CN106501708A - 在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法 - Google Patents

Abstract

在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法，使用在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统获取链条检测区上PCB板的图像，用LabVIEW软件完成上位机的软件设计，实时采集的图像通过与配置文件存储的合格图像数据进行分析、对比来判断当前的被检测PCB板中存在漏插、插偏的位置，通过光电形式发出警报。

Description

在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法

技术领域

本发明涉及波峰焊设备的炉前检查领域，利用图像采集及处理来分析在进入波峰焊设备前的线路板上直插器件是否存在欠品，涉及一种工业用的机器视觉拍照设备及方法。

背景技术

随着电子元器件的日益微型化以及PCB板的高度集成化，人工目测的传统方法已经完全不能够满足对现代产品质量近乎苛刻的高合格率要求。人工离线检测是分期分批进行的，为期一天或几天不等，主要由产品的批量大小来决定。由于离线检测方法具有“事后”效应，所以不能实现在生产过程中的实时检测与报警，使得产品缺陷未能得到及时的发现和纠正，造成生产资料的浪费。不仅如此，离线检测方法对人的依赖程度较大，检测准确度与检测人员的工作习惯、经验和疲劳程度等因素有关，误检和漏检的情况时有发生，产品的可靠性不高。生理学和心理学研究还发现一个事实：尽管目视检查人员仅仅重复进行着某种特殊的和单一的检验活动，其最大效率也不会超过85％。心理疲劳和视觉疲劳是引起这个事实的主要原因，因为人在长时间单一的工作环境中难以保证高度集中的注意力，而电子产品尺寸小而密度大、长时间高强度的检测任务以及不同环境下的光线与颜色的差别都是引起心理疲劳和视觉疲劳的不可忽略的因素。这就意味着除了经过了有效检测85％的产品之外，还有15％的产品的检测并不一定准确无误，有可能仍然存在着产品缺陷。因此，必须用一种有效的检测手段来代替传统的人工检测方法，才能达到现代生产过程中既保证质量又提高效率的目的。

近年来光学测试法越来越受到重视。自动光学检查系统(Automatic OpticalInspection System，简称AOpeitao)的核心是一套CCD摄像系统、交流伺服控制工作台及图像处理系统。在进行检测时，首先将需要检测的印刷电路板置于AOI系统的工作台上，经过定位，调出需要检测产品的检测程序，工作台将线路板送到镜头下面，镜头捕捉到线路板的图像后，处理器将会在工作台移至下一个位置时对捕捉到的图像分析处理，通过对图像进行连续处理，获得较高的检测速度。而为了实现检测，必须配套在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统，为检测做好基础准备。

发明内容

为了解决电路板上器件漏插、插偏在线检测的拍照问题，本发明提出如下技术方案：

一种在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法，使用在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统获取链条检测区上PCB板的图像，用LabVIEW软件完成上位机的软件设计，实时采集的图像通过与配置文件存储的合格图像数据进行分析、对比来判断当前的被检测PCB板中存在漏插、插偏的位置，通过光电形式发出警报；令光线均匀分布在PCB板的表面，通过下位机控制电路对PCB载入状态检测，并实时监听上位机命令状态来控制链条的运转和产生声光报警信号；选取两条条形光源以将高亮光投射在被检测的PCB板上，得到无影且均匀的打光效果，光源投射的光强强度大于设备所在场合的照明产生的光强强度；检测对象PCB板的尺寸为200mmX200mm以上的直插件，支持器件最小本体尺寸3mmX1mm，相邻器件间距小于1mm，检测在PCB板运动过程中完成，波峰焊典型的输送速度是100cm/min，所选取的工业相机有外部触发拍照的功能，并拥有15帧/秒以上的帧速；所述在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统，其特征在于，安装在波峰焊炉前，该系统包括链条、光电检测模块、链条运转控制模块、微处理器、可调节光源和摄像机、工业PC；所述微控制器分别连接声光报警模块、链条运转控制模块、光电检测模块、可调节光源和工业PC，所述工业PC还连接工业相机；所述用于检测PCB板进入检测区的光电检测模块，其位于链条的检测区上方，光电检测模块检测到有PCB板进入检测区则向微控制器发出控制信号，并由微控制器将控制信号传输至工业PC，工业PC依据控制信号控制工业相机对检测区内的PCB板拍照，所述工业相机和可调节光源位于链条的检测区的上方，所述链条运转控制模块接收工业PC向微处理器发出的运转控制信号以控制链条运转。

进一步的，所述在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统，还包括用于在链条运转异常时报警的声光报警模块。

进一步的，所述可调节光源为条形光源。

有益效果：本发明提供的在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统，实现了对PCB板检测区的拍照，从而，为漏插、插偏的检测提供了基础图像数据。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构示意框图。

具体实施方式

在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统，安装在波峰焊炉前，该系统包括链条、光电检测模块、链条运转控制模块、微处理器、可调节光源和摄像机、工业PC；所述微控制器分别连接声光报警模块、链条运转控制模块、光电检测模块、可调节光源和工业PC，所述工业PC还连接工业相机；所述用于检测PCB板进入检测区的光电检测模块，其位于链条的检测区上方，光电检测模块检测到有PCB板进入检测区则向微控制器发出控制信号，并由微控制器将控制信号传输至工业PC，工业PC依据控制信号控制工业相机对检测区内的PCB板拍照，所述工业相机和可调节光源位于链条的检测区的上方，所述链条运转控制模块接收工业PC向微处理器发出的运转控制信号以控制链条运转。所述的在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统，还包括用于在链条运转异常时报警的声光报警模块，所述可调节光源为条形光源。

在该实施例中，由于波峰焊设备是电路板焊接的重要设备之一，其完成了在电路板上对直插元器件的焊接。电路板贴装加工厂中常见的插件过程均为人工操作或人工机器混合插件，然后人工检查后再进入波峰焊设备进行焊接处理，所以此过程中常会存在人为疏忽而产生的直插件漏查、插偏的现象，即使炉后安有检测人员检查，依然增加了不良品流出的风险且降低了生产效率。目前市场上与其配套使用的视觉检测设备大多数为炉后检测，即电路板通过焊接加工之后对其进行质量检测，检测的内容包括焊接质量、是否虚焊漏焊等。

使用上述系统实现一种在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法，使用在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统获取链条检测区上PCB板的图像，用LabVIEW软件完成上位机的软件设计，实时采集的图像通过与配置文件存储的合格图像数据进行分析、对比来判断当前的被检测PCB板中存在漏插、插偏的位置，通过光电形式发出警报；令光线均匀分布在PCB板的表面，通过下位机控制电路对PCB载入状态检测，并实时监听上位机命令状态来控制链条的运转和产生声光报警信号；选取两条条形光源以将高亮光投射在被检测的PCB板上，得到无影且均匀的打光效果，光源投射的光强强度大于设备所在场合的照明产生的光强强度；检测对象PCB板的尺寸为200mmX200mm以上的直插件，支持器件最小本体尺寸3mmX1mm，相邻器件间距小于1mm，检测在PCB板运动过程中完成，波峰焊典型的输送速度是100cm/min，所选取的工业相机有外部触发拍照的功能，并拥有15帧/秒以上的帧速。

由此，上述系统和方法，具有在线检测进入波峰焊炉前的电路板上是否存在器件漏插、插偏的功能。

(1)理论意义：基于机器学习策略的数字图像特征分类与识别算法，充分利用数字图像的颜色、形状以及统计信息，检测准确度更高，可以检测灰度算法无法检测的彩色标识的器件。

(2)应用价值：电路板贴装加工厂中常见的波峰焊线体中较少存在炉前检测设备，一般都在炉后安排有检查工人进行人工检测，若检测出漏焊，虚焊，连焊等缺陷时则人工进行处理，其中对漏焊器件的处理最为费时费力。同时炉前炉后均为人工操作，所以增加了不良品的流出，影响公司声誉同时降低了生产效率。课题中研发的基于机器学习策略的数字图像特征分类与识别装置专门用在炉前，如果炉前检测出线路板上存在漏插或插偏的情况，则控制系统会令运输链条停止并发出声光报警已提示炉前插件人员进行对应的修整。以防患于未然的方式提升了生产过程的可靠性和高效率。

(3)社会价值：由于进口设备价格昂贵，给国内印制电路板及贴片代工厂家带来了巨大的经济压力，而且这些设备往往不适合国内操作人员的习惯，在使用过程中不能充分利用其功能，造成了资源的极大浪费。本课题提出的设备具有较高的性价比，在操作方面也极其符合国内工厂人员的操作习惯，所以预计其能够为国内电路板行业的现代化生产相关的厂家带来有力的推动作用。

实施例2：一种在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法，利用工业相机、镜头及光源完成优质图像的采集，利用LabVIEW软件完成上位机的软件设计，实时采集的图像通过与配置文件存储的合格图像数据进行分析、对比来判断当前的被检测电路板中存在缺陷的位置，通过光电形式发出警报。本发明通过光源的充分选型和实验，令光线均匀分布在电路板的表面，可以通过此获取质量优良的图片；通过选取高分辨率和帧速的工业相机和大视野镜头来尽量满足各种尺寸的PCB的检测；通过下位机控制电路完成检测PCB载入状态、实时监听上位机命令状态来准确控制输送链条的运转和产生声光报警信号；基于LabVIEW平台，利用其底层函数库搭建出核心算法，可以编写结构清晰、执行效率高的程序，同时人机界面能满足易操作性。

根据被检测物的情况光源有条形光源、环形光源、同轴光源和背光源等多种。条形光源性价比较高，适用在金属、玻璃等光滑表面的检测，表面裂缝检查。本课题中待检测的PCB多为较大的方形结构，所以选取两条长度合适的条形光源以一定的角度和高度将高亮光投射在被检测的PCB上能够得到无影且均匀的打光效果，光源投射的光强须明显大于设备所在场合的照明产生的光强强度。此时相机拍摄的照片才能保证有效、可靠。

本发明所涉及的设备检测对象为PCB尺寸为200mmX200mm上的直插件，支持器件最小本体尺寸3mmX1mm，相邻器件间距可以小于1mm以内，所以所选相机的分辨率须能够有效分辨出相邻器件的各自特征。由于设备是在线式设备，即检测是在PCB运动过程中完成的，波峰焊典型的输送速度是100cm/min，所以所选取的相机的需要有外部触发拍照的功能，同时拥有15帧/秒以上的帧速。

下位机电路起着承上启下的作用，在完成检测PCB载入状态的同时能够完成高效的反馈控制和可靠的实时通信。

上位机软件主要有4个界面组成，每个界面中实现各自的功能。“实时检测”界面可以观察当前测量结果和已经流动在波峰焊中的所有板子合格情况的指示，可以显示生产产品的总数及欠品所占比率等数据。通过“建立模板”的人机界面实现建立图像识别模板的过程，要求此过程所需的步骤简单、可操作性强。通过“历史数据”可以查询当时的出现漏插情况时的所属线体、操作时间及漏插数量等数据，同时存有相应的压缩图片备份。

本发明不局限于上述实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法，其特征在于：使用在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统获取链条检测区上PCB板的图像，用LabVIEW软件完成上位机的软件设计，实时采集的图像通过与配置文件存储的合格图像数据进行分析、对比来判断当前的被检测PCB板中存在漏插、插偏的位置，通过光电形式发出警报；令光线均匀分布在PCB板的表面，通过下位机控制电路对PCB载入状态检测，并实时监听上位机命令状态来控制链条的运转和产生声光报警信号；选取两条条形光源以将高亮光投射在被检测的PCB板上，得到无影且均匀的打光效果，光源投射的光强强度大于设备所在场合的照明产生的光强强度；检测对象PCB板的尺寸为200mmX200mm以上的直插件，支持器件最小本体尺寸3mmX1mm，相邻器件间距小于1mm，检测在PCB板运动过程中完成，波峰焊典型的输送速度是100cm/min，所选取的工业相机有外部触发拍照的功能，并拥有15帧/秒以上的帧速；所述在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统，其特征在于，安装在波峰焊炉前，该系统包括链条、光电检测模块、链条运转控制模块、微处理器、可调节光源和摄像机、工业PC；所述微控制器分别连接声光报警模块、链条运转控制模块、光电检测模块、可调节光源和工业PC，所述工业PC还连接工业相机；所述用于检测PCB板进入检测区的光电检测模块，其位于链条的检测区上方，光电检测模块检测到有PCB板进入检测区则向微控制器发出控制信号，并由微控制器将控制信号传输至工业PC，工业PC依据控制信号控制工业相机对检测区内的PCB板拍照，所述工业相机和可调节光源位于链条的检测区的上方，所述链条运转控制模块接收工业PC向微处理器发出的运转控制信号以控制链条运转。

2.如权利要求1所述的在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法，其特征在于，所述在线检测电路板上器件漏插、插偏的拍照系统，还包括用于在链条运转异常时报警的声光报警模块。

3.如权利要求1所述的在线检测电路板上器件漏插、插偏的方法，其特征在于，所述可调节光源为条形光源。