CN110646441A - 基于fpga的pcb板缺陷检测系统及方法 - Google Patents

基于fpga的pcb板缺陷检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的PCB板缺陷检测系统及方法，包括：传输定位装置、采集模块、信息反馈模块、处理模块、缓存模块、缺陷检测模块及控制模块；所述传输定位装置将待检测的PCB板放置到相应的检测区域，所述PCB板到达所述检测区域后触发所述采集模块采集所述PCB板的图像信息，所述信息反馈模块将所述图像信息反馈到处理模块，所述处理模块将所述图像信息进行处理后由所述缓存模块进行缓存，所述缺陷检测模块将所述图像信息与预设的PCB模板进行对比并将有缺陷的部分标记出来，所述控制模块控制所述传输定位装置进行PCB板的分拣工作。本发明有检测效率高及检测准确率高的优点。

Description

基于FPGA的PCB板缺陷检测系统及方法
技术领域
本发明涉及PCB检测技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的PCB板缺陷检测系统及方法。
背景技术
在图像处理技术尚未广泛应用于PCB产品缺陷检测之前，由人工进行PCB缺陷检测是主要检测手段。人工检测成本低，操作简单，但是程序繁琐。随着各类电子产品的功能不断增强，PCB电路板的走线和打孔也越来越复杂。人工检测耗时更多且会导致企业人力资源及人工成本的增加。现有技术中以机器视觉技术为核心，由图像采集卡采集图像传送到PC端，PC端再利用利用软件对采集到的的图像进行图像处理，最后通过相应的图像检测算法实现对有缺陷的PCB产品的检测。这样的做法虽然实现了自动缺陷检测，但是系统需要配上PC及图像采集卡，成本高昂及速度较慢，PCB板缺陷检测的准确率也得不到保障。因而发明一种成本低廉且能够实现高速、准确的在线PCB缺陷检测系统是该领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了基于FPGA的PCB板缺陷检测系统及方法，用以解决现有技术中冗余供电系统可靠性低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，包括：
传输定位装置、采集模块、信息反馈模块、处理模块、缓存模块、缺陷检测模块及控制模块；所述传输定位装置分别与所述采集模块、所述信息反馈模块、所述处理模块、所述缓存模块、所述缺陷检测模块及控制模块电连接；所述传输定位装置将待检测的PCB板放置到相应的检测区域，所述PCB板到达所述检测区域后触发所述采集模块采集所述PCB板的图像信息，所述信息反馈模块将所述图像信息反馈到所述处理模块，所述处理模块将所述图像信息进行处理后由所述缓存模块进行缓存，所述缺陷检测模块将所述图像信息与预设的PCB模板进行对比并将有缺陷的部分标记出来，所述控制模块控制所述传输定位装置进行PCB板的分拣工作。
优选地，所述传输定位模块包括运动控制单元、光照单元及相机采集单元；所述运动控制单元用于根据所述待检测的PCB板的大小形状的不同调整位置；所述光照单元为所述待检测PCB板提供照明；所述相机采集单元对所述待检测PCB板进行拍照采集。
优选地，所述光照单元包括前光照模式、后光照模式及侧光照模式三种模式；所述前光照模式将所述待检测PCB板的表面特征凸显出来，所述后光照模式将所述待检测PCB板的瑕疵大小凸显出来，所述侧光照模式将所述待检测PCB板的几何特征凸显出来。
优选地，所述控制模块控制所述传输定位装置进行PCB板的分拣工作包括:
所述传输定位装置将无缺陷的PCB板输送到第一通道，将有缺陷标记的PCB板输送到第二通道进行二次检测。
优选地，所述传输定位装置还包括吸盘式机械臂，所述吸盘式机械臂由所述控制模块控制；所述吸盘式机械臂包括真空吸盘及校准单元；所述真空吸盘将待检测的PCB板吸到所述检测区域，所述校准单元对所述PCB板的摆放位置进行校准后夹紧固定所述PCB板的位置。
优选地，所述校准单元为四方向自动夹紧校准结构，所述校准单元包括：第一夹板及第一传动轴、第二夹板及第二传动轴、第三夹板及第三传动轴、第四夹板及第四传动轴。
优选地，所述处理模块包括对所述信息反馈模块传输的所述图像信息进行灰度化，对定位好的灰度化图像进行去噪滤波处理，接着对所述灰度化图像进行边缘检测后得到PCB二值图像，对所述PCB二值图像进行腐蚀处理去掉无关细节。
优选地，所述缺陷检测模块包括：从缓存模块中分别取出同一行的PCB模板及所述图像信息，缓存到两个不同的FIFO中，利用背景差分算法通过相同的读使能将所述PCB模板及所述图像信息的图像像素点逐个对比并判断比对结果。
优选地，所述基于FPGA的PCB板缺陷检测系统还包括显示模块；所述显示模块用于显示有所述缺陷标记的PCB的缺陷信息。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于FPGA的PCB板缺陷检测方法，所述方法包括：
将待检测的所述PCB板放置到待检测区域；
对所述PCB板的放置位置进行定位及校准；
采集所述PCB板的图像信息；
对所述图像信息进行灰度化、去噪、边缘检测及腐蚀处理；
从缓存模块中分别取出同一行的PCB模板及所述图像信息，利用背景差分算法通过相同的读使能将所述PCB模板及所述图像信息的图像像素点逐个对比并判断比对结果；
将有缺陷的PCB板标记出来进行二次检测。
综上所述，本发明实施例提供的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统及方法，包括：传输定位装置、采集模块、信息反馈模块、处理模块、缓存模块、缺陷检测模块及控制模块；所述传输定位装置将待检测的PCB板放置到相应的检测区域，实现所述PCB板的准确定位；所述PCB板到达所述检测区域后触发所述采集模块采集所述PCB板的图像信息，所述信息反馈模块将所述图像信息反馈到所述处理模块，所述处理模块将所述图像信息进行处理后由所述缓存模块进行缓存，对所述图像信息进行灰度化、去噪、边缘检测及腐蚀处理，提升了图像质量；所述缺陷检测模块将所述图像信息与预设的PCB模板进行对比并将有缺陷的部分标记出来，所述控制模块控制所述传输定位装置进行PCB板的分拣工作，并将有缺陷的PCB板进行二次检测。本发明利用FPGA技术完成PCB板的缺陷检测，具有成本低廉、检测效率高及检测准确率高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施例基于FPGA的PCB板缺陷检测系统的模块图；
图2是本发明另一优选实施例基于FPGA的PCB板缺陷检测系统的流程图；
图3是本发明优选实施例基于FPGA的PCB板缺陷检测系统的光照单元的照明位置示意图；
图4是本发明优选实施例基于FPGA的PCB板缺陷检测系统的校准单元的结构示意图；
图5是本发明优选实施例基于FPGA的PCB板缺陷检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参见图1及图2，本发明实施例提供了一种基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，包括：传输定位装置1、采集模块2、信息反馈模块3、处理模块4、缓存模块5、缺陷检测模块6及控制模块7；所述传输定位装置1将待检测的PCB板放置到相应的检测区域，实现所述PCB板的准确定位；所述PCB板到达所述检测区域后触发所述采集模块2采集所述PCB板的图像信息，所述信息反馈模块3将所述图像信息反馈到所述处理模块4，对所述图像信息进行灰度化、去噪、边缘检测及腐蚀处理，提升了图像质量；所述处理模块4将所述图像信息进行处理后由所述缓存模块5进行缓存，所述缺陷检测模块6将所述图像信息与预设的PCB模板进行对比并将有缺陷的部分标记出来，所述控制模块7控制所述传输定位装置1进行PCB板的分拣工作，并将有缺陷的PCB板进行二次检测。所述控制模块包括控制器，在本实施例中，所述控制器为FPGA。本发明利用FPGA技术完成PCB板的缺陷检测，具有成本低廉、检测效率高及检测准确率高的优点。
优选地，所述采集模块2包括运动控制单元21、光照单元22及相机采集单元23；所述运动控制单元21用于根据所述待检测的PCB板的大小形状的不同调整位置；所述光照单元22为所述待检测PCB板提供照明；所述相机采集单元23对所述待检测PCB板进行拍照采集。
具体地，所述运动控制单元21包括步进电机、工装平台、驱动电机及运动控制卡。在所述工装平台上使用所述步进电机、所述驱动电机及所述运动控制卡可以组成一个可以水平垂直运动的平台，因而可以根据待检测的PCB板的形状大小来调整所述工装平台的位置，实现准确的定位。
优选地，请参阅图3，所述光照单元包括前光照模式、后光照模式及侧光照模式三种模式；所述前光照模式将所述待检测PCB板的表面特征凸显出来，所述后光照模式将所述待检测PCB板的瑕疵大小凸显出来，所述侧光照模式将所述待检测PCB板的几何特征凸显出来。
优选地，在本实施例中，所述光照单元包括第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2、第三发光二极管LED3及第四发光二极管LED4。所述第一发光二极管LED1设于所述工装平台的前方位，所述第二发光二极管LED2设于所述工装平台的后方位，所述第三发光二极管LED3及第四发光二极管LED4分别设于所述工装平台的两侧方位。所述前光照模式应用于不具有透明性的物体表面检测，适合环形、同轴及扩散光源；所述后光照模式应用于检测物体存在光线可透射的透明区域；侧光照模式应用于凸显集合特征的物体上。可以理解的是，在本实施例中，所述光照单元选用的是发光二极管，在另一个优选地实施例中，所述光照单元可以选用高频荧光灯，所述光照单元的光源选择在此不作具体限定。当所述采集模块工作时，可以根据待检测PCB的类型选择所述光照单元的任一种光照模式进行图像信息的采集，采集效果好，提升了用户体验。
优选地，所述相机采集单元包括CMOS互补金属氧化物半导体图像传感器。所述CMOS互补金属氧化物半导体图像传感器包括光敏器件、A/D转换电路、时钟电路及增益放大电路。在本实施例中，所述CMOS互补金属氧化物半导体图像传感器的具体型号为OV5640图像传感器，工作原理为：经所述光照单元照射后的所述待检测的PCB板反射光照到所述光敏器件的感光阵列上后发生光电效应，光电效应所产生的电荷存储到OV5640图像传感器的像素单元内。所述OV5640图像传感器的行选择逻辑单元对需要的行像素单元进行选通，行像素单元在选通相应列信号的数据总线后，将所述像素单元内部的图像信号送到模拟信号处理单元进行相应的处理，经过A/D转换得到数字图像信号，最后将信号输出。可以理解的是，所述模拟信号处理单元的主要构成是增益放大器，其作用是对信号进行一定的放大提高信噪比。
优选地，所述采集模块包括寄存器配置参数存储单元、SBBC协议时序控制单元及采集数据处理单元；所述寄存器配置参数存储单元用于存储所述OV5640图像传感器的寄存器配置参数；所述SBBC协议时序控制单元用于产生SBBC接口配置的时序，对所述OV5640图像传感器进行SBBC初始化配置；所述采集数据处理单元完成所述OV5640图像传感器采集数据的处理，将采集数据整合成RGB888的格式，低位补0，并产生相应的帧同步，行同步和数据有效信号。
优选地，所述控制模块7控制所述传输定位装置进行PCB板的分拣工作包括:
所述传输定位装置将无缺陷的PCB板输送到第一通道，将有缺陷标记的PCB板输送到第二通道进行二次检测。可以理解的是，所述第一通道与所述第二通道为预设的通道，用于传输所述PCB板到指定区域。所述控制模块7控制所述传输定位装置1从所述第二通道中抓取有缺陷的PCB板进行二次检测，提高PCB检测的正确率。
优选地，所述传输定位装置1包括吸盘式机械臂，所述吸盘式机械臂由所述控制模块控制；所述吸盘式机械臂包括真空吸盘及校准单元；所述真空吸盘将待检测的PCB板吸到所述检测区域，所述校准单元对所述PCB板的摆放位置进行校准后夹紧固定所述PCB板的位置。
优选地，请参阅图4，所述校准单元为四方向自动夹紧校准结构，所述校准单元包括：第一夹板11a及第一传动轴12a、第二夹板11b及第二传动轴12b、第三夹板11c及第三传动轴12c、第四夹板11d及第四传动轴12d。在本实施例中，所述真空吸盘将待检测的PCB板防止到所述校准单元，随后所述校准单元反馈一个完成接收送达的信号到FPGA端，FPGA端校准信号到所述校准单元，所述校准单元自动后收紧固定所述待检测PCB板的位置，确保每次PCB的位置精确无差。所述校准单元再以固定角度将所述PCB板运送到采集模块，进行图像信息的采集。
优选地，所述处理模块包括对所述信息反馈模块传输的所述图像信息进行灰度化，对定位好的灰度化图像进行去噪滤波处理，接着对所述灰度化图像进行边缘检测后得到PCB二值图像，对所述PCB二值图像进行腐蚀处理去掉无关细节。
优选地，对定位好的灰度化图像进行去噪滤波处理首先是获取3*3像素矩阵，采用分类运算的算法进行中值的选取，得到了很好的滤波效果；而PCB的大部分缺陷集中在走线和打孔部分，为了集中凸显走线和打孔部分的特征，使用sobel算法对中值滤波后的PCB板图像进行边缘检测；而对于所述PCB二值图像进行腐蚀处理则采用了先膨胀后腐蚀的操作。
优选地，所述缺陷检测模块6包括：从缓存模块5中分别取出同一行的PCB模板及所述图像信息，缓存到两个不同的FIFO中，利用背景差分算法通过相同的读使能将所述PCB模板及所述图像信息的图像像素点逐个对比并判断比对结果。
优选地，所述基于FPGA的PCB板缺陷检测系统还包括显示模块；所述显示模块用于显示有所述缺陷标记的PCB的缺陷信息。因而用户可通过所述显示模块读取所述缺陷标记的PCB的缺陷信息，提升了用户体验。
实施例2
请参阅图5，本发明实施例提供了一种基于FPGA的PCB板缺陷检测方法，所述方法包括：
S1、将待检测的所述PCB板放置到待检测区域；
S2、对所述PCB板的放置位置进行定位及校准；
S3、采集所述PCB板的图像信息；
S4、对所述图像信息进行灰度化、去噪、边缘检测及腐蚀处理；
S5、从缓存模块中分别取出同一行的PCB模板及所述图像信息，利用背景差分算法通过相同的读使能将所述PCB模板及所述图像信息的图像像素点逐个对比并判断比对结果；
S6、将有缺陷的PCB板标记出来进行二次检测。
综上所述，本发明实施例提供的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统及方法，包括：传输定位装置1、采集模块2、信息反馈模块3、处理模块4、缓存模块5、缺陷检测模块6及控制模块7；所述传输定位装置1将待检测的PCB板放置到相应的检测区域，实现所述PCB板的准确定位；所述PCB板到达所述检测区域后触发所述采集模块2采集所述PCB板的图像信息，所述信息反馈模块3将所述图像信息反馈到所述处理模块4，对所述图像信息进行灰度化、去噪、边缘检测及腐蚀处理，提升了图像质量；所述处理模块4将所述图像信息进行处理后由所述缓存模块5进行缓存，所述缺陷检测模块6将所述图像信息与预设的PCB模板进行对比并将有缺陷的部分标记出来，所述控制模块7控制所述传输定位装置1进行PCB板的分拣工作，并将有缺陷的PCB板进行二次检测。本发明利用FPGA技术完成PCB板的缺陷检测，具有成本低廉、检测效率高及检测准确率高的优点。
还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，包括：传输定位装置、采集模块、信息反馈模块、处理模块、缓存模块、缺陷检测模块及控制模块；所述传输定位装置分别与所述采集模块、所述信息反馈模块、所述处理模块、所述缓存模块、所述缺陷检测模块及控制模块电连接；所述传输定位装置将待检测的PCB板放置到相应的检测区域，所述PCB板到达所述检测区域后触发所述采集模块采集所述PCB板的图像信息，所述信息反馈模块将所述图像信息反馈到所述处理模块，所述处理模块将所述图像信息进行处理后由所述缓存模块进行缓存，所述缺陷检测模块将所述图像信息与预设的PCB模板进行对比并将有缺陷的部分标记出来，所述控制模块控制所述传输定位装置进行PCB板的分拣工作。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，所述传输定位模块包括运动控制单元、光照单元及相机采集单元；所述运动控制单元用于根据所述待检测的PCB板的大小形状的不同调整位置；所述光照单元为所述待检测PCB板提供照明；所述相机采集单元对所述待检测PCB板进行拍照采集。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，所述光照单元包括前光照模式、后光照模式及侧光照模式三种模式；所述前光照模式将所述待检测PCB板的表面特征凸显出来，所述后光照模式将所述待检测PCB板的瑕疵大小凸显出来，所述侧光照模式将所述待检测PCB板的几何特征凸显出来。
4.根据权利要求3所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，所述控制模块控制所述传输定位装置进行PCB板的分拣工作包括:
所述传输定位装置将无缺陷的PCB板输送到第一通道，将有缺陷标记的PCB板输送到第二通道进行二次检测。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，所述传输定位装置还包括吸盘式机械臂，所述吸盘式机械臂由所述控制模块控制；所述吸盘式机械臂包括真空吸盘及校准单元；所述真空吸盘将待检测的PCB板吸到所述检测区域，所述校准单元对所述PCB板的摆放位置进行校准后夹紧固定所述PCB板的位置。
6.根据权利要求5所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，所述校准单元为四方向自动夹紧校准结构，所述校准单元包括：第一夹板及第一传动轴、第二夹板及第二传动轴、第三夹板及第三传动轴、第四夹板及第四传动轴。
7.根据权利要求6所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，所述处理模块包括对所述信息反馈模块传输的所述图像信息进行灰度化，对定位好的灰度化图像进行去噪滤波处理，接着对所述灰度化图像进行边缘检测后得到PCB二值图像，对所述PCB二值图像进行腐蚀处理去掉无关细节。
8.根据权利要求7所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，所述缺陷检测模块包括：从缓存模块中分别取出同一行的PCB模板及所述图像信息，缓存到两个不同的FIFO中，利用背景差分算法通过相同的读使能将所述PCB模板及所述图像信息的图像像素点逐个对比并判断比对结果。
9.根据权利要求8所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，其特征在于，所述基于FPGA的PCB板缺陷检测系统还包括显示模块；所述显示模块用于显示有所述缺陷标记的PCB的缺陷信息。
10.一种基于FPGA的PCB板缺陷检测方法，其特征在于，根据权利要求1-9任一项所述的基于FPGA的PCB板缺陷检测系统，包括：
将待检测的所述PCB板放置到待检测区域；
对所述PCB板的放置位置进行定位及校准；
采集所述PCB板的图像信息；
对所述图像信息进行灰度化、去噪、边缘检测及腐蚀处理；
从缓存模块中分别取出同一行的PCB模板及所述图像信息，利用背景差分算法通过相同的读使能将所述PCB模板及所述图像信息的图像像素点逐个对比并判断比对结果；
将有缺陷的PCB板标记出来进行二次检测。
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