CN111551566A - 一种用于印制电路板表面缺陷检测的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于印制电路板表面缺陷检测的装置及其方法，其中装置包括:输送定位装置，具有用于传送印刷电路板的传送平台和固定在传送平台上以用于检测电路板是否传送到位及电路板尺寸的光电传感模块；设置在输送定位装置的上侧的电路板图像采集组件，具有用于为电路板拍摄图片的图像采集器和用于调整图像采集器位置的镜头定位装置；主控计算机，接收光电传感模块的数据并根据数据控制镜头定位装置；图像处理单元，用于接收并处理图像采集器采集的图像数据并将处理后的结果传送至主控计算机。本发明实施例能根据电路板板尺寸调整图像采集器的位置，通过调整镜头定位和自动对焦，可拍摄出稳定、高帧高分辨率图像。

Description

一种用于印制电路板表面缺陷检测的装置及其方法

技术领域

本发明涉及数字化制造和图像检测领域，特别是涉及一种用于印制电路板表面缺陷检测的装置及其方法。

背景技术

我国是印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)最大的生产国。PCB表面缺陷检测是其质量管控和保证出厂质量不可或缺的环节。人工检测和自动光学检测(AutomatedOptical Inspection,AOI)是PCB表面缺陷常见方法。人工肉眼检测存在效率低、主观误差大、工作枯燥、易造成二次伤害等问题。AOI能解决上述问题，但是相应检测设备昂贵，作为其核心技术之一的计算机视觉智能检测系统当前主要掌握在国外企业手中。

开发基于机器视觉的具有自主知识产权的检测平台需求迫切，设计搭建图像采集装置是开发计算机视觉检测系统重要组成。但是支持PCB表面缺陷自动识别的图像采集存在如下难点：一方面，表面缺陷类型多，缺陷的位置、尺寸和面积差异大；另一方面，小批量多品种个性化定制生产样板越来越多，各类板的交货单元尺寸差别大，且具有不同的设计特点和制造要求，所带来的缺陷常表现出不同的特征；还有，图像的可识别度受表面阻焊漆颜色和外部环境因素影响较大，如绿色/黑色/红色等阻焊颜色、光源亮度、色温、信噪比等均对后续检测算法具有重要影响。有鉴于此，有必要提供一种能适应上述不同需求的图像采集装置。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种用于印制电路板表面缺陷检测的装置，能根据电路板板尺寸调整图像采集器的位置，通过调整镜头定位和自动对焦，可拍摄出稳定、高帧高分辨率图像。

本发明的一种实施例的目的通过下述技术方案实现：包括：输送定位装置，具有用于传送印刷电路板的传送平台和固定在所述传送平台上以用于检测电路板是否传送到位及电路板尺寸的光电传感模块；

设置在所述输送定位装置的上侧的电路板图像采集组件，具有用于为电路板拍摄图片的图像采集器和用于调整所述图像采集器位置的镜头定位装置；

主控计算机，接收所述光电传感模块的数据并根据数据控制所述镜头定位装置；

图像处理单元，用于接收并处理图像采集器采集的图像数据并将处理后的结果传送至所述主控计算机。

进一步地，所述传送平台具有支架、固定在所述支架上的传送电机、被所述传送电机驱动的主动轮轴、从动轮轴和用于承载电路板的传送皮带，所述传送皮带连接所述主动轮轴和所述从动轮轴；

所述光电传感模块设置在所述支架上。

进一步地，所述传送平台还包括用于调节所述传送电机转速的变频调节器，所述传送电机通过所述变频调节器连接至所述主动轮轴，所述变频调节器电连接至主控计算机。

进一步地，所述电路板图像采集组件还具有抗光干扰防护罩，所述抗光干扰防护罩设置在所述图像采集器的两侧。

进一步地，所述镜头定位装置具有固定所述图像采集器的固定支架、控制所述固定支架沿第一方向移动的第一行走机构、控制所述第一行走机构沿第二方向移动的第二行走机构、用于控制所述第一行走机构和所述第二行走机构启动的运动控制模块，所述运动控制模块用于接收所述主控计算机的指令。

进一步地，所述第一行走机构具有第一支架、设置在所述第一支架上的第一滑轨、与所述第一滑轨滑动配合的第一滑块和第一驱动件；

所述固定支架固定在所述第一滑块上，所述第一驱动件通过丝杆驱动所述第一滑块；

所述运动控制模块用于控制所述第一驱动件启动或关闭。

进一步地，所述第二行走机构具有第二支架、设置在第二支架上的第二滑轨、与所述第二滑轨滑动配合的第二滑块和驱动所述第二滑块移动的第二驱动件；

所述第一支架固定在所述第二滑块上；所述运动控制模块用于控制所述第二驱动件启动或关闭。

进一步地，所述镜头定位装置还具有设置在所述固定支架上的辅助光源。

进一步地，所述辅助光源环绕所述固定支架，且辅助光源的中心轴线与所述图像采集器的中心轴线重合。

本发明的另一种实施例的目的通过下述技术方案实现：采用如上所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置进行的方法，包括如下步骤：

入料：将待采集电路板朝上放置于传送平台的入口端；

采样定位：光电传感模块判断待采集电路板是否到达采样区，若是，则记录电路板尺寸大小，并定位该电路板位置，暂停传送平台输送；若否，则调整传送平台将待采集电路板输送至采样区；

图像采集器定位：主控计算机根据光电传感模块的数据计算相应坐标信息，并将信息返回至镜头定位装置，镜头定位装置调整图像采集器的位置至最佳的成像焦距；

采样拍摄：待图像采集器定位完成后，对待测电路板板进行拍摄，所拍摄图像经图像采集处理器预处理后传输到主控计算机；

出料：主控计算机接收拍摄的图像后发出出料指令，传送平台启动，电路板传送至传送平台的出口端。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：本发明的用于印制电路板表面缺陷检测的装置可自动获取印刷电路板的图像，适用于工业生产场景，并具有传送速度可调功能。此外，采样装置能根据电路板板尺寸调整图像采集器的位置，通过调整镜头定位和自动对焦，可拍摄出稳定、高帧高分辨率图像，满足工业级别的实时场景要求。

附图说明

图1是本发明实施例装置的结构示意图；

图2是本发明实施例装置中镜头定位装置的结构示意图；

图3是本发明实施例装置中第一行走机构的结构示意图；

图4是本发明实施例装置中第二行走机构的结构示意图；

图5是本发明实施例装置中传送平台的结构示意图；

图6是本发明实施例装置的原理的流程示意图。

其中，本发明实施例中：1、输送定位装置；11、传送平台；110、支架；111、传送电机；112、主动轮轴；113、从动轮轴；114、传送皮带；115、变频调节器；12、光电传感模块；

2、电路板图像采集组件；22、镜头定位装置；221、固定支架；222、第一行走机构；2221、第一支架；2222、第一滑轨；2223、第一滑块；2224、第一驱动件；223、第二行走机构；2231、第二支架；2232、第二滑轨；2233、第二滑块；2234、第二驱动件；224、辅助光源；23、抗干扰防护罩；

3、主控计算机；4、电控装置；5、支撑架。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1-5所示，本发明优选实施例的一种用于印刷电路板表面缺陷检测的装置，其包括支撑架5和设置在支撑架5上的用于输送待检测电路板的输送定位装置1、电路板图像采集组件2、主控计算机3和电控装置4。电路板图像采集组件2设置在输送定位装置1的上侧，以方便对输送定位装置1传递过来的电路板进行图像采集。

具体的，输送定位装置1，具有用于传送印刷电路板的传送平台11和固定在传送平台11上以用于检测电路板是否传送到位及电路板大小尺寸的光电传感模块12。电路板图像采集组件2，具有用于为电路板拍摄图片的图像采集器和用于调整所述图像采集器位置的镜头定位装置22。主控计算机3，接收光电传感模块12的数据并根据数据控制镜头定位装置22。图像处理单元，用于接收并处理图像采集器采集的图像数据并将处理后的结果传送至主控计算机3。电控装置4，用于为输送定位装置1、电路板采集组件2和主控计算机3供电。

在本实施例中，支撑架5上具有入口端和与入口端相对设置的出口端。传送平台11设置在入口端和出口端之间，待检测的印刷电路板从入口端放置在传送平台11上，并通过传送平台11向出口端方向传递。

在入口端和出口端之间设置有采样区域，光电传感模块12用于感应检测电路板是否到达采样区域，并且能够检测到到达采样区域后的印刷电路板的大小尺寸，并将数据信息发送至主控计算机3。主控计算机3根据印刷电路板的大小尺寸获得最佳拍摄位置，进而启动运动控制模块，通过运动控制模块启动镜头定位装置22，镜头定位装置22调整图像采集器到达最佳拍摄位置并自动对焦完成拍摄。拍摄后的图像经过图像处理单元进行预处理后并将结果传递到主控计算机3。

其中，传送平台11具有支架110、固定在支架110上的传送电机111、被所传送电机111驱动的主动轮轴112、从动轮轴113和用于承载电路板的传送皮带114，传送皮带114连接主动轮轴112和从动轮轴113；光电传感模块12设置在支架110上。

传送平台11还包括用于调节传送电机111转速的变频调节器115，传送电机111通过变频调节器115连接至主动轮轴112，变频调节器115电连接至主控计算机3。

支架110设置在支撑架5上，或者支架110本身就是支撑架5的一部分。主动轮轴112和从动轮轴113分别设置在支架110的两端，主动轮轴112设置在入口端的位置，从动轮轴113设置在出口端的位置。传送皮带114分别与主动轮轴112、从动轮轴113摩擦接触，传送皮带114的上用于传递印刷电路板。

在本实施例中主动轮轴112通过变频调节器115与传送电机111传送连接。主控计算机3控制变频调节器115输出参数，这样在变频调节器115作用下，可以通过调控传送电机111的转速进而调控传送皮带114的传送速度。

进一步的，传送平台11上还设置有用于调节传送皮带114的皮带松弛调节模块，皮带松弛调节模块设置在支架110上，皮带松弛调节模块可以用于调节从动轮轴113的位置从而调整主动轮轴112与从动轮轴113之间的位置关系，从而控制传送皮带114的松紧程度。皮带松弛调节模块可以根据工业生产时的实时工况调整皮带松弛程度，保证印刷电路板输送的稳定性。

镜头定位装置22具有固定图像采集器的固定支架221、控制固定支架221沿第一方向移动的第一行走机构222、控制第一行走机构222沿第二方向移动的第二行走机构223和用于控制第一行走机构222和第二行走机构223启动的运动控制模块，运动控制模块用于接收主控计算机3的指令。在本实施例中第一方向为竖直方向，也就是Z轴的方向，通过第一行走机构222调整固定在固定支架221上的图像采集器上下移动，其目的是使图像采集器做靠近或远离传送平台11的移动，从而调整图像采集器的焦距以根据电路板的尺寸做出相应的调整，以更好的更精准和清楚的采集相应的电路板的图像。

第二方向为水平方向的Y方向，第二方向与传送平台11的传送方向相一致，其目的是在传送方向上微调图像采集器的位置，使图像采集器移动到电路板的最佳拍摄位置的坐标，该最佳拍摄位置的坐标由主控计算机3根据光电传感模块12传递来的电路板的尺寸数据获得。光电传感模块12能够检测到电路板是否上位到采样区域，采样区域有采样区域的坐标，该坐标是已知的，这样当电路板上位到采样区域之后，再结合电路板自身的尺寸，能够获得电路板的中心位置以及其它坐标，主控计算机3可以根据这些数据进行计算推演，然后获得拍摄位置，之后通过运动控制模块控制第一行走机构222和第二行走机构223移动，以调整图像采集器到达指定位置进行拍摄，最终获得最佳的成像焦距。

图像采集器为面阵CCD相机，待主控计算机3接收到印刷电路板尺寸大小，计算得到相应坐标信息后将该坐标信息传递至运动控制模块，运动控制模块控制第一行走机构222和第二行走机构223，以调整图像采集器到达相应的坐标位置，然后，面阵CCD相机自上而下对采样区的待测印刷电路板进行拍摄，拍摄后的图像经过图像处理单元处理后传递至主控计算机3。

在本实施例中第一行走机构222具有第一支架2221、设置在第一支架2221上的第一滑轨2222、与第一滑轨2222滑动配合的第一滑块2223和第一驱动件2224；固定支架221固定在第一滑块2223上，第一驱动件2224通过丝杆驱动第一滑块2223，第一滑块2223上设置有与丝杆相适配的丝杆螺母。运动控制模块用于控制第一驱动件2224启动或关闭。

第二行走机构223具有第二支架2231、设置在第二支架2231上的第二滑轨2232、与第二滑轨2232滑动配合的第二滑块2233和驱动第二滑块2233移动的第二驱动件2234；第一支架2221固定在第二滑块2233上。第一支架2221上设置有与第二滑块2233相适配的卡槽，第一支架2221卡接固定在第二滑块2233上。第二驱动件2234包括主动驱动轮、从动驱动轮、连接主动驱动轮、从动驱动轮的驱动皮带和驱动电机，第二滑块2233固定在驱动皮带上。运动控制模块用于控制第二驱动件2234启动或关闭。

镜头定位装置22还具有设置在固定支架221上的辅助光源224，辅助光源224具有环形结构，辅助光源224的中心轴线与图像采集器的中心轴线重合。辅助光源224的设置能够提高拍摄的清晰度。将辅助光源224的中心轴线与图像采集器的中心轴线重合能够保证辅助光源224作用到印刷电路板上的光更加的均匀。辅助光源224为高频荧光辅助光源。

当运动控制模块接收到主控计算机3输出的坐标信息后，运动控制模块控制第一驱动件2224和第二驱动件2234通断，以调整相机的位置，最终获得最佳的成像焦距。

进一步的，为了控制光线的干扰电路板图像采集组件2，还具有抗光干扰防护罩23，抗光干扰防护罩23设置在图像采集器的两侧。抗光干扰防护罩23避免光线作用到采样区域，在本实施例中抗光干扰防护罩23固定在支撑架5上。

一种采用上述所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置进行的方法，包括如下步骤：

入料：将待采样电路板朝上放置于传送平台11的入口端；

采样定位：光电传感模块12判断待采样电路板是否到达采样区，若是，则记录电路板尺寸大小，并定位该电路板位置，暂停传送平台11输送；若否，则调整传送平台11将待采样电路板输送至采样区；

图像采集器定位：主控计算机3根据光电传感模块12的数据计算相应坐标信息，并将信息返回至镜头定位装置22，镜头定位装置22调整图像采集器的位置至最佳的成像焦距；具体的，运动控制模块接收到主控计算机3的数据并控制第一驱动件2224和第二驱动件2234启动以调整图像采集器的位置。

采样拍摄：待图像采集器定位完成后，对待测电路板板进行拍摄，所拍摄图像经图像采集处理器预处理后传输到主控计算机3；

出料：主控计算机3接收拍摄的图像后发出出料指令，传送平台11启动，电路板传送至传送平台11的出口端。

工作过程如图6所示：首先操作人员将待采样印刷电路板朝上放置于传送平台11的入口端，判断辅助光源224是否开启，若否则开启辅助光源224。然后，启动传送平台11再由传送平台11通过传送皮带114，将待采样印刷电路板运送至采样区。

光电传感模块12智能判断采样印刷电路板是否到达采样区。首先，光电传感模块12先检测采样区是否有电路板，若是，则记录采样印刷电路板的尺寸大小，并将该尺寸大小数据传递至主控计算机3，并定位印刷电路板的位置。若否，则调整传送平台11使传送平台11，将待采样印刷电路板输送至采样区。

此时，暂停传送平台11的继续输送；主控计算机3获取到印刷电路板的尺寸大小数据并结合采样区域的坐标计算出成像位置坐标，并将该成像位置坐标传递至运动控制模块，通过运动控制模块控制镜头定位装置22启动，控制镜头定位装置22调整图像采集器的位置，最终获得最佳的成像焦距，镜头完成自动对焦。

其中若出现光电传感模块12采集数据报错、印刷电路板坐标信息缺失等问题会重新进行采样；若出现运动控制模块坐标调整失败、镜头对焦效果不良会等问题会重启镜头定位装置22，通过完整的反馈机制保障采样图像高质量高帧高清晰度。

待镜头对焦完成后，图像采集器对待测印刷电路板进行拍摄。所拍摄图像数据经图像采集处理器预处理后传输到主控计算机3。最后主控计算机3接收拍摄的图像后发出出料指令，传送平台11启动，待测印刷电路板传送至传送平台11出口端。若主控计算机3接收到操作人员关闭信号则会停止当前进程，退出操作。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，包括:输送定位装置，具有用于传送印刷电路板的传送平台和固定在所述传送平台上以用于检测电路板是否传送到位及电路板尺寸的光电传感模块；

设置在所述输送定位装置的上侧的电路板图像采集组件，具有用于为电路板拍摄图片的图像采集器和用于调整所述图像采集器位置的镜头定位装置；

主控计算机，接收所述光电传感模块的数据并根据数据控制所述镜头定位装置；

图像处理单元，用于接收并处理图像采集器采集的图像数据并将处理后的结果传送至所述主控计算机。

2.根据权利要求1所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，所述传送平台具有支架、固定在所述支架上的传送电机、被所述传送电机驱动的主动轮轴、从动轮轴和用于承载电路板的传送皮带，所述传送皮带连接所述主动轮轴和所述从动轮轴；

所述光电传感模块设置在所述支架上。

3.根据权利要求2所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，所述传送平台还包括用于调节所述传送电机转速的变频调节器，所述传送电机通过所述变频调节器连接至所述主动轮轴，所述变频调节器电连接至主控计算机。

4.根据权利要求1所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，所述电路板图像采集组件还具有抗光干扰防护罩，所述抗光干扰防护罩设置在所述图像采集器的两侧。

5.根据权利要求1所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，所述镜头定位装置具有固定所述图像采集器的固定支架、控制所述固定支架沿第一方向移动的第一行走机构、控制所述第一行走机构沿第二方向移动的第二行走机构、用于控制所述第一行走机构和所述第二行走机构启动的运动控制模块，所述运动控制模块用于接收所述主控计算机的指令。

6.根据权利要求5所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，所述第一行走机构具有第一支架、设置在所述第一支架上的第一滑轨、与所述第一滑轨滑动配合的第一滑块和第一驱动件；

所述固定支架固定在所述第一滑块上，所述第一驱动件通过丝杆驱动所述第一滑块；

所述运动控制模块用于控制所述第一驱动件启动或关闭。

7.根据权利要求6所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，所述第二行走机构具有第二支架、设置在第二支架上的第二滑轨、与所述第二滑轨滑动配合的第二滑块和驱动所述第二滑块移动的第二驱动件；

所述第一支架固定在所述第二滑块上；所述运动控制模块用于控制所述第二驱动件启动或关闭。

8.根据权利要求5所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，所述镜头定位装置还具有设置在所述固定支架上的辅助光源。

9.根据权利要求8所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置，其特征在于，所述辅助光源环绕所述固定支架，且辅助光源的中心轴线与所述图像采集器的中心轴线重合。

10.一种采用如权利要求1-9任一项所述的用于印制电路板表面缺陷检测的装置进行的方法，其特征在于，包括如下步骤：

入料：将待采集电路板朝上放置于传送平台的入口端；

采样定位：光电传感模块判断待采集电路板是否到达采样区，若是，则记录电路板尺寸大小，并定位该电路板位置，暂停传送平台输送；若否，则调整传送平台将待采集电路板输送至采样区；

图像采集器定位：主控计算机根据光电传感模块的数据计算相应坐标信息，并将信息返回至镜头定位装置，镜头定位装置调整图像采集器的位置至最佳的成像焦距；

采样拍摄：待图像采集器定位完成后，对待测电路板板进行拍摄，所拍摄图像经图像采集处理器预处理后传输到主控计算机；

出料：主控计算机接收拍摄的图像后发出出料指令，传送平台启动，电路板传送至传送平台的出口端。

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