自动光学检测中连续运动取像系统的设计与实现
|
摘要
在印刷电路板组装与制造工业中,人工检测已经逐渐无法满足生产的要求,自动光学检测设备开始越来越多地被应用到了组装质量的检测中。
自动光学检测是指用光学成像技术获取被检测物的数字图像,然后由计算机对图像进行计算以实现对被检测物的检验、分析和判断。在SMT生产线上,自动光学检测系统用光学手段获取被测贴装板的图像,然后用图像匹配检测图像中贴片元件的位置来检测电路板上的元件是否有缺件、偏位等情况。
在线AOI的运动取像系统主要分为走停方式(Stop-and-Go)和连续运动方式(Read-on-the-fly)两种。两种方式各有优劣,其中前一种是现在AOI产品普遍采用的一种方式。可是,连续运动方式更利于提高AOI的整体取像速度。
系统图像获取部分采用了康柰视公司的MVS-8500系列影像卡和索尼的HR-70系列CCD相机,IO控制和到位检测部分分别由研华的PCI-1751卡和PCI-1784计数卡完成,而运动部件采用了雅马哈公司的DRCX系列的双轴Robot控制器和XY-X系列两轴直交机器人。
整个软件主要在.net平台下实现,采用了C#语言进行开发。同时在部分影像处理和模板匹配的运算上调用了康柰视VisionPro○R的图像处理库。软件的功能主要包括运动控制、IO控制、取像和预处理(元件提取)。系统各个功能模块均经过测试,达到了预期结果。
In the PCB (Printed Circuit Board) Assembly and manufacture industry, Manual Vision Inspection (MVI) is not yet satisfies the quest, Automated Optical Inspection (AOI) systems are more and more used in the PCB (Printed Circuit Board) Assembly field for inspecting the PCB assembling quality.
Automated Optical Inspection systems integrated performance of camera、lighting system design and vision algorithms to meet the quality control requirements. In Surface Mount Technology (SMT) production line, Automated Optical Inspection systems use charge-coupled device (CCD) cameras to acquire images of the circuit board, and the images are analyzed to determine whether there are any defects in each area of the board. Automated Optical Inspection systems can identify process problems resulting in missing and misplaced components.
On-line AOI's image acquires system mainly include two kinds of method: Stop-and-Go and Read-on-the-fly. They are each to have advantage and disadvantage, and the first method is most used. But Read-on-the-fly has obvious advantage on the inspect speed. The system is mainly include several hardware: Cognex○R MVS-8500 series image card and Sony○R HR-70 series CCD camera; Advantech○R PCI-1751 io card and PCI-1784 counter card; Yamaha○R DRCX series robot controller.
Software based on Microsoft .net platform, used C# to develop. Some image process used VisionPro’s library. Experiment proved that, all the function is done in the rough.
自动光学检测是指用光学成像技术获取被检测物的数字图像,然后由计算机对图像进行计算以实现对被检测物的检验、分析和判断。在SMT生产线上,自动光学检测系统用光学手段获取被测贴装板的图像,然后用图像匹配检测图像中贴片元件的位置来检测电路板上的元件是否有缺件、偏位等情况。
在线AOI的运动取像系统主要分为走停方式(Stop-and-Go)和连续运动方式(Read-on-the-fly)两种。两种方式各有优劣,其中前一种是现在AOI产品普遍采用的一种方式。可是,连续运动方式更利于提高AOI的整体取像速度。
系统图像获取部分采用了康柰视公司的MVS-8500系列影像卡和索尼的HR-70系列CCD相机,IO控制和到位检测部分分别由研华的PCI-1751卡和PCI-1784计数卡完成,而运动部件采用了雅马哈公司的DRCX系列的双轴Robot控制器和XY-X系列两轴直交机器人。
整个软件主要在.net平台下实现,采用了C#语言进行开发。同时在部分影像处理和模板匹配的运算上调用了康柰视VisionPro○R的图像处理库。软件的功能主要包括运动控制、IO控制、取像和预处理(元件提取)。系统各个功能模块均经过测试,达到了预期结果。
In the PCB (Printed Circuit Board) Assembly and manufacture industry, Manual Vision Inspection (MVI) is not yet satisfies the quest, Automated Optical Inspection (AOI) systems are more and more used in the PCB (Printed Circuit Board) Assembly field for inspecting the PCB assembling quality.
Automated Optical Inspection systems integrated performance of camera、lighting system design and vision algorithms to meet the quality control requirements. In Surface Mount Technology (SMT) production line, Automated Optical Inspection systems use charge-coupled device (CCD) cameras to acquire images of the circuit board, and the images are analyzed to determine whether there are any defects in each area of the board. Automated Optical Inspection systems can identify process problems resulting in missing and misplaced components.
On-line AOI's image acquires system mainly include two kinds of method: Stop-and-Go and Read-on-the-fly. They are each to have advantage and disadvantage, and the first method is most used. But Read-on-the-fly has obvious advantage on the inspect speed. The system is mainly include several hardware: Cognex○R MVS-8500 series image card and Sony○R HR-70 series CCD camera; Advantech○R PCI-1751 io card and PCI-1784 counter card; Yamaha○R DRCX series robot controller.
Software based on Microsoft .net platform, used C# to develop. Some image process used VisionPro’s library. Experiment proved that, all the function is done in the rough.
引文
[1]吴懿平,鲜飞.电子组装技术.华中科技大学出版社, 2006. (12):184~198.
[2] H.J.Kim,T.H.Park,A clusteringalgorithm for path planning of SMTinspection machines, SICE 2003Annual Conference,2003, 3:2869~2874.
[3]赫荣威.计算机图像处理技术.北京:北京师范大学出版社, 1990.
[4]余松煜.数字图像处理.上海:上海交通大学出版社, 1987. 169~70.
[5]周德俭. SMT组装质量检测中的AOI技术与系统.电子工业专用设备, 2002, 31(2):87~92.
[6] Ronald C. Lasky, Ph. D., PE. Senior Consultant to the Indium Corp., May be Contacted at 26 Howe St., Medway, MA 02053; (508) 553~5672 or (315) 381~7566
[7]侯一雪.应用AOI控制制造工艺质量.电子工业专用设备, 2002, (6).
[8]常健生等.检测与转换技术.机械工业出版社,1989, (6).
[9]鲜飞.高密度封装技术推动测试技术发展.现代表面贴装资讯, 2004, 8(4):64~66.
[10]张亚鹏,何涛,文昌俊等.机器视觉在工业测量中的应用与研究.光学精密工程, 2001 ,9(4):324~329.
[11]白木,周洁. AOI系统在SMT生产线上的应用.电子机械工程, 2003, 19(3):10~14.
[12]周德俭,吴兆华.组装工艺技术.北京:国防工业出版社, 2002. 25~27
[13]苏寒松,谢亚利,黄元坤.表面贴装实习教学系统的研究和应用.实验室研究与探索, 2005, (8):3~5.
[14] J.Arena, P.Lipson, Machine-visionand inspection test report. SMTChina, 2003, (5):56~58.
[15] John W.Ledden.现代PCB测试的策略.表面贴装工艺, 2000, (12): 12~14
[16]姚立新,张武学,连军莉. AOI系统在PCB中的应用.测试与测量技术, 2004, (5):25~27.
[17]祝长青. AOI在研究所型SMT生产线上的一机两用实践.电子工业技术, 2005,(5):147~149.
[18]罗兵,曾歆懿,季秀霞. SMT产品缺陷及相应的AOI检测方法.理论与实践, 2006, (6):35~37.
[19]谢华.印制电路板自动测试系统的设计与应用研究.电子科技大学学报, 2000, (5):504~517.
[20]何俊山.新的在线检测系统,自动光学检查系统. http://www. china-assembly. com, 2000
[21]禹胜林,王听岳,崔殿亭.球栅阵列封装器件与检测技术.电子工艺技术, 2000, 1(21):10~12.
[22]王彩萍.电路组装技术的检测技术.电子工艺技术, 2000, 4(21):157~159.
[23]王行乾. SMT发展面临的新挑战. 2003年中国电子制造技术论坛会论文集.中国深圳:中国电子学会生产技术学分会, 2003, (8):53~56.
[24] Holger Roth,Phoenix Company.无铅焊点的X光检测.表面贴装技术, 2002, (4):10~12.
[25]顾颖滢.自动光学检验设备对无铅焊膏的检测.表面贴装技术, 2002, (3):21~24.
[26]李强. PCB板缺陷自动检侧技术的分析研究.合肥工业大学硕士研究生学位论文. 2002.
[27]谢佳紊.基于计算机视觉的印刷电路板自动检测系统的研究.西安理工大学硕士研究生学位论文, 2004, (3).
[28]刘俊.快速PCB机关键技术的研究.西安理工大学硕士研究生学位论文. 2003, (3)
[29]易继斌.特殊介质印刷电路板缺陷视觉检测系统的研究.广西师范大学硕士研究生学位论文. 2002, (5).
[30]张宏建,蒙建波.自动检测技术与装置.北京:化学工业出版社, 2004.
[31]周德检. SMT组装质量检测中的AOI技术与系统.桂林工学院, 2002.
[32]颜发根,刘建群,陈新,丁少化.机器视觉及其在制造业中的应用.机械制造, 2004.
[33]段峰,王耀南.机器视觉技术及其应用综述.自动化博览, 2002.
[34]李福建,张元培.机器视觉系统组成.北京:北京工商大学机械自动化学报, 2003.
[35]王巧华,文友先,刘俭英.我国机器视觉技术的发展前沿.龙机化研究, 2002.
[36]王思华.计算机视觉新技术在IC标记质量检验系统设计中的作用. 2004.
[37]郑南宁.计算机视觉与模式识别.第1版,北京:国防工业出版社, 1998.
[38] Milan Sonka, Vaclav Hlavac, Roger Boyle.图像分析与机器视觉.第1版,北京:人民邮电出版社, 2003.
[39]刘焕军,王耀南,段峰.机器视觉中的图像采集技术.电脑与信息技术, 2003.
[40]黄素贞,尹立新,张国梁.基于CCD的图像采集处理系统的研究.电子技术应用, 2004.
[41]李杰,宜国荣.印刷电路板缺陷自动检查系统.计算机工程. 1992:35~38.
[42]栗绍峰,徐秉春,俞昌.自动视觉检测织物缺陷的方法及其应用系统.电子技术应用. Vol. 13 No.4 1999年第4期
[43]章城晋.图像工程下册图像理解与计算机视觉.北京:清华大学出版社, 2000: 163~188.
[44]容观澳.计算机图像处理.北京:清华大学出版社, 2000.
[45]何恒,余英林.一种用于图像检索的综合模糊直方图方法.中国图像图形学报, 2001:694~698.
[46]王润生.图像理解.长沙:国防科技大学出版社, 1995
[47]阮秋琦.数字图像处理学.北京:电子工业出版社, 2001
[48]薛鸿民.基于内容的图像检索的关键技术研究与实现.西安电子科技大学硕士研究生学位论文,西安:西安电子科技大学计算机工程学院, 2002.
[49] Castleman K R著,朱志刚等.数字图象处理.北京:电子工业出版社, 1998.
[50]边策棋,张学工.模式识别,北京:清华大学出版社, 1999.
[51] LynnLeone, CelesticaCorporation, FortCollins, Colorado. Test and lnspection : Effective Process Control Strategies. SMTAI International 2000国际表面贴装技术学术论文集.世界产品与技术杂社, 2001. (5):146~152.
[2] H.J.Kim,T.H.Park,A clusteringalgorithm for path planning of SMTinspection machines, SICE 2003Annual Conference,2003, 3:2869~2874.
[3]赫荣威.计算机图像处理技术.北京:北京师范大学出版社, 1990.
[4]余松煜.数字图像处理.上海:上海交通大学出版社, 1987. 169~70.
[5]周德俭. SMT组装质量检测中的AOI技术与系统.电子工业专用设备, 2002, 31(2):87~92.
[6] Ronald C. Lasky, Ph. D., PE. Senior Consultant to the Indium Corp., May be Contacted at 26 Howe St., Medway, MA 02053; (508) 553~5672 or (315) 381~7566
[7]侯一雪.应用AOI控制制造工艺质量.电子工业专用设备, 2002, (6).
[8]常健生等.检测与转换技术.机械工业出版社,1989, (6).
[9]鲜飞.高密度封装技术推动测试技术发展.现代表面贴装资讯, 2004, 8(4):64~66.
[10]张亚鹏,何涛,文昌俊等.机器视觉在工业测量中的应用与研究.光学精密工程, 2001 ,9(4):324~329.
[11]白木,周洁. AOI系统在SMT生产线上的应用.电子机械工程, 2003, 19(3):10~14.
[12]周德俭,吴兆华.组装工艺技术.北京:国防工业出版社, 2002. 25~27
[13]苏寒松,谢亚利,黄元坤.表面贴装实习教学系统的研究和应用.实验室研究与探索, 2005, (8):3~5.
[14] J.Arena, P.Lipson, Machine-visionand inspection test report. SMTChina, 2003, (5):56~58.
[15] John W.Ledden.现代PCB测试的策略.表面贴装工艺, 2000, (12): 12~14
[16]姚立新,张武学,连军莉. AOI系统在PCB中的应用.测试与测量技术, 2004, (5):25~27.
[17]祝长青. AOI在研究所型SMT生产线上的一机两用实践.电子工业技术, 2005,(5):147~149.
[18]罗兵,曾歆懿,季秀霞. SMT产品缺陷及相应的AOI检测方法.理论与实践, 2006, (6):35~37.
[19]谢华.印制电路板自动测试系统的设计与应用研究.电子科技大学学报, 2000, (5):504~517.
[20]何俊山.新的在线检测系统,自动光学检查系统. http://www. china-assembly. com, 2000
[21]禹胜林,王听岳,崔殿亭.球栅阵列封装器件与检测技术.电子工艺技术, 2000, 1(21):10~12.
[22]王彩萍.电路组装技术的检测技术.电子工艺技术, 2000, 4(21):157~159.
[23]王行乾. SMT发展面临的新挑战. 2003年中国电子制造技术论坛会论文集.中国深圳:中国电子学会生产技术学分会, 2003, (8):53~56.
[24] Holger Roth,Phoenix Company.无铅焊点的X光检测.表面贴装技术, 2002, (4):10~12.
[25]顾颖滢.自动光学检验设备对无铅焊膏的检测.表面贴装技术, 2002, (3):21~24.
[26]李强. PCB板缺陷自动检侧技术的分析研究.合肥工业大学硕士研究生学位论文. 2002.
[27]谢佳紊.基于计算机视觉的印刷电路板自动检测系统的研究.西安理工大学硕士研究生学位论文, 2004, (3).
[28]刘俊.快速PCB机关键技术的研究.西安理工大学硕士研究生学位论文. 2003, (3)
[29]易继斌.特殊介质印刷电路板缺陷视觉检测系统的研究.广西师范大学硕士研究生学位论文. 2002, (5).
[30]张宏建,蒙建波.自动检测技术与装置.北京:化学工业出版社, 2004.
[31]周德检. SMT组装质量检测中的AOI技术与系统.桂林工学院, 2002.
[32]颜发根,刘建群,陈新,丁少化.机器视觉及其在制造业中的应用.机械制造, 2004.
[33]段峰,王耀南.机器视觉技术及其应用综述.自动化博览, 2002.
[34]李福建,张元培.机器视觉系统组成.北京:北京工商大学机械自动化学报, 2003.
[35]王巧华,文友先,刘俭英.我国机器视觉技术的发展前沿.龙机化研究, 2002.
[36]王思华.计算机视觉新技术在IC标记质量检验系统设计中的作用. 2004.
[37]郑南宁.计算机视觉与模式识别.第1版,北京:国防工业出版社, 1998.
[38] Milan Sonka, Vaclav Hlavac, Roger Boyle.图像分析与机器视觉.第1版,北京:人民邮电出版社, 2003.
[39]刘焕军,王耀南,段峰.机器视觉中的图像采集技术.电脑与信息技术, 2003.
[40]黄素贞,尹立新,张国梁.基于CCD的图像采集处理系统的研究.电子技术应用, 2004.
[41]李杰,宜国荣.印刷电路板缺陷自动检查系统.计算机工程. 1992:35~38.
[42]栗绍峰,徐秉春,俞昌.自动视觉检测织物缺陷的方法及其应用系统.电子技术应用. Vol. 13 No.4 1999年第4期
[43]章城晋.图像工程下册图像理解与计算机视觉.北京:清华大学出版社, 2000: 163~188.
[44]容观澳.计算机图像处理.北京:清华大学出版社, 2000.
[45]何恒,余英林.一种用于图像检索的综合模糊直方图方法.中国图像图形学报, 2001:694~698.
[46]王润生.图像理解.长沙:国防科技大学出版社, 1995
[47]阮秋琦.数字图像处理学.北京:电子工业出版社, 2001
[48]薛鸿民.基于内容的图像检索的关键技术研究与实现.西安电子科技大学硕士研究生学位论文,西安:西安电子科技大学计算机工程学院, 2002.
[49] Castleman K R著,朱志刚等.数字图象处理.北京:电子工业出版社, 1998.
[50]边策棋,张学工.模式识别,北京:清华大学出版社, 1999.
[51] LynnLeone, CelesticaCorporation, FortCollins, Colorado. Test and lnspection : Effective Process Control Strategies. SMTAI International 2000国际表面贴装技术学术论文集.世界产品与技术杂社, 2001. (5):146~152.