在線檢測電路板上器件漏插、插偏的方法與流程
2023-05-23 19:19:46 2
本發明涉及波峰焊設備的爐前檢查領域，利用圖像採集及處理來分析在進入波峰焊設備前的線路板上直插器件是否存在欠品，涉及一種工業用的機器視覺拍照設備及方法。
背景技術：
隨著電子元器件的日益微型化以及PCB板的高度集成化，人工目測的傳統方法已經完全不能夠滿足對現代產品質量近乎苛刻的高合格率要求。人工離線檢測是分期分批進行的，為期一天或幾天不等，主要由產品的批量大小來決定。由於離線檢測方法具有「事後」效應，所以不能實現在生產過程中的實時檢測與報警，使得產品缺陷未能得到及時的發現和糾正，造成生產資料的浪費。不僅如此，離線檢測方法對人的依賴程度較大，檢測準確度與檢測人員的工作習慣、經驗和疲勞程度等因素有關，誤檢和漏檢的情況時有發生，產品的可靠性不高。生理學和心理學研究還發現一個事實：儘管目視檢查人員僅僅重複進行著某種特殊的和單一的檢驗活動，其最大效率也不會超過85％。心理疲勞和視覺疲勞是引起這個事實的主要原因，因為人在長時間單一的工作環境中難以保證高度集中的注意力，而電子產品尺寸小而密度大、長時間高強度的檢測任務以及不同環境下的光線與顏色的差別都是引起心理疲勞和視覺疲勞的不可忽略的因素。這就意味著除了經過了有效檢測85％的產品之外，還有15％的產品的檢測並不一定準確無誤，有可能仍然存在著產品缺陷。因此，必須用一種有效的檢測手段來代替傳統的人工檢測方法，才能達到現代生產過程中既保證質量又提高效率的目的。
近年來光學測試法越來越受到重視。自動光學檢查系統(Automatic Optical Inspection System，簡稱AOpeitao)的核心是一套CCD攝像系統、交流伺服控制工作檯及圖像處理系統。在進行檢測時，首先將需要檢測的印刷電路板置於AOI系統的工作檯上，經過定位，調出需要檢測產品的檢測程序，工作檯將線路板送到鏡頭下面，鏡頭捕捉到線路板的圖像後，處理器將會在工作檯移至下一個位置時對捕捉到的圖像分析處理，通過對圖像進行連續處理，獲得較高的檢測速度。而為了實現檢測，必須配套在線檢測電路板上器件漏插、插偏的拍照系統，為檢測做好基礎準備。
技術實現要素：
為了解決電路板上器件漏插、插偏在線檢測的拍照問題，本發明提出如下技術方案：
一種在線檢測電路板上器件漏插、插偏的方法，使用在線檢測電路板上器件漏插、插偏的拍照系統獲取鏈條檢測區上PCB板的圖像，用LabVIEW軟體完成上位機的軟體設計，實時採集的圖像通過與配置文件存儲的合格圖像數據進行分析、對比來判斷當前的被檢測PCB板中存在漏插、插偏的位置，通過光電形式發出警報；令光線均勻分布在PCB板的表面，通過下位機控制電路對PCB載入狀態檢測，並實時監聽上位機命令狀態來控制鏈條的運轉和產生聲光報警信號；選取兩條條形光源以將高亮光投射在被檢測的PCB板上，得到無影且均勻的打光效果，光源投射的光強強度大於設備所在場合的照明產生的光強強度；檢測對象PCB板的尺寸為200mmX200mm以上的直插件，支持器件最小本體尺寸3mmX1mm，相鄰器件間距小於1mm，檢測在PCB板運動過程中完成，波峰焊典型的輸送速度是100cm/min，所選取的工業相機有外部觸發拍照的功能，並擁有15幀/秒以上的幀速；所述在線檢測電路板上器件漏插、插偏的拍照系統，其特徵在於，安裝在波峰焊爐前，該系統包括鏈條、光電檢測模塊、鏈條運轉控制模塊、微處理器、可調節光源和攝像機、工業PC；所述微控制器分別連接聲光報警模塊、鏈條運轉控制模塊、光電檢測模塊、可調節光源和工業PC，所述工業PC還連接工業相機；所述用於檢測PCB板進入檢測區的光電檢測模塊，其位於鏈條的檢測區上方，光電檢測模塊檢測到有PCB板進入檢測區則向微控制器發出控制信號，並由微控制器將控制信號傳輸至工業PC，工業PC依據控制信號控制工業相機對檢測區內的PCB板拍照，所述工業相機和可調節光源位於鏈條的檢測區的上方，所述鏈條運轉控制模塊接收工業PC向微處理器發出的運轉控制信號以控制鏈條運轉。
進一步的，所述在線檢測電路板上器件漏插、插偏的拍照系統，還包括用於在鏈條運轉異常時報警的聲光報警模塊。
進一步的，所述可調節光源為條形光源。
有益效果：本發明提供的在線檢測電路板上器件漏插、插偏的拍照系統，實現了對PCB板檢測區的拍照，從而，為漏插、插偏的檢測提供了基礎圖像數據。
附圖說明
圖1為本發明所述系統的結構示意框圖。
具體實施方式
在線檢測電路板上器件漏插、插偏的拍照系統，安裝在波峰焊爐前，該系統包括鏈條、光電檢測模塊、鏈條運轉控制模塊、微處理器、可調節光源和攝像機、工業PC；所述微控制器分別連接聲光報警模塊、鏈條運轉控制模塊、光電檢測模塊、可調節光源和工業PC，所述工業PC還連接工業相機；所述用於檢測PCB板進入檢測區的光電檢測模塊，其位於鏈條的檢測區上方，光電檢測模塊檢測到有PCB板進入檢測區則向微控制器發出控制信號，並由微控制器將控制信號傳輸至工業PC，工業PC依據控制信號控制工業相機對檢測區內的PCB板拍照，所述工業相機和可調節光源位於鏈條的檢測區的上方，所述鏈條運轉控制模塊接收工業PC向微處理器發出的運轉控制信號以控制鏈條運轉。所述的在線檢測電路板上器件漏插、插偏的拍照系統，還包括用於在鏈條運轉異常時報警的聲光報警模塊，所述可調節光源為條形光源。
在該實施例中，由于波峰焊設備是電路板焊接的重要設備之一，其完成了在電路板上對直插元器件的焊接。電路板貼裝加工廠中常見的插件過程均為人工操作或人工機器混合插件，然後人工檢查後再進入波峰焊設備進行焊接處理，所以此過程中常會存在人為疏忽而產生的直插件漏查、插偏的現象，即使爐後安有檢測人員檢查，依然增加了不良品流出的風險且降低了生產效率。目前市場上與其配套使用的視覺檢測設備大多數為爐後檢測，即電路板通過焊接加工之後對其進行質量檢測，檢測的內容包括焊接質量、是否虛焊漏焊等。
使用上述系統實現一種在線檢測電路板上器件漏插、插偏的方法，使用在線檢測電路板上器件漏插、插偏的拍照系統獲取鏈條檢測區上PCB板的圖像，用LabVIEW軟體完成上位機的軟體設計，實時採集的圖像通過與配置文件存儲的合格圖像數據進行分析、對比來判斷當前的被檢測PCB板中存在漏插、插偏的位置，通過光電形式發出警報；令光線均勻分布在PCB板的表面，通過下位機控制電路對PCB載入狀態檢測，並實時監聽上位機命令狀態來控制鏈條的運轉和產生聲光報警信號；選取兩條條形光源以將高亮光投射在被檢測的PCB板上，得到無影且均勻的打光效果，光源投射的光強強度大於設備所在場合的照明產生的光強強度；檢測對象PCB板的尺寸為200mmX200mm以上的直插件，支持器件最小本體尺寸3mmX1mm，相鄰器件間距小於1mm，檢測在PCB板運動過程中完成，波峰焊典型的輸送速度是100cm/min，所選取的工業相機有外部觸發拍照的功能，並擁有15幀/秒以上的幀速。
由此，上述系統和方法，具有在線檢測進入波峰焊爐前的電路板上是否存在器件漏插、插偏的功能。
(1)理論意義：基於機器學習策略的數字圖像特徵分類與識別算法，充分利用數字圖像的顏色、形狀以及統計信息，檢測準確度更高，可以檢測灰度算法無法檢測的彩色標識的器件。
(2)應用價值：電路板貼裝加工廠中常見的波峰焊線體中較少存在爐前檢測設備，一般都在爐後安排有檢查工人進行人工檢測，若檢測出漏焊，虛焊，連焊等缺陷時則人工進行處理，其中對漏焊器件的處理最為費時費力。同時爐前爐後均為人工操作，所以增加了不良品的流出，影響公司聲譽同時降低了生產效率。課題中研發的基於機器學習策略的數字圖像特徵分類與識別裝置專門用在爐前，如果爐前檢測出線路板上存在漏插或插偏的情況，則控制系統會令運輸鏈條停止並發出聲光報警已提示爐前插件人員進行對應的修整。以防患於未然的方式提升了生產過程的可靠性和高效率。
(3)社會價值：由於進口設備價格昂貴，給國內印製電路板及貼片代工廠家帶來了巨大的經濟壓力，而且這些設備往往不適合國內操作人員的習慣，在使用過程中不能充分利用其功能，造成了資源的極大浪費。本課題提出的設備具有較高的性價比，在操作方面也極其符合國內工廠人員的操作習慣，所以預計其能夠為國內電路板行業的現代化生產相關的廠家帶來有力的推動作用。
實施例2：一種在線檢測電路板上器件漏插、插偏的方法，利用工業相機、鏡頭及光源完成優質圖像的採集，利用LabVIEW軟體完成上位機的軟體設計，實時採集的圖像通過與配置文件存儲的合格圖像數據進行分析、對比來判斷當前的被檢測電路板中存在缺陷的位置，通過光電形式發出警報。本發明通過光源的充分選型和實驗，令光線均勻分布在電路板的表面，可以通過此獲取質量優良的圖片；通過選取高解析度和幀速的工業相機和大視野鏡頭來儘量滿足各種尺寸的PCB的檢測；通過下位機控制電路完成檢測PCB載入狀態、實時監聽上位機命令狀態來準確控制輸送鏈條的運轉和產生聲光報警信號；基於LabVIEW平臺，利用其底層函數庫搭建出核心算法，可以編寫結構清晰、執行效率高的程序，同時人機界面能滿足易操作性。
根據被檢測物的情況光源有條形光源、環形光源、同軸光源和背光源等多種。條形光源性價比較高，適用在金屬、玻璃等光滑表面的檢測，表面裂縫檢查。本課題中待檢測的PCB多為較大的方形結構，所以選取兩條長度合適的條形光源以一定的角度和高度將高亮光投射在被檢測的PCB上能夠得到無影且均勻的打光效果，光源投射的光強須明顯大於設備所在場合的照明產生的光強強度。此時相機拍攝的照片才能保證有效、可靠。
本發明所涉及的設備檢測對象為PCB尺寸為200mmX200mm上的直插件，支持器件最小本體尺寸3mmX1mm，相鄰器件間距可以小於1mm以內，所以所選相機的解析度須能夠有效分辨出相鄰器件的各自特徵。由於設備是在線式設備，即檢測是在PCB運動過程中完成的，波峰焊典型的輸送速度是100cm/min，所以所選取的相機的需要有外部觸發拍照的功能，同時擁有15幀/秒以上的幀速。
下位機電路起著承上啟下的作用，在完成檢測PCB載入狀態的同時能夠完成高效的反饋控制和可靠的實時通信。
上位機軟體主要有4個界面組成，每個界面中實現各自的功能。「實時檢測」界面可以觀察當前測量結果和已經流動在波峰焊中的所有板子合格情況的指示，可以顯示生產產品的總數及欠品所佔比率等數據。通過「建立模板」的人機界面實現建立圖像識別模板的過程，要求此過程所需的步驟簡單、可操作性強。通過「歷史數據」可以查詢當時的出現漏插情況時的所屬線體、操作時間及漏插數量等數據，同時存有相應的壓縮圖片備份。
本發明不局限於上述實施例，任何在本發明披露的技術範圍內的等同構思或者改變，均列為本發明的保護範圍。