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公司徽标项目六基于机器视觉的电路测板检目录1.项目简介2.教学目标3.任务目标4.任务实施5.项目总结1、项目简介通过机器视觉系统对PCB电路板进行元器件在线检测本系统设计完成后要求能有良好的交互界面，同时可实现数据存盘功能能熟练使用分支结构、循环结构、顺序结构进行程序设计；2、教学目标能力目标掌握机器视觉系统的构成；能根据实际应用需要选择合适的光源和相机、镜头等构成基本的机器视觉系统；能利用图像处理工具进行简单的图像分析和预处理；能调试成功基本的PCB元器件检测系统；2、教学目标知识目标掌握图像处理相关理论；掌握图像采集系统配件的选型与基本指标；会使用LabVIEW软件及图像处理相关工具包；2、教学目标素质目标培养团队协作、交流沟通能力培养实训室5S操作素养培养自学能力及独立工作能力培养工作责任感培养文献检索能力3、知识预备3.1机器视觉概述3.2机器视觉平台搭建3.3PCB板元器件检测系统硬件系统3.4检测系统软件算法说明3.5PCB元器件检测系统流程图3.1机器视频概述机器视觉，即采用机器代替人眼来做测量和判断。图像抓取-图像处理-数据判断-现场执行机器视觉系统代替传统的人工检测方法，极大地提高了投放市场的产品质量，提高了生产效率。广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽车制造等行业。典型的机器视觉系统主要组成：光源、相机、图像采集卡和图像处理软件。3.2机器视觉平台搭建+++照明和光源摄像头或传感器图像采集卡或视觉系统应用软件3.2.1光源光源的重要性：直接影响图像质量，进而影响系统性能。光源的作用：获取高品质、高对比度的图像选择光源的目标：增强待处理的物体特征；减弱不需要关注的物体和噪声的干扰；不会引入额外的干扰。3.2.1光源光源的分类：直接照明光源散射照明光源背光照明光源同轴照明光源特殊照明光源3.2.1.1直接照明光源直接照明光源：光源直接照射到被检测物体上特点：照射局域集中、亮度高和安装方便，可以得到清楚的影像。常见方式：沐光方式低角度方式条形方式聚光方式3.2.1.1直接照明光源沐光方式：沐光方式常用的是LED环形光源。高密度的LED阵列排列在伞状结构中，可以在照明区域产生集中的强光。优点：亮度大、灵活、容易适应包装要求；缺点：阴影和反光；常见应用：检测平面和有纹理的表面。3.2.1.1直接照明光源低角度方式：低角度方式常用的也是LED环形光源。但与沐光方式用的环形光源不同的是，它更大，安装的角度更低，接近180度。低角度方式下，光源以接近180度角照明物体，容易突出被检测物理的边缘和高度变化。优点：凸显表面结构，增强图像的拓扑结构；缺点：热点和极度阴影；常见应用：检测平面和有纹理的表面。3.2.1.1直接照明光源条形方式：条形方式常用的是LED条形光源。条形方式除具备沐光方式的优点外，其安装角度还可以按照需要进行调节。通过调节光线的角度和方向，可以检测到被测物体表面是否有光泽，是否有纹路，也可以检测到表面特征。3.2.1.1直接照明光源聚光方式：聚光方式主要是在条形光源上加入一个柱型透镜，把光线汇聚成一条直线，以产生高亮度线光源。线性聚光方式常常配合线阵相机获得高质量的图像。3.2.1.2散射照明光源散射照明光源：对于表面平整光洁的高反射物体，直接照明方式容易产生强反光。散射照明先把光投射到粗糙的遮盖物上，产生无方向、柔和的光，然后再投射到被检测物体上。特点：最适合高反射物体。常见方式：低角度方式扁平环状方式圆顶方式3.2.1.2散射照明光源低角度方式：与前述直接照明的低角度方式不同，散射方式的光源先经过内壁散射之后再均匀的照射到物体上，在提供均匀照明的同时，有效的消除了边缘的反射。此照明方式常用于BGA焊点检测，芯片管脚检测等应用。3.2.1.2散射照明光源扁平环状方式：在光源前面加了一块漫反射板，光源经过反射后再经过漫反射板，可以形成均匀漫射的顶光，避免了眩目光和阴影圆顶方式：适合表面有起伏、光泽的被测物体的文字检查。3.2.1.3背光照明光源背光照明方式下，光源均匀的从被检测物体的背面照射，可以获得高清晰的轮廓，常用于物体外形检测、尺寸检测等。LED的高强度均匀光线通过半镜面后成为与镜头同轴的光。具有特殊涂层的半镜面可以抑制反光和消除图像中的重影，特别适合检测镜面物体上的划痕。特殊照明光源包括平行光光学单元、显微镜专用照明系统和按照客户要求定制的光源等。3.2.2照相机CCD相机:相机中的成像元件是CCD芯片线阵相机:如果CCD芯片只有一行感光器件，每次只能对物体的一条线进行成像，那么，这种扫描类型为线扫描，这样的相机称为线阵相机。面阵相机:如果CCD芯片的感光区是个矩形阵面，每次能对物体进行整体成像，那么，这种扫描类型成为面扫描，这样的相机称为面阵相机。工业照相机常用指标:扫描类型分辨率传输方式3.2.2照相机面阵相机、线阵相机优缺点：面阵相机的优点是价格便宜，处理方面，可以直接获得一幅完整的图像。线阵相机的优点是速度快，分辨率高，可以实现运动物体的连续检测，比如传送带上的滤波等带状物体(这种情况下，面阵相机很难检测)；其缺点是需要拼接图像的后续处理。3.2.2照相机成像过程说明：3.2.2照相机面阵相机扫描方式：隔行扫描：一幅完整图像分两次显示，首先显示奇数场（1、3、5……），再显示偶数场（2、4、6……）逐行扫描：一幅完整图像分一次显示隔行扫描相机的优点是价格便宜，但由于隔行扫描方式是先扫奇数场，再扫偶数场，所以隔行扫描相机在拍运动物体的时候容易出现锯齿状边缘或叠影。逐行扫描相机则没有上述的缺点，由于所有行同时曝光，不会分先后，所以在拍摄运动图像画面清晰，失真小。其余参数相似的情况下，逐行扫描相机要比隔行扫描相机贵。3.2.2照相机分辨率：分辨率是影响图像效果的重要因素，我们一般用水平和垂直方向上所能显示的像素数来表示分辨率，例如640×480。该值越大图形文件所占用的磁盘空间也就越多，从而图像的细节表现得更充分。视场是指能拍摄到的范围；特征分辨率是指能分辨的实际物理尺寸。特征分辨率=视场/分辨率*2例如：相机分辨率为640x480，横向的视场是60mm，那么在横向的特征分辨率为：60/640*2=0.1875mm。3.2.2照相机传输方式：按照不同的图像传输方式，相机可以分为模拟相机和数字相机。模拟相机以模拟电平的方式表达视频信号。模拟相机现在使用非常广泛，其优点是技术成熟、成本低廉、对应的图像采集卡价格也比较低。8-bit的图像采集卡可以提供256级的灰度，对于大部分的图像应用已经足够了。3.2.2照相机传输方式：模拟相机有四个非常成熟的标准：PAL、NTSC、CCIR和RS-170。不同的标准对应不同的参数，这些参数必须正确告知图像采集卡，才能获得准确的图像。3.2.2照相机传输方式：在NIMeasurement&Automation中，可以根据相机模拟图像的输出格式来配置图像采集卡3.2.2照相机传输方式：模拟相机也有一些缺点，比如帧率不高，分辨率不高等等。在高速、高精度机器视觉应用中，一般都会考虑数字相机。数字相机先把图像信号数字化后通过数字接口传到电脑中。常见的数字相机接口有Firewire、CameraLink、GigE和USB。3.2.2照相机传输方式：CameraLink是一个工业高速串口数据连接标准，它是由NationalInstruments、摄像头供应商和其他图像采集公司在2000年10月联合推出的，它在一开始就对接线、数据格式、触发、相机控制等做了考虑，所以非常方便机器视觉应用。CameraLink的数据传输率可达1Gbits/s，可提供高速率、高分辨率和高数字化率，信噪比也大大改善。CameraLink的标准数据线长3米，最长可达10米。如果您是高速或高分辨率的应用，CameraLink肯定是首选。3.2.2照相机传输方式：Firewire即IEEE1394，开始是为数字相机和PC连接设计的，它的特点是速度快(400Mbits/s)，通过总线供电和支持热插拔。另外值得一提的是，如果PC上自带Firewire接口，那么不需要为相机额外购买一块图像采集卡了，这在成本上也是一种优势。GigE，即千兆以太网接口，它似乎综合了高速数据传输和远距离的特点，而且电缆便宜(网线)。缺点是支持这种接口的相机型号比较少，选择有限。USB相机较多的用在娱乐上，比如USB摄像头，USB工业相机型号也比较少，在工业中的使用程度不高。3.2.3图像采集卡一般来说，相机确定，则图像处理板卡也就确定了。若有一些高级处理要求，NI产品是一个不错的选择。选择多样化；选择方便；（）NI产品性能优异；NI产品性能稳定；3.2.4图像处理软件机器视觉处理软件有很多种，比如源代码开放的OpenCV，Mathworks公司的图像处理工具包，Matrox公司的ImagingLibrary，NationalInstruments公司的LabVIEW等。如果目标是机器视觉算法研究，需要考虑软件的源代码是否开放。如果目标是机器视觉系统的开发，需要考虑的因素有：图像处理函数库是否完备；发布费用是否高昂；使用是否方便；开发平台是否统一；与硬件结合是否容易；公司的售后服务及技术支持是否到位等等。3.2.4图像处理软件机器视觉系统开发带有很强的试验性质，通常需要多种处理算法混合在一起才能取得目标效果，需要一边尝试一边开发。如果图像处理函数库不够完备，那么开发起来，处理过程将受到很多限制。商业的软件平台通常会收取发布费用，如果产品比较低端，那昂贵的发布费用将占去大部分利润。对于系统开发来说，商品的上市时间是一个重要的因素，大量的时间花在源代码的调试上是一件得不偿失的事情，所以软件的易用程度和学习曲线将是一个重要的考虑因素。3.2.4图像处理软件机器视觉系统是一个涵盖机械、图像处理、数据采集和运动控制等的复杂系统，如果开发平台统一，容易集成诸如数据采集和运动控制等功能的话，那比较容易开发出功能更加复杂、附加值更加高的产品。另外，如果供应商的技术支持很好，比如有免费800电话，工程师现场支持等服务的话，会非常有助于项目的开发。笔者在项目开发时，遇到问题的主要解决途径就是Google和论坛。本书介绍的NationalInstruments公司的LabVIEW开发平台，不仅可以学习图像采集、图像处理及机器视觉，学完后还能将所学到的知识和技能直接用于机器视觉系统的开发。3.3PCB板元器件检测系统硬件系统光源：根据系统的特点，本系统选用直接照明方式的沐光方式。选用由AdvancedIllumination公司制造环形光源。此光源为受电流驱动的LED发光管，因而可通过内置直接驱动式照明控制器，能直接连至NI1744智能相机。3.3PCB板元器件检测系统硬件系统NI1744智能照相机：NI1744智能相机。NI1744系列智能相机具有图像采集和处理特性，还具有I/O功能，在相机上构成了集于一体的嵌入式设备；NI智能相机适合于工业机器视觉应用程序，包括封装检测、装配验证、一维与二维条码读取以及运动向导。NI智能相机带有一个PowerPC处理器，能够运行NIVBAI或NILabVIEW实时模块和整个NI机器视觉算法套件，在此基础上对图像进行处理，可以降低了成本和检测时间。NI1744支持直接驱动照明控制器，能够大大降低系统成本和复杂性。3.3PCB板元器件检测系统硬件系统NI1744智能照相机：此外，本系统还配有四个镜头。采用的是Computar公司制造C-Mount镜头座，它适用于IEEE1394和千兆位以太网视觉的NI智能相机和Basler相机。PC机：通过智能相机获得的图像在PC机上显示，通过LabVIEW、Visionassistant和VBAI编写的程序实现对图像的采集和处理。机器视觉系统的附属器件：智能相机的24V稳压电源、智能相机串口