手机尾部连接器的机器视觉检测系统研讨.docx

手机接口电路板组件计算机视觉检测系统的开发广州市暨南大学电子工程系(510632)??王思华?吕 军? 摘要：本文介绍了用于手机接口电路板组件质量检测的计算机视觉检测系统的设计方法和开发技术，该系统实现了对接口电路板组件上多个连结器装配精度的自动检测。本文还讨论了视觉检测系统的光源、镜头和摄像头的选型和配置方法。关键词：虚拟仪器技术?视觉检测系统?印刷电路板组件?边缘检测 1 引言??? 由于手机的设计越来越精巧，手机接口电路板组件生产对装配精度的标准也不断提高。如果用人工方式检验装配质量就需要多台价格不菲的测量投影仪，而且检测速度仍然无法满足较大规模生产的要求。利用NI公司先进的计算机视觉技术开发的视觉检测系统能对接口电路板组件中多个连结器的相对位置及其内部零件尺寸等参数进行自动检测，并具有测量准确、快速、扩展性强和性价比高等特点。该系统已应用于某世界著名品牌手机接口部件的生产线上。 2 系统的组成??? 本系统组成的结构框图如图1所示，系统采用了光强稳定的高频荧光灯和焦距为55mm的远心镜头（telecentric lens），这种镜头的畸变特别小。此外，系统配置了JVC公司的TK-S350型黑白摄像机（753х582）和NI公司的PCI-1409黑白和彩色图像采集卡。PC采用工业计算机（PIII/850），XY电控平移台的重复定位精度为3?m，行程为200′200mm，最高速度为40mm/S。???????????????? ???????????????????????????????? 图1? 系统组成结构框图3 检测方法??? 检测系统的任务是对手机接口电路板组件(以下简称接口组件)中的3个连接器的特定位置的几何尺寸进行测量，其中包括连接器与印刷电路板（PCB）底板的相对位置，连接器之间的间距，以及连接器内部零件的尺寸和间距等共24个参数，检验连接器装配精度是否符合标准和内部零件（如触点簧片）是否被碰歪等质量问题。??? 系统检测的手机接口组件尺寸比较小，大约是28?10mm。接口组件是以30个（10行?3列）为一组组装在一块PCB上，检测之后才把它们分割开来。实际上，在一个测试周期内要完成两块PCB上总共60个接口组件的自动连???检测，其中一块PCB测正面，而另一块PCB测反面。为了能达到足够的测量精度，一个接口组件分左、右两次拍摄，拍摄时电控平移台要暂停，以保证拍摄图像清晰。检测系统应用程序主要是利用边缘检测的方法测出检测点的坐标值，然后对相关的坐标值进行简单运算便可得到测量的结果，其中的关键是要能准确找到检测点。 4 系统主要功能和技术指标4.1 系统主要功能?? （1）?一个测试周期内自动连续检测60个接口组件（以单面检测计）；?? （2）?系统自动标定；?? （3）?可调节每组检测线的起始位置和画线方向；?? （4）?可调节每个检测位置的对比度阀值；?? （5）?可调节一组检测线的测线数量和线间距离，并能利用数字滤波技术减少测量误差；?? （6）?以直观的LED矩阵方式显示一个测试周期的结果，使合格品和不合格品一目了然；?? （7）?测量误差自动修正；?? （8）?检测结果进行累积统计，测量数据生成记录文件。本系统的主界面如图2所示，图3则是该系统在生产现场的照片。???????????? 　　　　 图2? 视觉检测系统的主界面 ??? 图３? 在生产现场的视觉检测系统照片 4.2 系统主要技术指标?? （1）检测范围：200?200mm；?? （2）单次检测的面积：12?10mm；?? （3）系统测量分辨率：5?m；?? （4）系统测量误差：小于25?m；?? （5）检测速度：①单幅图像处理时间为200ms，②一块PCB板的检测时间为1分钟。由于电控平移台的速度不太高，检测时间实际上大部份消耗在平移台的走位和为拍摄图像的暂停上，图像处理基本上是在电控平移台走位的过程中完成。 5 系统设计5.1 光源的配置??? 由于接口组件的结构较复杂，使得光源的配置比较困难。为了使检测部分的特征从复杂背景中凸显出来，采取过很多种方案进行反复的试验，包括自制LED光源；而最终的方案是在三个不同的位置上分别设置光源：①正面光源，在PCB上方设置环形光管，为接口组件的检测位置提供适度的正面照明；②背面光源，用于透射PCB，加强PCB与连接器之间的对比度，为了让光照均匀，加设了乳白色的散射塑料薄板；③侧面光源，垂直照射在连接器的一组金属触点簧片（与水平面成30度夹角）上，使之反光，并与周围背景形成明显的反差（见图1）。光源的稳定性对图像的质量也有影响，系统采用的是光强相当稳定的高频荧光灯。此外，还加设了遮蔽罩，以减少环境光变化所造成的影响。 5.2 系统的标定??