专利名称：印刷电路板孔径孔数检测cis图像获取方法
技术领域：
本发明属于图像处理及计算机视觉技术领域。
背景技术：
图像处理、计算机视觉在制造业领域有着广泛的应用，尤其在产品检验、加工过程监察、测量和装配任务方面有着重要作用。在印刷电路板(简称PCB)的生产过程中，对产品质量进行检测和控制是一个关键环节。为了解决人工检测存在的检测质量不稳定等问题，人们开发了多种专用的在线质量检测系统。当前PCB检孔机市场上，可以看到的设备一般采用数目不等的CCD图像传感器、使用透射光等非接触式检测方式来获取图像。如台湾亚亚科技出品的HC-610采用CCD图像传感器和透射光检测方式，采用高频光源，其孔径解析度为2微米，容许待检印刷电路板以±30°地倾斜度摆放；台湾京晖自动机械有限公司出品的HIS200-6070采用Line CCD图像传感器，其光照方式为同时使用上下光源，最小解析度为0.001mm，扫描速度为66mm/sec～132mm/sec，可以实现缺孔、孔径错误、孔位置偏移和多钻孔的检测；MEIKO公司出品的MHI2600以及SEIREN公司出品的HC-3W、HC-5系列产品也都采用CCD图像传感器，且后者的产品传感器数目多于15个。而当前这些产品主要存在这一下这些问题1.价格昂贵由于CCD传感器本身的造价和工艺要求，使得当前市场上的采用CCD传感器的PCB检测设备售价高达六十万元以上，这种高价产品使得众多PCB生产厂家尽量降低检孔设备购买数量。
2.检孔机图像采集部分制造工艺复杂由于CCD传感器镜头系统的视场角较小，而生产的印刷电路板的宽度远远大于镜头可以覆盖的宽度。所以现有产品多采用密集型多数目CCD或者移动CCD进行图像采集，这使图像采集部分的制造工艺变得复杂，且精度要求高，一般装配精度要求在0.001mm左右。
3.图像配准要求苛刻部分检孔机对印刷电路板摆放的位置要求苛刻，甚至存在需要固定摆放位置的设备。
发明内容
为了降低印刷电路板检孔机设备造价，简化设备图像采集部分的结构，快速实时的完成高精度、高密度的孔径孔数检测。本发明提供了一种新型印刷电路板孔径孔数检测方法以及应用该方法实现的一套检孔系统，即，使用接触式图像传感器(CIS)取代CCD图像传感器实现图像获�。⒄攵訡IS图像传感器设计了一个图像采集板卡，使用该板卡可以实时采集并显示被检测目标的二值图像。大幅度降低设备造价和生产工艺的复杂度，并实现了快速、稳定的实时检测。
本发明采用的技术方案是系统由印刷电路板传送装置、图像采集部分以及高端处理系统三个部分组成。其中，印刷电路板传送装置由高精度步进电机、传送带和压轮等组成，完成印刷电路板的平稳传送；图像采集部分由CIS图像传感器、图像采集板卡以及投射光源组成；高端处理系统则由在线检测部分和数据维护部分组成。
被检测的印刷电路板通过印刷电路板传送装置，逐一从密封好的CIS图像传感器下方通过；位于印刷电路板传送装置下的透射光源通过狭缝照射电路板，电路板上有孔和无孔的地方亮度明显不同，两条CIS图像传感器，在图像采集控制器(FPGA)的控制下同步获取目标图像，模拟图像信号首先通过比较器进行二值化，图像采集控制器对图像信号进行压缩，并生成图像存储地址将采集到的图像存储在存储器中，图像采集板卡上的通讯单元由单片机和USB通用串行总线控制器组成，由单片机主控实现USB通用串行总线通讯协议。通讯单元负责计算机与图像采集控制器的数据交换，将计算机的采集图像指令传给图像采集控制器，并将采集到的图像传送到计算机内存中，供高端处理系统进行后续处理和存储。
高端处理系统包括在线检测和数据维护两部分。在线检测部分又包括标准PCB资料输入、PCB图象拼接、PCB目标提取、目标PCB质量检测几个�？�。
在PCB资料输入中，应用Gerber文件转换技术完成了对标准信息的输入。
在PCB的图象拼接中，以在两条CIS拍摄重叠区域约束内寻找匹配线来确定拼接位置进行拼接。
在PCB目标提取中，对于目标PCB的完整分割，为了排除噪声的影响，以连通线加方向约束和斜率变化增量约束来完成PCB边缘的精确定位从而完成目标PCB的精确提取。
在目标PCB的质量检测中，为了摆脱苛刻图象配准的影响，以几何变换进行映射完成目标PCB的检测，该几何变换公式为
x′y′=cosθ-sinθsinθcosθx-ax-b+αβ]]>其中，(a，b)为定位点在标准图象中的坐标，(x，y)为任意一点的坐标，在这里可以理解为某圆孔的圆心坐标；(α，β)为目标PCB中对应，(a，b)，(x′，y′)对应(x，y)，θ为目标PCB相对旋转的角度。
在检测数据的在线或离线维护中，使用了Access数据库。
本发明的有益效果是造价低。本发明首创性地采用CIS使本发明的系统造价不足国外及我国台湾地区同类产品的三分之一。
工艺简单。本发明采用接触式图像传感器，其工艺特点在对PCB裸板检测特征的适应上，具有CCD无法比拟的优势，只需极少数目，并且不需要单独的成像光路。
对图像配准要求低。本发明由于在检测中引入并且利用了几何特征定位，大大降低了对PCB位置的要求，理论上可以允许PCB在±90°摆放。
检测速度快，检测精度高。本发明可以检测最小孔径为0.2mm，检测速度为2m/min，速度可调。
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本发明的系统示意2是图像采集单元的结构框3是本发明的高端处理部分的组成框1中1.印刷电路板传送装置，2.光源，3.图像采集单元，4.计算机，5.印刷电路板。图2中CIS图像传感器采用的是P8R304CHR15，比较器采用的是AD790，图像采集控制器采用的是XC100PQ208，存储器采用的是CY7C1049，通讯控制器采用的是W77E58，USB控制器采用的是USBN9602。
具体实施例方式
在图1中，待检测印刷电路板(5)放在印刷电路板传送装置(1)上，在电机的带动下沿着传送带表面以恒定速率运动，透射光源(2)放置在PCB传输装置两个相邻滚轮之间狭缝的正下方，向上通过狭缝照射PCB印刷电路板，照射到电路板上过孔的光线透过电路板可以被图像采集部分(3)的CIS图像传感器接收到，所成的像是亮的，而电路板上没有过孔的地方因为没有光线透过，在CIS图像传感器上所成的像是暗的，CIS图像传感器获得的亮度信息经过二值化，压缩存储在图像采集部分(3)的存储器中，由图像采集部分(3)的通讯模块传送到计算机(4)内存中，供高端处理系统进行后续处理和存储。高端处理系统由计算机和专用处理软件组成，负责对采集到的印刷电路板二值图像进行拼接和目标提取，并根据标准PCB模板对提取到的目标进行检测，给出对检测参数的统计结果。
权利要求
1.一种实时在线印刷电路板检孔机图像获取方法，其特征在于采用CIS接触式图像传感器作为印刷电路板检孔机的图像传感器。
全文摘要
一种实时在线印刷电路板检孔机CIS图象获取方法，该方法使用CIS图像传感器代替CCD图像传感器作为图象获取部件构成印刷电路板孔径孔数检测机。使用该方法构成印刷电路板检孔机具有造价低，工艺简单等特点。
文档编号G01B21/14GK1570560SQ03150150
公开日2005年1月26日 申请日期2003年7月21日 优先权日2003年7月21日
发明者刘万春, 朱玉文, 潘云东, 裴明恩, 刘俐 申请人:北京理工大学
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