CN112881431A - 一种印刷电路板检测用全自动智能测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种印刷电路板检测用全自动智能测试设备，包括光源模块、视觉模块、传送模块、运动模块、图像处理模块以及分拣模块。视觉模块采集印刷电路板的图像，光源模块为视觉模块提供采集图像所需的亮度。传送模块将印刷电路板送至和送出运动模块，运动模块带动印刷电路板进行不同位置的图像采集。图像处理模块对印刷电路板图像进行处理和分析，分拣模块将印刷电路板按照检测质量进行分区。本发明的有益效果是：通过上述各个模块之间的相互配合，实现了印刷电路板的全自动智能检测，无需消耗大量人力，检测效率得以提升，并且将检测、上下料、分拣功能集于一体，提升了印刷电路板的检测效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体电子元器件的加工技术领域，具体涉及一种印刷电路板检测用全自动智能测试设备。
背景技术
印刷电路板是电子元器件之间电器连接的提供者。为了确保印刷电路板的生产质量，制造商在生产过程中经历了多种检查方法以针对不同的印刷电路板的缺陷。上述检测方法大致分为两类：电气测试方法和视觉测试方法。
印刷电路板常见的检查方法包括以下两种：
第一种是手动目检法，具体地，使用放大镜或已校准的显微镜通过操作员的目视检查确定印刷电路板是否合格，并确定何时需要进行校正操作。这是最传统的检查方法。该种方法初始成本低且没有测试夹具，但是主观人为错误率高，存在长期成本高，缺陷检测不连续以及数据收集困难的问题。当前，由于印刷电路板生产的增加以及印刷电路板上导线间距和元件体积的缩小，这种方法变得越来越不可行。
第二种是在线测试法，通过电气性能测试来识别印刷电路板的制造缺陷，并测试模拟，数字和混合信号组件。测试方法包括针床测试和飞针测试。在线测试法的测试成本较低，设备具有强大的数字测试功能，能够快速彻底地完成电路板的短路和开路测试，同时能够保证高缺陷覆盖率。然而，该方法需要测试夹具，编程以及进行调试，夹具制造成本高并且使用上不方便，编程以及调试需要较长时间。
因此，亟需一种检测快速、操作方便的印刷电路板测试设备。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术中存在的印刷电路板检测耗费大量人力、测试设备使用不便的问题，本发明提供一种印刷电路板检测用全自动智能测试设备。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种印刷电路板检测用全自动智能测试设备，包括光源模块、视觉模块、传送模块、运动模块、图像处理模块以及分拣模块；
所述视觉模块采集印刷电路板的图像；所述光源模块照亮印刷电路板，为所述视觉模块提供采集图像所需的亮度；
所述传送模块将未经检测的印刷电路板送至所述运动模块，并将经过检测的印刷电路板送出运动模块；
所述运动模块带动印刷电路板移动至视觉模块进行不同位置的图像采集；
所述图像处理模块对所述视觉模块采集的印刷电路板图像进行处理和分析；
所述分拣模块根据所述图像处理模块的反馈，将经过检测的印刷电路板按照检测质量进行分区。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述光源模块包括光源和光学镜头；
所述光源包括正向光源和背向光源，所述正向光源和背向光源分别位于所述运动模块的两侧；
所述光学镜头位于所述光源与印刷电路板之间。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述光源还包括侧面光源；
所述侧向光源发出的光线与印刷电路板所在平面之间的夹角小于90°；
所述侧向光源包括若干个，呈环形均匀分布。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述视觉模块包括CCD工业摄像机和图像采集卡；
所述CCD工业摄像机拍摄印刷电路板的图像；
所述图像采集卡捕获印刷电路板的图像，并将印刷电路板的图像导入所述图像处理模块进行数字处理；
所述CCD工业摄像机为43万像素彩色摄像头，所述CCD工业摄像机的显示分辨率为0.001mm。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述运动模块包括机械运动平台以及机械运动控制装置；
印刷电路板放置在所述机械运动平台上，所述机械运动控制装置控制所述机械运动平台的运行。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述机械运动平台包括伺服电机，三轴支架式精密平台，丝杠，直线导轨；
所述伺服电机驱动所述丝杠和所述直线导轨运动，进而带动印刷电路板移动。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述三轴支架式精密平台包括沿水平方向移动且互相垂直的X轴和Y轴，以及沿竖直方向移动的Z轴。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述直线导轨包括主体部、位于主体部上的直线导轨部、沿直线导轨部滑动的直线运动滑块、位于直线导轨部与直线运动滑块之间的钢珠、以及位于直线运动滑块两端的端盖。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述机械运动控制装置包括运动控制器；
所述运动控制器控制所述伺服电机驱动所述丝杠和所述直线导轨运动。
如上所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，所述图像处理模块包括工业计算机。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明通过光源模块提供图像采集过程中所需的亮度，使获得的印刷电路板的图像更加清晰，通过视觉模块采集印刷电路板各个位置的图像，通过传送模块对印刷电路板进行上料和下料，实现自动化的技术效果，通过运动模块带动印刷电路板移动进而实现各个位置的图像采集，通过图像处理模块对采集到的印刷电路板图像进行分析处理并做出判断，然后分拣模块根据图像处理模块的判断结果将电路印刷板进行分区。
本发明通过上述各个模块之间的相互配合，实现了印刷电路板的全自动智能检测，无需消耗大量人力，检测效率得以提升，并且将检测、上下料、分拣功能集于一体，提升了印刷电路板的检测效率。
此外，本发明的光源分布方式提高了光源的亮度和均匀性，侧向光源在测试目标上的入射角可以进行调节，有利于获取印刷电路板图案的最佳图像数据。本发明的机械运动平台能够在XYZ三轴上进行运动，并通过控制装置精准地控制印刷电路板的运动，控制印刷电路板与CCD工业摄像机之间的距离。
附图说明
图1为本发明中印刷电路板检测用全自动智能测试设备的结构图；
图2为本发明中侧向光源的分布图。
【附图标记说明】
1：摄像机；2：侧向光源；3：机械运动平台。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，本实施例提供一种印刷电路板检测用全自动智能测试设备，包括光源模块、视觉模块、传送模块、运动模块、图像处理模块以及分拣模块。
视觉模块采集印刷电路板的图像。视觉模块包括CCD工业摄像机和图像采集卡，CCD工业摄像机用于拍摄印刷电路板的图像，图像采集卡捕获印刷电路板的图像，并将印刷电路板的图像导入图像处理模块进行数字处理。
光源模块照亮印刷电路板，为视觉模块提供采集图像所需的亮度。
传送模块将未经检测的印刷电路板送至运动模块，然后将经过检测的印刷电路板送出运动模块，输送至分拣模块。
运动模块带动印刷电路板移动至视觉模块，视觉模块对印刷电路板的不同位置进行图像采集。运动模块主要实现工作台的运动控制和印刷电路板的自动定位，包括机械运动平台以及机械运动控制装置。在对每一块印刷电路板进行检测时，机械运动平台都要自动运动到CCD工业摄像机附近，CCD工业摄像机对印刷电路板进行图像摄取动作。因此要实现工作平台的精密准确运行，才能完成正确的检测过程。机械运动平台包括伺服电机，三轴支架式精密平台，丝杠，直线导轨。三轴支架式精密平台包括沿水平方向移动且互相垂直的X轴和Y轴，以及沿竖直方向移动的Z轴。伺服电机驱动丝杠和直线导轨运动，进而带动印刷电路板进行移动。在检测过程中，印刷电路板放置在机械运动平台上，机械运动控制装置控制所述机械运动平台的运行。
优选地，直线导轨包括主体部、位于主体部上的直线导轨部、沿直线导轨部滑动的直线运动滑块、位于直线导轨部与直线运动滑块之间的钢珠、以及位于直线运动滑块两端的端盖。为提高传动的平稳性和定位精度，本发明实施例选用高精度的交流伺服驱动电机。另外，为保证导轨的直线度，选用优质的超精密直线导轨。
机械运动控制装置包括运动控制器，运动控制器控制伺服电机驱动丝杠和直线导轨运动。机械运动平台控制装置选用四轴独立型运动控制器，控制器的四轴分别控制XYZ三轴、送料轨道、伺服电机以及定位锁销。进料轨道入口处待测印刷电路板到达检测位置后，光电开关精准检测到待测印刷电路板，伺服电机停止，定位锁销卡死，进行下一步检测。为保证XYZ三轴的精准定位，三轴支架式精密平台还配有光栅尺，光栅尺对机械运动平台的位置进行反馈。
机械运动平台的运动流程如下：待检测的印刷电路板放置于机械运动平台上，通过伺服电机在XY轴运动到CCD工业摄像机的拍摄区域，CCD工业摄像机固定在工作台上方，通过Z轴的运动实现聚焦。本发明实施例的机械运动平台能够在XYZ三轴上进行运动，并通过控制装置精准地控制印刷电路板的运动，控制印刷电路板与CCD工业摄像机之间的距离。
图像处理模块对所述视觉模块采集的印刷电路板图像进行处理和分析，将处理得到的信息反馈至分拣模块和操作界面。图像处理模块包括工业计算机，工业计算机除了能够分析和处理印刷电路板的图像，还可以控制机械运动控制装置。工作时，工业计算机直接给机械运动平台控制器发出指令，控制伺服电机带动丝杠和直线导轨运动，保证印刷电路板的运动精度和快速响应，实现被测印刷电路板的准确定位。
分拣模块根据图像处理模块的反馈，将经过检测的印刷电路板按照检测质量进行分区。
优选地，光源模块包括光源和光学镜头。光源包括正向光源、背向光源以及侧向光源，正向光源和背向光源分别位于运动模块的两侧，侧向光源包括若干个，呈环形均匀分布，光学镜头位于所述光源与印刷电路板之间，侧向光源发出的光线与印刷电路板所在平面之间的夹角小于90°。光学镜头将光源发出的光线进行放大后达到印刷电路板。
本发明实施例采用正向光源、背向光源以及侧向光源三种光源模式进行混合，正向光源和CCD工业摄像机同侧，用于检测印刷电路板的表面。背向光源位于机械运动平台的下侧，正向光源和背向光源分别位于机械运动平台的Z轴的两侧，处于同轴反向关系。本发明实施例利用正向光源突出印刷电路板表面的走线、过孔以及焊接盘等特征，利用背向光源使印刷电路板的轮廓尺寸和过孔产生强烈的轮廓对比，利用侧向光源提高印刷电路板的亮度。
本发明实施例中的三种光源分布的方式提高了光源的亮度和均匀性，并且侧向光源在测试目标上的入射角可以进行调节，侧向光源发出的光线与印刷电路板所在平面之间的夹角可以是30°、45°或者60°，有利于获取印刷电路板图案的最佳图像数据。
优选地，本实施例中的CCD工业摄像机为43万像素彩色摄像头，其显示分辨率为0.001mm。
本实施例还提供一种使用上述全自动智能检测设备的印刷电路板的检测方法，包括如下步骤：
S1、上料并固定：传送模块将印刷电路板放置在机械运动平台上，然后将印刷电路板固定在机械运动平台。
S2、图像采集：印刷电路板在机械运动平台的带动下进行移动，光源模块中正向光源、背向光源以及侧向光源调整光源亮度，CCD工业摄像机采集印刷电路板不同位置的信息。图像采集卡将被测印刷电路板各个位置的清晰图像传送工业计算机，通过图像处理和识别软件进行分析。
S3、预处理以及分析处理：由于工业现场环境、光照等条件的限制，获取的印刷电路板图像很可能存在质量参差不齐、清晰度不一致的问题。为了降低印刷电路板的检测难度，本发明实施例在利用算法对图像进行分析处理前，先对获取得到的图像进行预处理。工业计算机对经过预处理后的图像继续进行分析处理，判断被检测的印刷电路板是否合格。
S4、下料和分拣：输送系统将印刷电路板从机械运动平台上取下，输送至分拣模块待定。工业计算机对图像进行分析后得出印刷电路板质量合格以及不合格的结果，并且工业计算机还能够根据判断的结果控制分拣模块的运动状态，这样就可以完成印刷电路板的自动分拣，即将合格的印刷电路板和不合格的印刷电路板直接分开。
综上，本发明通过光源模块提供图像采集过程中所需的亮度，使获得的印刷电路板的图像更加清晰，通过视觉模块采集印刷电路板各个位置的图像，通过传送模块对印刷电路板进行上料和下料，实现自动化的技术效果，通过运动模块带动印刷电路板移动进而实现各个位置的图像采集，通过图像处理模块对采集到的印刷电路板图像进行分析处理并做出判断，然后分拣模块根据图像处理模块的判断结果将电路印刷板进行分区。本发明通过各个模块之间的相互配合，实现了印刷电路板的全自动智能检测，无需消耗大量人力，检测效率得以提升，并且将检测、上下料、分拣功能集于一体，提升了印刷电路板的检测效率。
以上实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定，本领域技术人员在权利要求的范围内做出各种变形或修改，均属于本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种印刷电路板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，包括光源模块、视觉模块、传送模块、运动模块、图像处理模块以及分拣模块；
所述视觉模块采集印刷电路板的图像；所述光源模块照亮印刷电路板，为所述视觉模块提供采集图像所需的亮度；
所述传送模块将未经检测的印刷电路板送至所述运动模块，并将经过检测的印刷电路板送出运动模块；
所述运动模块带动印刷电路板移动至视觉模块进行不同位置的图像采集；
所述图像处理模块对所述视觉模块采集的印刷电路板图像进行处理和分析；
所述分拣模块根据所述图像处理模块的反馈，将经过检测的印刷电路板按照检测质量进行分区。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述光源模块包括光源和光学镜头；
所述光源包括正向光源和背向光源，所述正向光源和背向光源分别位于所述运动模块的两侧；
所述光学镜头位于所述光源与印刷电路板之间。
3.根据权利要求2所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述光源还包括侧面光源；
所述侧向光源发出的光线与印刷电路板所在平面之间的夹角小于90°；
所述侧向光源包括若干个，呈环形均匀分布。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述视觉模块包括CCD工业摄像机和图像采集卡；
所述CCD工业摄像机拍摄印刷电路板的图像；
所述图像采集卡捕获印刷电路板的图像，并将印刷电路板的图像导入所述图像处理模块进行数字处理；
所述CCD工业摄像机为43万像素彩色摄像头，所述CCD工业摄像机的显示分辨率为0.001mm。
5.根据权利要求1所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述运动模块包括机械运动平台以及机械运动控制装置；
印刷电路板放置在所述机械运动平台上，所述机械运动控制装置控制所述机械运动平台的运行。
6.根据权利要求5所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述机械运动平台包括伺服电机，三轴支架式精密平台，丝杠，直线导轨；
所述伺服电机驱动所述丝杠和所述直线导轨运动，进而带动印刷电路板移动。
7.根据权利要求6所述的路印刷板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述三轴支架式精密平台包括沿水平方向移动且互相垂直的X轴和Y轴，以及沿竖直方向移动的Z轴。
8.根据权利要求6所述的路印刷板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述直线导轨包括主体部、位于主体部上的直线导轨部、沿直线导轨部滑动的直线运动滑块、位于直线导轨部与直线运动滑块之间的钢珠、以及位于直线运动滑块两端的端盖。
9.根据权利要求5所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述机械运动控制装置包括运动控制器；
所述运动控制器控制所述伺服电机驱动所述丝杠和所述直线导轨运动。
10.根据权利要求1所述的印刷电路板检测用全自动智能测试设备，其特征在于，所述图像处理模块包括工业计算机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210601 |