基于机器视觉的PCBA板检测与分拣系统的设计.pdf

基于机器视觉的 板检测与分拣系统的设计郑慧珍 郭红英基金项目:福建省中青年教师教育科研项目(编号)福建省中青年教师教育科研项目(编号)漳州职业技术学院科研项目(编号)和 漳 州 职 业 技 术 学 院 技 能 大 师 工 作 室(编 号)的研究成果之一收稿日期:作者简介:郑慧珍()福建漳州人 硕士 副教授 高级技师 技能大师 主要从事智能控制、电子设计方向的研究及教学:(漳州职业技术学院 福建漳州)摘要:结合目前行业现状及需求 设计出一种能对 板缺陷进行判断并分拣出缺陷板的分拣系统 系统包括 控制单元、检测单元、分拣单元、人机交互单元和上位机监控单元 给出系统总体和各重要部分的设计方案及框图 利用图像处理技术实现 板的缺陷检测 应用 控制技术实现系统的自动运行 提高生产效率 实验结果表明系统能够满足设计需求 实现 板的检测及分拣 具有较高的应用价值 关键词:机器视觉 板 检测与分拣 中图分类号:文献标识码:文章编号:()():/随着我国电子科技快速发展 人们对美好需求越来越强烈 各种电子产品设计越来越智能化因此对电路板的质量要求也随之提高 目前国内在自动在线检测技术方面水平有限 大部分还是依靠人工检测和半自动化检测 传统的质量检测方法耗费时间长、对工作人员专业水平要求高以及检测准确率低 更糟糕的是员工直接接触 板也会使元器件受到污染 导致产品质量下降不能满足工业化新形势的要求 人工检测已不合适高速发展的工业检测要求 目前主流 检测设备有:(自动光学检测)光学检测仪、检测仪、老化测试架等 文章采用 光学检测的方法进行 检测 通过摄像头自动扫描 采集图像 测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较 经过图像处理 可检测 板少焊、缺焊、漏焊等缺陷随着自动化水平的提高和近年来机器视觉在缺陷检测方面的飞速发展 设计出一套 板检测和分拣自动化生产线来代替传统人工检测的生产线已成为必然 检测器的总体设计 系统总体设计 板检测与分拣系统主要由 控制单元、检测单元、分拣单元、人机交互单元和上位机监控单元构成 图 为总体框图 控制单元以西门子 /为控制核心单元 采集红外传感器信号 控制伺服电机和气缸等设备进行动作 检测单元由红外传感器检测和视觉检测两部分组成 输送带将 板送到指定位置时 检测到红外信号 发出指令停止输送并由视觉单元检测 板是否存在缺焊漏焊等 板存在缺焊漏焊为不合格品由机械手的吸盘将不合格 板移出检测位置并由输送带传送到不合格品区域进行分拣 分拣单元根据 指令分拣出合格品和不合格品到不同区域 上位机用组态软件做成的监控界面进行实时跟踪显示自动化生产线的工作情况 实时采集合格产品和次品的数据并生成相应数据库(总第 期)(.)年第 期 九江学院学报(自然科学版)()图 系统总体框图 检测单元 检测单元 通过检测单元实现 板的定位、图像采集、图像分析处理 图 为检测单元硬件框图 检测单元由红外传感器检测和视觉检测两部分组成 由于 板较薄 红外传感器不适合安装在两侧 故系统的红外传感器安装在两根传送皮带的中间位置 发射管和接收管安装在同一位置 当 板经过指定位置时 遮挡住红外传感器 信号形成反射 接收管收到信号此时 板将停在该位置 视觉单元进行是否缺陷检测 视觉单元包括图 所示的工业相机、光源和图像处理模块构成 实验采用 工业相机 分辨率 全局曝光模式 帧率大于 (千兆以太网)接口可以用网线进行千兆网速的图像传输 支持多种图像数据格式输出 无需另外配置图像采集卡选择的镜头支持的分辨率为 万像素 的焦距 最大光圈 工作距离 相机配合对应镜头工作 由 外部触发信号控制相机采集 板图像 然后再进行图像处理分析 红外传感器 传送皮带 工作台 光源 镜头 工作台支架 步进电机图 检测单元框图 图像处理算法 板 检测常见缺陷种类有连焊、漏焊、缺焊、少焊 如图 所示()连焊()漏焊()缺焊()少焊图 检测常见缺陷种类采集来的图像采用均值滤波 均值滤波也称为线性滤波 其采用的主要方法为邻域平均法线性滤波的基本原理是用均值代替原图像中的各个像素值 即对待处理的当前像素点()选择一个模板 该模板由其近邻的若干像素组成求模板中所有像素的均值 再把该均值赋予当前像素点()作为处理后图像在该点上的灰度()即 ()()/为该模板中包含当前像素在内的像素总个数 板图像采集后使用均值滤波后更加平滑如图 所示()滤波前()平滑滤波后图 图像滤波效果对比 分拣单元分拣单元采用 ()平面关节型机器人 该机器人具有四个轴和四个运动自由度(包括绕 轴的旋转和沿 轴的平移自由度)它的主要职能是搬取零件和装配工作 板检测与分拣系统中此机器人末端执行器采用双吸盘如图 所示第 期 郑慧珍 等:基于机器视觉的 板检测与分拣系统的设计图 平面关节型机器人分拣平台架构如图 所示 控制步进电机转动 系统皮带在步进电机的带动下不断流转将待检测 板送到检测区域 由工业相机拍照检测并分析是否合格再由机械臂吸盘分拣产品到相应的收集区域 工业相机 红外传感器 板图 分拣单元平台架构 系统软件设计 板检测与分拣系统软件设计分为自动模式和手动模式 系统启动后 触摸屏上出现模式选择 选择手动模式则进入手动模式 选择自动模式进入自动模式 两种模式均无选择则 后自动进入自动模式 系统控制流程如图 所示手动模式下主要用来进行系统调试 可以调整步进电机的位移位置、步进电机运行速度调整、各指示灯的显示还有真空发生器是否启动等 用户在手动模式下可以对系统的状态进行调整 自动模式为工作模式和开机启动模式 可以完成 板的自动检测和分拣功能 同时可以具有应急情况报警及退出功能 进入自动模式后先进行状态初始化 步进电机带动皮带转动 运载 板到检测位置进行视觉检测 发送拍照信号触发上光源点亮 同时触发相机拍照 通过拍照采集到的图片进行分析 上是否有缺陷 记录检测结果 并输出缺陷位置 分拣出合格和不合格产品 计数存盘及显示图 系统控制流程图 实验测试实验所使用的光源为同轴光 与环形光源相比较 同轴光源所照射光直接与 板面不易形成反射 可直接清晰观察到漏焊、少焊、多焊区域 而环形光源与实验面板所形成的红光反射极易干扰到实验结果 因此采用环形光源 图 为实验样本采集图样()图为初始照片 所使用光源为同轴光 通过增强对比度 使漏焊、少焊、多焊区域与周围灰度对比加强 突出缺陷区域 此处灰度区域上限参数设置为 下限为 捕获图()将增强对比度后的彩色图形转为灰度图()再屏蔽无关元器件(晶振)防止误判(晶振易反光 容易误判为缺焊)捕获图()使用均值滤波 将图像中的噪声点灰度修正 减少光线所带来的干燥 也就是滤除一些无用噪声点 较上一次捕获 这次比较平滑 捕获图()最后使用斑点分析 设定好合适的面积值 筛选出图形中漏焊、少焊、多焊区域 并标记出来 捕获图()图()高亮绿色部分、为缺焊、为缺焊、为少焊 检测出一处缺陷 该板便被标识为不合格品 由分拣单元分拣到不合格区九江学院学报(自然科学版)年第 期()捕获()捕获()捕获()捕获()捕获()捕获 图 实验结果样本 结语各种电子产品设计越来越智能化 因此对电路板的质量要求也随之提高 但目前国内在自动在线检测技术方面水平有限 导致产品质量无法满足工业化新形势的需求 结合 控制技术和机器视觉技术设计了一款 板检测与分拣系统 系统能够实现对 板的自动检测和分拣提高检测准确性及检测效率 通过实验表明系统能很好的检测出缺陷板并进行分拣 具有较高的市场运用价值参考文献:陈飞 张健 胡红柱.基于机器视觉的 板自动分拣系统设计.常熟理工学院学报 ():.张凌志.基于 的 板检测与分拣生产线控制系统设计.青岛:青岛大学.谢春.自动化测试系统设计与实现.成都:电子科技大学.闫梦涛 苏玮 冉海周.基于机器视觉的 元器件实时检测系统.无线电工程 ():.张俊贤.基于机器视觉的 焊锡缺陷检测系统研究.杭州:浙江大学.淡州阳 刘粉林 巩道福.基于差分直方图中尾部信息的平滑滤波检测算法.计算机科学 ():.李宏 陈平 刘宋彬.机器人控制系统的设计与实现.制造业自动化 ():.张凌志 何文雪 曹洋洋.基于 的 板检测与分拣生产线控制系统设计.制造业自动化 ():.().(责任编辑 罗江龙)第 期 郑慧珍 等:基于机器视觉的 板检测与分拣系统的设计