視覺檢測系統硬件設計方案解析

引言

隨著表面組裝技術(SMT)中所使用的印制電路板(PCB)導體圖形的細線化，SMT元器件的微型化,以及SMT組件的高密度組裝和快速組裝的發展趨勢,采用目檢或人工光學檢測的形式檢測SMT組裝質量已不能適應。為此,自動光學檢測(AOI)技術作為SMT組裝質量檢測的主要技術手段,在SMT中應用越來越普遍。

AOI，也稱為自動視覺檢測，是基于光學原理，綜合采用圖像分析、計算機和自動控制等多種技術，對生產中遇到的缺陷進行檢測和處理，是較新的確認制造缺陷的方法。AOI系統按技術劃分為精密機械、電氣控制、視覺系統、軟件系統4大部分組成，其核心是一套基于CMOS或CCD的圖像采集系統、交流伺服控制x、y工作臺及圖像處理軟件系統。圖1為所設計的PCB板AOI檢測系統框圖。

圖1 PCB板AOI檢測系統框圖

視覺檢測系統硬件設計

AOI系統究其本質是一套基于機器視覺技術的表面缺陷檢測系統。如何獲取高質量的PCB表面圖像信息成為PCB光學檢測中首要解決的難題和重點，這是PCB表面缺陷檢測的關鍵。由于PCB缺陷的特殊性，AOI系統對視覺采集系統提出了很高的要求：高分辨率、高速率、實時檢測等。

視覺采集系統

針對AOI系統要求，選用基于DSP+CPLD的圖像采集處理模式。圖2為視覺采集系統框圖。系統通過DSP給CPLD發出一個采集命令，由CPLD控制CMOS圖像傳感器向FIFO的寫入圖像數據，同時DSP通過DMA將圖像轉移至SDRAM中并進行圖像處理，在處理結束后，將處理的結果通過DSP內置的USB接口傳給微機或其他設備。 I/O接口經擴展后，將控制觸發信號交由工作臺及電氣控制系統，完成系統采集控制的目的。

圖2 視覺采集系統框圖

USB通信接口電路

本設計采用的DSP芯片TMS320VC5509A集成了一個USB控制模塊(USB2.0 full speed)，可以完成和USB主機系統之間的讀寫操作，具有無需外加邏輯電路、使用方便等優點。使用TMS320VC5509A的片上USB模塊，完成DSP前端圖像采集系統與后臺PC機之間的通信硬件電路設計，簡化了圖像采集系統的硬件控制軟件和后臺PC機的驅動程序。