彭粵龍 王佳 呂浩軒 李華岳 周月霞

摘要：在電子設(shè)備尤其是PCB板的生產(chǎn)過程中，大部分生產(chǎn)板檢測都是人工在線檢測的，并且傳統(tǒng)的人工目測難以實現(xiàn)對精度越來越高的PCB板表面檢測分析和統(tǒng)計。針對該問題，利用目前熱門且成熟的嵌入式技術(shù)、圖像檢測和處理技術(shù)，設(shè)計了基于嵌入式的PCB電路板檢測系統(tǒng)，把PCB板檢測程序運行于嵌入式開發(fā)板上，實現(xiàn)了針對性的、空間資源占用小的嵌入式系統(tǒng)檢測功能。

關(guān)鍵詞：電路檢測;圖像處理;嵌入式

引言

在工業(yè)pcb板產(chǎn)品大批量生產(chǎn)安裝過程中，像面板漏焊、極性元件倒置、漏插等存在安裝中的質(zhì)量安全問題時有發(fā)生，而客觀地對生產(chǎn)pcb板安裝表面形貌狀況進(jìn)行質(zhì)量評判也就成為了一項愈加重要的技術(shù)任務(wù)。傳統(tǒng)的工業(yè)人工單板目測難以實現(xiàn)對檢測精度越來越高的人工pcb板的自動檢測數(shù)據(jù)分析，不但可能存在單板檢測元件質(zhì)量由于人為因素造成影響大，勞動強度高，工作效率低等復(fù)雜問題，而且對于批量大、板上檢測元件多的人工pcb板自動測試安裝檢測流水線而言每每人工單板目測需要進(jìn)行一個pcb板自動檢測也是不現(xiàn)實的。針對這一技術(shù)不足，采用基于一種嵌入式的視頻圖像信號處理軟件技術(shù)的方法來設(shè)計實現(xiàn)了pcb板上各種元件直接安裝后的質(zhì)量安全檢測管理系統(tǒng)，用于生產(chǎn)工序質(zhì)量檢測，既實現(xiàn)了準(zhǔn)確、高效的PCB板表面檢測方法也十分符合PCB生產(chǎn)廠家的需求。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

該操作系統(tǒng)主要是基于利用自動嵌入式linux操作系統(tǒng)在平臺實驗板上自動實現(xiàn)對主板pcb板的相關(guān)元件、線路的圖像統(tǒng)計與信號檢測的，分為硬件平臺、實施系統(tǒng)資源應(yīng)用管理的自動嵌入式操作系統(tǒng)、實現(xiàn)自動圖像信號處理分析算法的系統(tǒng)應(yīng)用管理軟件三個組成部分共同組成。

嵌入式操作系統(tǒng)為所有底層驅(qū)動硬件用戶提供所有驅(qū)動軟件支持、任務(wù)運行管理、內(nèi)存任務(wù)管理、中斷任務(wù)管理以及首先完成上層硬件的驅(qū)動初始化，接著通過嵌入操作系統(tǒng)自身提供的硬件任務(wù)運行管理功能模塊進(jìn)行分配內(nèi)存、將圖像采集后得到的所有圖像音頻信息實時存儲到圖像存儲器的一個視頻顯示緩沖區(qū)，再通過實時軟件處理算法將寫入顯示視頻緩沖區(qū)的所有圖像音頻信息實時寫入到lcd顯示緩沖區(qū)中，實現(xiàn)所有圖像的高速實時視頻顯示，最后通過實時圖像信息處理軟件算法將顯示緩存區(qū)存儲中的所有圖像信息進(jìn)行音頻編碼、圖像信息處理及視頻存儲。

應(yīng)用算法軟件程序是專門針對各種目標(biāo)圖像需求設(shè)計編寫的一個專用程序，用于設(shè)計實現(xiàn)各種圖像信號處理中的算法，本系統(tǒng)實現(xiàn)PCB板的線路、元件統(tǒng)計和檢測。具體流程是：PCB圖像預(yù)處理->焊盤檢測->導(dǎo)線信息檢測->統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)->誤差定位。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1系統(tǒng)軟件整體流程的設(shè)計

統(tǒng)管理軟件設(shè)計主要就是考慮到系統(tǒng)的一個整體工作流程和整個圖像質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能如何建立的。系統(tǒng)運行軟件操作總體系統(tǒng)運行操作流程如上圖所示如下圖圖2所示，當(dāng)您在系統(tǒng)主機(jī)上的省電模式啟動后，將需要進(jìn)行一些初始化視頻操作，例如初始和優(yōu)化視頻串口、初始化視頻攝像頭、初始化led閃光燈等，并且系統(tǒng)會自動開啟一個線程，用于實時接收攝像頭采集到的圖像并顯示在LCD屏幕上。初始化完畢之后，系統(tǒng)會打開LED燈已保證圖像采集后實時顯示的光亮清楚和圖像檢測的精度，之后打開攝像頭不斷地采集LED燈光下固定位置的圖像。利用OpenCV中的CascadClassifier檢測分類器，當(dāng)圖像中沒有電路板時系統(tǒng)不會進(jìn)入檢測分析模式，只會顯示到開發(fā)板LCD屏幕上，而一旦捕捉檢測到了采集圖像中的電路板，系統(tǒng)就會進(jìn)入檢測分析模式，分析符合說明電路板無誤，否則有誤，并定位出異常區(qū)域。

2.2系統(tǒng)檢測分析步驟

圖像預(yù)處理：首先將采集到的圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖，將電路板以外的邊緣背景剪切，利用均值濾波前對圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕翟耄瑸榱嗽黾訄D像檢測時的對比度，需要對灰度圖采用適當(dāng)?shù)匿J化處理。

PCB元件和導(dǎo)線檢測：利用基于邊緣檢測的霍夫變換圖像全局特征將邊緣像素組成區(qū)域封閉邊界的一種方法，識別圖像中矩形和圓形實現(xiàn)PCB板檢測，從而分析PCB板的形狀和數(shù)量以及元器件的類型和個數(shù)。利用Hilditch細(xì)化算法來獲取PCB板線路中心線，利用從中心線做垂線的方法檢測線寬。

統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)：對上述檢測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)板的數(shù)據(jù)對比，可以分析出檢測板的質(zhì)量好壞，數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值偏離在一定范圍內(nèi)，認(rèn)為PCB的誤差是可接收的，否則認(rèn)為PCB存在缺陷。

錯誤定位：將缺陷檢測板圖像通過標(biāo)識、角度旋轉(zhuǎn)后得到與標(biāo)準(zhǔn)板圖像相同的大小、位置和角度，將兩張圖像預(yù)處理后得到二值圖像并異或，有誤差的地方將會以明顯的且聚集的白色狀顯示出來，此狀即為檢測板出現(xiàn)誤差的位置。

3系統(tǒng)主要硬件模塊設(shè)計

系統(tǒng)主要的核心硬件控制模塊基本結(jié)構(gòu)如波形圖3所示，系統(tǒng)中的主控控制模塊由基于cccortex-a53架構(gòu)的fls5p6818芯片組和集成了在flash中的存儲器并進(jìn)行下載之后嵌入到flinux中的系統(tǒng)模塊構(gòu)成，?；贚inux系統(tǒng)就可以通過其中的文件系統(tǒng)很方便地打開相關(guān)設(shè)備驅(qū)動，如攝像頭、LCD顯示屏，配置系統(tǒng)的環(huán)境變量就可以利用OPenCV動態(tài)庫運行基于OPenCV庫的圖像檢測分析程序。

燈光模塊用來照明以及調(diào)整圖像采集時的亮度，連接到嵌入式系統(tǒng)主控模塊，通過GPIO口使能燈光開關(guān)，通過GPIO口復(fù)用的PWM功能調(diào)整燈光的亮度。

攝像頭模塊用于采集圖像，鏡頭固定對準(zhǔn)檢測時電路板擺放的位置，背景為了防止反光采用黑色幕布，方便圖像預(yù)處理時剪切。攝像頭鏡頭可以通過手動調(diào)焦以應(yīng)付不同大小的電路板檢測。

LCD顯示屏模塊用于實時顯示攝像頭采集到的圖像，方便人員實時調(diào)整和監(jiān)控。

電機(jī)模塊用于將檢測完的電路板移出檢測范圍，并移入下一個檢測電路板，以模擬工廠生產(chǎn)時的流水線工程（圖1）。

5結(jié)束語

本項目以嵌入式系統(tǒng)為控制核心，結(jié)合Linux系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、LCD顯示屏、攝像頭等設(shè)備開發(fā)，只需要將需要檢測的電路板放置在步進(jìn)電機(jī)的移動帶上，便可以將多個電路板逐個檢測分析，并將錯誤的板子中的異常定位出來。這一功能的實現(xiàn)，既為電路檢測帶來更大的遍歷，同時也降低了在電路檢測這一方面的資源開銷浪費。

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