度上制约了我国PCB产业质量的提高。 PCB光电检孔机是一种高度智能化的PCB钻孔自动检测设备。该设备提供了两种标准信息制作方法;可以对PCB钻孔的多种缺陷进行自动报错;检测精度很高,且处理速度非常快,能够保证对每一块出厂的PCB钻孔进行全面检测。 本文基于模块化、低成本、高性能的原则,开展了PCB光电检孔机系统的方案设计和具体实现。整套系统的论述主要分为系统结构设计、图像的高速采集和软件设计三个部分。 系统结构主要包括线阵接触式图像传感器(Contact Image Sensor,CIS)的高度调节系统,以保证对不同厚度的印制电路板能够成像清晰;解决了传送带的运行速度和图像采集必须保持同步的问题,能够满足不同传送速度下,采集到稳定的图像。 高精度的检测要求,使得采集的图像数据非常大。采用CameraLink高速视频图像传输模式,实现超大图像数据的快速传输。针对超长线阵CIS不同段的视频信号存在差异,利用A/D9822芯片的64级增益设置,采用闭环调节方法,能够自动设置各段视频信号的增益参数;上述方法提高了采集图像的质量,方便后续图像二值化处理。 本文提出了两种制作标准板信息的方法。一种是采用钻孔文件和扫描结合的制作方法;另一种是采用扫描合格PCB板的制作方法,本文提出的算法能够对合格板中极少漏检的缺陷圆孔进行参数修正。 超大图像数据的实时处理要求是对算法的最大挑战。本文提出了待测板和标准板的粗配准,精配准的算法,保证了图像配准的精度。经过大量的图像算法优化,提高了检测速度。本文提出了基于边缘方向角的自适应尺度的角点检测方法。利用PCB的4个轮廓角点关系,压缩参量空间,大大减少了Hough变换的直线拟合计算量。对快速Hough变换圆检测计算量进行了分析,提出了多尺度快速检测的方法。通过Hough变换圆检测和最小二乘圆检测相结合,提高了圆检测的抗噪声能力,保证了圆检测的精度。本文提出的算法不仅对圆孔,而且对异型孔也能检测。 上述算法和理论研究均成功地应用于PCB光电检孔机,该机器达到了第三代PCB孔径检测的技术指标,目前已经推向了市场。


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