视觉检测系统硬件设计方案解析

引言

随着表面组装技术(SMT)中所使用的印制电路板(PCB)导体图形的细线化，SMT元器件的微型化,以及SMT组件的高密度组装和快速组装的发展趋势,采用目检或人工光学检测的形式检测SMT组装质量已不能适应。为此,自动光学检测(AOI)技术作为SMT组装质量检测的主要技术手段,在SMT中应用越来越普遍。

AOI，也称为自动视觉检测，是基于光学原理，综合采用图像分析、计算机和自动控制等多种技术，对生产中遇到的缺陷进行检测和处理，是较新的确认制造缺陷的方法。AOI系统按技术划分为精密机械、电气控制、视觉系统、软件系统4大部分组成，其核心是一套基于CMOS或CCD的图像采集系统、交流伺服控制x、y工作台及图像处理软件系统。图1为所设计的PCB板AOI检测系统框图。

图1 PCB板AOI检测系统框图

视觉检测系统硬件设计

AOI系统究其本质是一套基于机器视觉技术的表面缺陷检测系统。如何获取高质量的PCB表面图像信息成为PCB光学检测中首要解决的难题和重点，这是PCB表面缺陷检测的关键。由于PCB缺陷的特殊性，AOI系统对视觉采集系统提出了很高的要求：高分辨率、高速率、实时检测等。

视觉采集系统

针对AOI系统要求，选用基于DSP+CPLD的图像采集处理模式。图2为视觉采集系统框图。系统通过DSP给CPLD发出一个采集命令，由CPLD控制CMOS图像传感器向FIFO的写入图像数据，同时DSP通过DMA将图像转移至SDRAM中并进行图像处理，在处理结束后，将处理的结果通过DSP内置的USB接口传给微机或其他设备。 I/O接口经扩展后，将控制触发信号交由工作台及电气控制系统，完成系统采集控制的目的。

图2 视觉采集系统框图

USB通信接口电路

本设计采用的DSP芯片TMS320VC5509A集成了一个USB控制模块(USB2.0 full speed)，可以完成和USB主机系统之间的读写操作，具有无需外加逻辑电路、使用方便等优点。使用TMS320VC5509A的片上USB模块，完成DSP前端图像采集系统与后台PC机之间的通信硬件电路设计，简化了图像采集系统的硬件控制软件和后台PC机的驱动程序。