摘要 针对在不同照明办法下会呈现不同的缺点特征，依据不同缺点的检测办法和选用的照明办法密切相关的特色，规划了光源二级照明体系及操控电路。此体系可跟着目标检测的不同而选用对应的照明办法，不同缺点在相对应照明办法下，可检测到目标的最优图画质量。操控电路既能在不同的环境中调理光源的亮度，又可独自调理需求要点杰出某一缺点部分的区域，到达了AOI检测体系对各种元件图画收集检测的要求。
PCB贴片装置缺点主动光学检测体系，是集计算机视觉、图画处理、数控准确认位和主动操控技能于一体的光机电一体化高科技产品。其硬件首要有图画收集卡、光源、光学镜头、CCD和计算机等。因受缺点检测体系中CCD视界巨细的约束，体系在检测时有必要移动贴片的PCB板或摄像机进行屡次收集图画，因而需规划运动操控模块，以完结移动渠道及PCB板传输的准确操控。缺点在不同办法照明下会呈现不同的特征，不同缺点的检测办法和选用的光源照明办法密切相关，因而要规划能依据检测目标选用相应照明办法的光源体系，使收集到的检测目标图画质量最优。本文规划了操控电路和二级光源体系，在各种相应的照明形式下检测到目标的质量最优图画。规划的操控电路中一是能经过光传感器主动调整光源操控器来操控光源的亮度，使光源的亮度坚持一致，二是一共有16个亮度操控区域，该区域可按恣意组合一起调理，也可彼此独立调理。到达了AOI检测体系对各元器材图画收集检测的要求。
1 检测体系原理及光源规划
1.1 检测体系原理
检测体系是检测PCB贴片进程中的缺点，进行反应后改进贴片工艺或改进进程操控来削减或消除缺点，其根本原理如图1所示。计算机程序操控摄像头分区域主动扫描贴片PCB，收集图画并对图形进行处理，测验的图画经特征提取、信息表达、分类辨认等软件剖析，查看出PCB的情况。
图画收集模块是体系完结对贴片PCB板的图画进行收集，然后输入到计算机体系存储，以供显现、传输和其他处理。图画预处理是图画处理的第一步，首要意图是消除噪声，改进图画的质量，增强有用信息的可检测性，为随后的处理创造条件，常用的预处理包含去噪、灰度改换和锐化等。PCB缺点的检测首要是为了检测出与其不同特征的缺点，其间包含缺件、偏移、歪斜、翻贴、引脚翘起、侧立、错件及桥接等，对以上缺点特征的提取是辨认缺点的根底。缺点分类辨认首要是依据图画匹配，结构恰当的分类器对缺点进行辨认和分类。
1.2 光源规划原理
缺点在不同办法照明下会呈现不同的特征，而不同缺点的检测办法和选用的照明办法密切相关，规划二级光源照明体系可依据不同的检测目标选用相对应的照明办法，在此相应照明办法下对检测目标图画进行收集能得到检测目标的最优质量图画。
1.2.1 光强传递函数
关于AOI体系，一般选用非相干的光源照明体系，成像体系可等效为图2所示的光学模型。等效光强为
其间，i为入射视点;I0为出射光强;ρd(x，y)为外表的反射率散布;d0为光源到物体的间隔;CCD为图画接纳器材，设CCD光敏元的横向、纵向尺度及横向、纵向间隔别离为a、b、c、d。则可得电荷的实践详细散布为
其间，t是电荷积分时刻;k是份额系数;d1是光学体系到物体人瞳的间隔;S0是人瞳的面积;h(x，y)是扩展函数;M是体系扩大系数。
1.2.2 光学照明体系光源规划
由式(2)可得，CCD经过积分所得电量与物体到光源的间隔平方成反比，与入射角余弦值和光强成正比。而关于给定的CCD，应在必定规模内进行曝光，若曝光量过小，物体的某些点因照度不行被噪声吞没;相反，若照度过大，则将使CCD的像元因曝光量过大而构成饱满或趋近于饱满，这样会使画面发生很多失真而使测量误差较大。因而一般将光敏面的最大照度调理为不高于最大饱满照度，由此便可充分利用元器材的动态改动规模，所以文中研讨并规划了两级照明体系。元器材的焊接部分在几种照明办法下的亮度散布如图3所示。焊点部位在水平照明下亮度较高，而元器材的上端在笔直照明下亮度高。依据此特色规划了选用水平照明与笔直照明的入射角不同而得到不同视觉特征的水平照明与笔直照明两种图画。
用二级照明体系照耀时光源亮度如图4所示，笔直照耀到与电路板平行的元器材上时大部分光线反射被到CCD中，而照耀到电极部位的光线反射到其他方向散失。笔直投射的光线抵达焊接部位，则大部分光线不会反射到摄像机一侧，则是向其他方向反射散失。
2 各种照明形式的规划及运用规模
不同缺点的检测与选用的照明办法密切相关，很多缺点在照明视点的不同会呈现特征，依据这些不同的特征，然后归纳判别是否为缺点，因而缺点检测的研讨需求与照明办法一起进行。所以在对元器材不同部位不同缺点进行检测时，需依据照明下得到的不同特征采纳相应不同的照明办法。文中依据不同部位的缺点检测规划了相应不同的照明形式，如表1所示。
2.1 水平照明
在水平照耀办法下构成的低亮度与高亮度规模如下：(1)低亮度规模。IC元器材的导线端、导线侧翼、焊盘、元器材的电极、电路板等。(2)高亮度规模。大歪斜视点导线的曲折部分、焊点等。
依据照耀亮度规模的不同，水平照明办法首要用于在IC或在其导线中，检测冷焊、漏焊或在SOIC、QFP查看桥接时选用。图5是在水平照明办法下得到的典型作用图。
2.2 笔直照明
在笔直照明办法下首要构成低、高两种亮度规模：(1)低亮度规模。大歪斜视点导线的曲折部分、焊点等。(2)高亮度规模。IC元器材的导线端、导线侧翼、焊盘、元器材的电极和电路板等。
因而，依据照耀亮度规模的不同，笔直照明办法首要用于查看元器材的导线端和一般芯片。笔直照明办法下的典型作用图画，如图6所示。
2.3 笔直-水平照明
因元器材件身、文字和丝印标志的漫反射使得在笔直照明办法下检测的作用并不抱负，故可选用笔直-水平照明办法来改进检测作用。笔直图画减去水平图画的典型作用图，如图7所示。
2.4 水平-笔直照明
一般运用水平照明办法，首要是用于检测SOIC、QFP的桥接，或IC导线部位和芯片的漏焊、冷焊、错焊等。当元器材件身、文字和白色丝印标志等高亮度部位运用水平照明办法不抱负时，可挑选选用“水平-笔直”照明。水平减去笔直图画的典型作用，如图8所示。
2.5 水平+笔直照明
水平+笔直照明是将在水平照明办法与笔直照明办法下所得到的亮度值合二为一，使得到的图画全体亮度较高，且较为滑润。
因贴片外表不平坦滑润而在笔直照明或水平照明下显得只要部分较亮的情况下，可选取运用这种水平+笔直照明办法。别的，在笔直照明下摆放阻抗和芯阻抗的电极部位取得的图画部分较暗，若采纳水平+笔直照明办法，取得的电极部位图画则相对明晰，一般用于寻觅电极正确的方位。图9为水平图画加笔直图画的典型图。
3 光源照明形式的驱动操控电路规划
现有的主动光学检测光源中一般只能一致调整照明亮度，而无法随自然光的改动主动调理光强。为到达一致的图画作用只能由人工调整光源亮度，且因为人工调整的不及时或调整不到位构成图画不一致，导致后续图画处理难度添加。别的，当要杰出产品的缺点部分或待测产品需求杰出检测的重要部分时，需屡次移动高精度的X-Y渠道，调整待测产品与光学镜头的方位联系，影响了检测的准确度，下降了检测功率。
文中规划的光源操控电路中，一是经过光传感器主动调整光源操控器来操控光源的亮度，使其光源亮度可坚持一致;二是一共有16个亮度操控区域，该区域可按恣意组合一起调理，也可彼此独登时调理，其操控是经过串口通讯完结的。操控器可经过操控16个操控区域的亮度杰出待测产品的缺点部分或重要部分，以进步检测精度及检测功率。
图10为操控电路组成框图，电路由4部分组成，电路部分1为电源稳压电路，作用是给整个电路体系供给安稳的5 V电源;电路部分2为操控器电路，是操控器的根本作业体系电路，作用是为操控电路部分3作业;电路部分3为LED驱动电路，其是首要立异部分，作用是依据电路部分2，操控器电路的操控信号来驱动LED照明;电路部分4为串口通讯电路，作用是供给TTL电平信号和RS-232协议电平信号的彼此转化，使操控器电路能承受RS-232协议的串口通讯衔接。
电路部分2操控器电路引出16根PWM信号线衔接电路部分3，PWM信号由操控电路的程序操控。当需改动某照明区域时，可经过串口通讯向CPU发送特定格局的指令来完结，CPU会依照输入的指令来改动对应端口PWM波的占空比，以到达操控对应照明区域亮度的意图。
电路部分3是LED驱动电路，为16路PWM的DAC转化电路，输入的PWM方波经过非门取反后，得到正反相两个PWM方波信号，再别离经过一个传导逻辑门，得到两个对出电气特性相同的正反相PWM方波信号。随后经电容耦合将沟通成分大幅抵消掉，并终究经由小功率三极管9014和中功率三极管2DS882组成的达林顿管作电压跟从扩大后，驱动各照明区域的LED。
图11为图10电路中LED驱动电路部分的一路电路图，图12为图11所示电路的沟通等效图。INPUT端输入的PWM方波经过非门取反后，得到两个PWM方波信号，这两个PWM方波信号别离经一个传导门，得到两个电气特性相同的正反相PWM方波信号，然后经过电容耦合将沟通成分较大程度地抵消掉，得到较安稳的直流信号从OUTPUT端输出，并终究经由小功率三极管9014和中功率三极管2DS882组成的达林顿管作电压跟从扩大之后，驱动发光二极管组件。
下面经过对图12进行剖析来确认电路中电阻电容的挑选：选用的PWM波为占空比可调方波。在规划PWM的低通网络时，PWM方波具有一个特征，即方波可被视为模拟信号，也可被视为数字信号，而数字信号因为操作比较模拟信号更易完结，即“倒相”。依据傅立叶改换理论，周期信号可被视为由若干个正弦信号和一个直流重量组成，这若干个正弦信号构成该信号的沟通成分，要完结PWM的ADC转化，就需将这些正弦信号去除。数字取反后的方波，分解出的正弦信号与取反前分解出的正弦信号成镜像联系，关于正弦信号而言等效于180°的相移，也便是数字取反后的方波其分解出的一切正弦信号重量的改动等效于发生了180°的相移，其巨细不变。这说明数字取反后，方波的频谱发生了180°的相移，若数字取反前后的方波相叠加，则在频域和时域上均可看出，成果将为0。
图12只考虑沟通电压成分，U2为非门A输出电压的沟通成分，U1为逻辑门B输出电压的沟通成分。U3为“OUTPUT端”的沟通成分，U4为剖析时的一个过衡量。
对图12进行剖析，U2为U1的倒相信号，为了便于推导，设U2的幅值为U1的A倍，则
该电路对低频信号的削弱作用将不会削弱。同样是一阶RC滤波电路，该电路对低频信号的削弱作用则比没有抵消作用强。
但因为该网络接上非线性元件逻辑门后，逻辑门引进的阻抗会使抵消作用过渡成一阶滤波作用，为削弱逻辑门接入带来的影响，此刻需将图中R1、R2、C1、C3增大，使两个逻辑门输出的信号少流入对方，然后坚持式(11)。
由以上剖析可知，在挑选器材时需确保C1=C3，R1=R2，并使其值尽量大。
为验证可调光源的操控作用，对二级光源体系进行了测验，别离在下午5点、6点和8点测验外界亮度和光源体系亮度，文中仅取其间的2块测验成果，如表2所示。模块1和模块12的亮度均可跟着外界亮度的改动进行主动调理，而当外界亮度低于某一值时，光源体系亮度到达最大值，外界亮度再持续下降，光源体系亮度仍坚持不变。
4 结束语
本文在剖析较常用的硬件设备原理、功能的根底上，依据照明原理和光强传递函数，规划了二级光源照明体系。在体系中依据不同的缺点检测目标而别离建立了相对应的5种照明形式，并在相对应的各种照明形式下对检测目标的图画进行收集，可得到最优图画质量，然后满意体系中各种元器材的收集图画要求。此外还侧重评论规划了选用二级光源体系及光源的操控电路，关于不同的缺点可选用不同的照明办法，光源亮度可依据外部亮光的强弱主动调理，以满意体系检测要求。规划的操控电路中：(1)可经过光传感器主动调整光源操控器来操控光源的亮度，使光源的亮度坚持一致;(2)共有16个亮度操控区域，该区域可按恣意组合一起调理，也可彼此独立进行调理。操控器可经过操控16个操控区域的亮度杰出待测产品的缺点部分或重要部分，以进步其的检测精度及检测功率。自适应挑选照明形式将成为下一步研讨作业的要点。
