CN110216080A - 一种基于图像对比的pcb加工产线的质量监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，机架上设有检测室与分拣装置，传送带穿过检测室下部的矩形通孔，分拣装置紧靠检测室下部的传送带出口设置；检测室内设有图像采集模块、光源模块、位置传感器；还设有控制器，图像采集模块、光源模块、位置传感器、分拣装置分别与控制器信号连接；图像采集模块采集待测PCB的图像；光源模块为待测PCB提供光源；位置传感器检测待测PCB的位置；分拣装置将检测出有缺陷的PCB分拣出；控制器接收图像采集模块的图像信号、并通过与标准PCB的图像比对后，控制分拣装置动作。本系统尤其适用于流水线作业，在监测时不需要停线，利用图像对比技术，将有缺陷的PCB拣出，准确、高效地完成PCB品质检查。
Description
技术领域
本发明涉及图像识别检测领域，具体涉及一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统。
背景技术
PCB制作过程中可能出现缺件、错检、偏移等不良品。产品检测是PCB制作流程中的重要工序之一，能有效地保证PCB出厂质量。为了准确地检测PCB元器件安装错误以及焊线漏焊、毛刺、短路等缺陷，传统的人工目视抽检等方式已经不再适用于批量化大规模生产方式。
为此，有必要提出一种适用于流水线作业的高效率的PCB电路板的检测方式，通过机器视觉有效地提升检测效率和准确性，将有缺陷的PCB拣出，避免PCB不良品影响后续工序产品品质。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，该质量监控系统尤其适用于流水线作业，在检查PCB焊接品质的同时不需要停线，依靠图像对比技术，准确、高效地完成PCB品质检查。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，包括机架以及安装在所述机架上的传送带，所述传送带由安装在所述机架上的伺服电机驱动，所述机架上设有检测室与分拣装置，所述检测室下方设有横向贯穿的矩形通孔，所述传送带穿过所述检测室的矩形通孔，所述分拣装置紧靠所述检测室的矩形通孔设置；所述检测室内设有图像采集模块、光源模块、位置传感器，所述图像采集模块设于所述检测室顶部，所述光源模块设于所述检测室上部、且环绕所述图像采集模块设置，所述位置传感器设于所述检测室下部、且靠近所述分拣装置设置；还包括控制器，所述伺服电机、所述图像采集模块、所述光源模块、所述位置传感器、所述分拣装置分别与所述控制器信号连接；
所述图像采集模块用于采集所述待测PCB的图像；
所述光源模块用于为所述待测PCB提供光源；
所述位置传感器用于检测所述待测PCB的位置；
所述分拣装置接收所述控制器的信号，将检测出有缺陷的PCB分拣出；
所述控制器接收所述图像采集模块的图像信号、并通过与标准PCB的图像比对后，控制所述分拣装置动作。
优选地，所述控制器内设有图像处理模块、判断模块、运动控制模块，所述图像处理模块用于将所述待测PCB的图像依次进行滤波、灰度化、二值化，然后采用差影法与标准PCB的二值图相减；所述判断模块用于将差影法计算后的结果进行判断、分类，当判断所述待测PCB有缺陷时，输出控制信号到所述运动控制模块；所述运动控制模块输出控制信号到所述分拣装置，所述分拣装置动作，将有缺陷的PCB拣出。
优选地，所述图像采集模块为工业相机，所述工业相机下方安装有C口镜头，所述光源模块的位置高于所述工业相机镜头下边沿。
优选地，所述传送带上设有定位治具，所述定位治具上印刷有定位框，所述待测PCB置于所述定位框内。
优选地，所述分拣装置紧靠所述检测室的矩形通孔处设置；所述分拣装置包括推板、电动缸，所述电动缸水平安装在所述机架上、且与所述传送带垂直设置，所述推板与所述传送带平行设置、且所述推板的下边沿位于所述传送带上方，所述推板与所述电动缸的活动部分固定连接，所述电动缸与所述控制器信号连接。
本发明的有益效果是：本发明的质量监控系统尤其适用于流水线作业，在检查PCB焊接品质的同时不需要停线，利用图像对比技术，将待测PCB与标准PCB进行比对、判断，通过分拣装置将有缺陷的PCB拣出，防止有缺陷的PCB流入下一工序，准确、高效地完成PCB品质检查。
附图说明
图1为本发明组成结构示意图；
图2为本发明控制关系图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、机架，2、传送带，21、定位治具，22、待测PCB,23、伺服电机，24、传送带电源开关，3、检测室，31、图像采集模块，32、光源模块，33、位置传感器，4、分拣装置，41、电动缸，411、伸缩杆，42、推板，43、滚筒，44、收集箱，5、控制器，51、图像处理模块，52、判断模块，53、运动控制模块，6、上位机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1～2所示的一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，包括机架1以及安装在所述机架上1的传送带2，所述传送带2由安装在所述机架1上的伺服电机23驱动，所述机架1上设置有带有电源指示灯的传送带电源开关24，用于控制伺服电机23的启动与停止。所述机架1上设有检测室3与分拣装置4，所述检测室3下方设有横向贯穿的矩形通孔，所述传送带2穿过所述检测室3的矩形通孔，所述分拣装置4紧靠所述检测室3的矩形通孔设置；所述检测室3内设有图像采集模块31、光源模块32、位置传感器33，所述图像采集模块31设于所述检测室3顶部，所述光源模块32设于所述检测室3上部、且环绕所述图像采集模块31设置，所述位置传感器33设于所述检测室3下部、且靠近所述分拣装置4设置；还包括控制器5，所述伺服电机23、所述图像采集模块31、所述光源模块32、所述位置传感器33、所述分拣装置4分别与所述控制器5信号连接；
所述图像采集模块31用于采集所述待测PCB22的图像；图像采集模块31对待测PCB22进行拍照，并将采集到的图像信息传送至控制器进行处理。
所述光源模块32用于为所述待测PCB22提供光源；光源模块32环绕图像采集模块31设置，使待测PCB22的光照均匀、无阴影部分，使图像采集模块31获取的图像更清晰、准确。所述光源模块32采用LED灯带实现。
所述位置传感器33用于检测所述待测PCB22的位置；当检测到待测PCB22就位时，发送信号至控制器5，控制器5控制图像采集模块31进行一次图像采集。
所述分拣装置4接收所述控制器5的信号，将检测出有缺陷的PCB分拣出来；
所述控制器5接收所述图像采集模块31的图像信号、并通过处理后与标准PCB的图像比对，将比对结果进行判断，根据判断结果控制所述分拣装置4是否动作。当判断结果为待测PCB有缺陷时，输出分拣装置4动作信号，分拣装置4将有缺陷的PCB拣出。
本实施例中，所述控制器5内设有图像处理模块51、判断模块52、运动控制模块53，所述图像处理模块51用于将所述待测PCB22的图像进行滤波、灰度化、二值化，然后采用差影法与标准PCB的二值图相减；所述判断模块52用于将差影法计算后的结果进行判断、分类，当判断所述待测PCB22有缺陷时，输出控制信号到所述运动控制模块53；所述运动控制模块53输出控制信号到所述分拣装置4，所述分拣装置4动作，将有缺陷的PCB拣出。
本实施例中，所述图像采集模块31为工业相机，所述工业相机下方安装有C口镜头，所述光源模块32的位置高于所述工业相机镜头下边沿，防止光源模块32的光对工业相机镜头造成干扰，例如曝光过度，影响图像品质。
本实施例中，所述传送带2上设有定位治具21，所述定位治具21上印刷有定位框，所述待测PCB22置于所述定位框内，所述定位框尺寸与所述待测PCB22相配合，所述定位框上还标注有对应所述待测PCB22的方向。定位治具21的设置，使所述待测PCB22的位置与方向得以固定，使在图像处理时不需要对图片进行旋转，简化了图像处理的流程。
本实施例中，所述分拣装置4紧靠所述检测室3的矩形通孔处设置；所述分拣装置4包括推板42、电动缸41，所述电动缸41水平安装在所述机架1上、且与所述传送带2垂直设置，所述推板42与所述传送带2平行设置、且所述推板42的下边沿位于所述传送带2上方，所述推板42与所述电动缸41的活动部分固定连接，即所述推板42与所述电动缸41的伸缩杆411末端固定连接，所述电动缸41与所述控制器5内的运动控制模块53信号连接。分拣装置4还包括倾斜向下设置的滚筒线43，所述滚筒线43紧靠且垂直所述检测室3的矩形出口设置，所述滚筒线43上边沿沿所述传送带2边沿设置，当所述电动缸伸缩杆411带动所述推板42伸出时，所述推板42将有缺陷的PCB推出到所述滚筒线43上，有缺陷的PCB沿所述滚筒线43的斜面滑落，并进入所述滚筒线43下方的收集箱44。
本实施例还包括上位机6，上位机6提供人机交互页面，操作人员可在上位机对控制器5各项参数进行调节。
工作原理：
开启传送带电源开关24，伺服电机23驱动传送带2进行传动，上一工序将PCB焊接完成后，操作员将待测PCB22准确放置于定位治具21上印刷的定位框中，并确保待测PCB22的放置方向与定位框标识的方向一致；待测PCB22在传送带2的传动作用下，通过检测室3侧面的矩形通孔进入检测室3的检测区域(即图像采集模块31的视野)，当待测PCB22完全进入检测区域后，位置传感器33感应到待测PCB22并立即发送信号到控制器5，控制器5发送进行图像采集的信号到图像采集模块31，图像采集模块31对待测PCB22进行一次拍照、并将采集到的图像信息传送到控制器5中的图像处理模块51进行处理。
图像处理模块51对采集的待测PCB的图像进行预处理，用灰度拉伸法法进行图像增强；采用图像去噪算法进行图像平滑滤波；采用自适应阈值法对图像进行二值化，采用差影法对待测PCB的二值图与标准PCB的二值图进行相减，得到待测PCB的缺陷部分，若是待测PCB无缺陷，则差影法计算结果为0。图像处理具体过程如下：
将大部分像素的灰度值位于灰度范围[0,L]内的图像中的各像素灰度值通过某种线性表达拉伸到另外一种灰度范围内从而增强对比度，
其中，x为像素点的原灰度值，g(x)为根据映射关系拉伸后得到的像素点的灰度值，L＝256，x1和x2以及y1和y2的值为预先设定的且均在区间(0,L)内。这种分段式灰度拉伸方法使得目标和背景之间的灰度值差异变大从而增强了图像的对比度，改善图像的质量。
图像去噪算法通过自适应中值滤波器实现。读取滤波器的灰度中值Gmed，最小灰度值Gmax，最大灰度值Gmin，并判断当前像素的灰度值Gxy是否在Gmax和Gmin之间，若不在两者之间则认为当前像素存在噪声，并利用灰度中值Gmed替换，如不是则不作改变。这样一来，就可有效去除散粒噪声，平滑高斯噪声，减少边缘失真，尽可能的保护图像的细节信息，避免边缘结构模糊，从而满足滤波需求。
采用自适应阈值法对预处理图像进行图像分割得到待测PCB二值化图像，以提取PCB板的整体特征信息。自适应阈值法考虑到PCB图像的整体分布存在不均匀性，将图像分成相对均匀亮度的多个部分，并对不同部分设置不同的阈值，阈值设定的具体步骤为：(1)首先求出整个图像的平均灰度值；(2)将图像分成多个图像块；(3)求出子窗口的最大灰度值与最小灰度值以及中间灰度值；(4)求对当前子窗口的最大灰度差。
判断模块52将标准PCB的二值化图像和待测PCB的二值化图像进行异或运算，从而准确得到缺陷所在位置以及缺陷形状的大小。
因为待测PCB22在传送至检测区域时，其位置与方向已经在定位治具21上进行了限定；采集并预存标准PCB的图像时，是通过相同的定位治具21对标准PCB进行位置限定，所以基本上能影响检测结果的位移误差可以忽略，所以图像处理模块51无需对图像进行复杂的定位运算，可直接进行图像处理。
当判断模块52通过计算判断出待测PCB无缺陷时，判断模块52不输出动作信号，PCB继续沿着传送带输送到下一工序；当判断模块52通过计算判断出待测PCB有缺陷时，判断模块52向运动控制模块53输出控制信号，运动控制模块53控制电动缸41进行伸缩，伸缩杆411带动推板42进行垂直于传送带2的直线运动，将PCB推出传送带2，滑落到滚筒线43上，沿滚筒线43滑落到下方的收集箱44中。通过这样的方式，将有缺陷的PCB分拣出，防止不良品流到下一工序，引起品质异常。
本发明的质量监控系统尤其适用于流水线作业，在检查PCB焊接品质的同时不需要停线，利用图像对比技术，将待测PCB与标准PCB进行比对、判断，通过分拣装置将有缺陷的PCB拣出，准确、高效地完成PCB品质检查。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，包括机架(1)以及安装在所述机架上(1)的传送带(2)，所述传送带(2)由安装在所述机架(1)上的伺服电机(23)驱动，其特征在于，所述机架(1)上设有检测室(3)与分拣装置(4)，所述检测室(3)下方设有横向贯穿的矩形通孔，所述传送带(2)穿过所述检测室(3)的矩形通孔，所述分拣装置(4)紧靠所述检测室(3)的矩形通孔设置；所述检测室(3)内设有图像采集模块(31)、光源模块(32)、位置传感器(33)，所述图像采集模块(31)设于所述检测室(3)顶部，所述光源模块(32)设于所述检测室(3)上部、且环绕所述图像采集模块(31)设置，所述位置传感器(33)设于所述检测室(3)下部、且靠近所述分拣装置(4)设置；还包括控制器(5)，所述伺服电机(23)、所述图像采集模块(31)、所述光源模块(32)、所述位置传感器(33)、所述分拣装置(4)分别与所述控制器(5)信号连接；
所述图像采集模块(31)用于采集所述待测PCB(22)的图像；
所述光源模块(32)用于为所述待测PCB(22)提供光源；
所述位置传感器(33)用于检测所述待测PCB(22)的位置；
所述分拣装置(4)接收所述控制器(5)的信号，将检测出有缺陷的PCB分拣出；
所述控制器(5)接收所述图像采集模块(31)的图像信号、并通过与标准PCB的图像比对后，控制所述分拣装置(4)动作。
2.根据权利要求1所述一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，其特征在于，所述控制器(5)内设有图像处理模块(51)、判断模块(52)、运动控制模块(53)，所述图像处理模块(51)用于将所述待测PCB(22)的图像依次进行滤波、灰度化、二值化，然后采用差影法与标准PCB的二值图相减；所述判断模块(52)用于将差影法计算后的结果进行判断、分类，当判断所述待测PCB(22)有缺陷时，输出控制信号到所述运动控制模块(53)；所述运动控制模块(53)输出控制信号到所述分拣装置(4)，所述分拣装置(4)动作，将有缺陷的PCB拣出。
3.根据权利要求1所述一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，其特征在于，所述图像采集模块(31)为工业相机，所述工业相机下方安装有C口镜头，所述光源模块(32)的位置高于所述工业相机镜头下边沿。
4.根据权利要求1所述一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，其特征在于，所述传送带(2)上设有定位治具(21)，所述定位治具(21)上印刷有定位框，所述待测PCB(22)置于所述定位框内。
5.根据权利要求1所述一种基于图像对比的PCB加工产线的质量监控系统，其特征在于，所述分拣装置(4)紧靠所述检测室(3)的矩形通孔处设置；所述分拣装置(4)包括推板(42)、电动缸(41)，所述电动缸(41)水平安装在所述机架(1)上、且与所述传送带(2)垂直设置，所述推板(42)与所述传送带(2)平行设置、且所述推板(42)的下边沿位于所述传送带(2)上方，所述推板(42)与所述电动缸(41)的活动部分固定连接，所述电动缸(41)与所述控制器(5)信号连接。
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