基于USB通信的印制電路板AOI視覺檢測系統(tǒng)*

摘要： 針對印制電路板AOI系統(tǒng)，設計了視覺系統(tǒng)硬件電路和軟件程序，完成了對PCB板圖像的采集。所設計系統(tǒng)成功用于印制電路板AOI視覺檢測系統(tǒng)中。
關鍵詞： 自動光學檢測；PCB；USB；WMD驅動程序

引言

　　隨著表面組裝技術(SMT)中所使用的印制電路板(PCB)導體圖形的細線化，SMT元器件的微型化,以及SMT組件的高密度組裝和快速組裝的發(fā)展趨勢,采用目檢或人工光學檢測的形式檢測SMT組裝質量已不能適應。為此,自動光學檢測(AOI)技術作為SMT組裝質量檢測的主要技術手段,在SMT中應用越來越普遍。

　　AOI，也稱為自動視覺檢測，是基于光學原理，綜合采用圖像分析、計算機和自動控制等多種技術，對生產中遇到的缺陷進行檢測和處理，是較新的確認制造缺陷的方法。AOI系統(tǒng)按技術劃分為精密機械、電氣控制、視覺系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)4大部分組成，其核心是一套基于CMOS或CCD的圖像采集系統(tǒng)、交流伺服控制x、y工作臺及圖像處理軟件系統(tǒng)。圖1為所設計的PCB板AOI檢測系統(tǒng)框圖。

圖1 PCB板AOI檢測系統(tǒng)框圖

視覺檢測系統(tǒng)硬件設計

　　AOI系統(tǒng)究其本質是一套基于機器視覺技術的表面缺陷檢測系統(tǒng)。如何獲取高質量的PCB表面圖像信息成為PCB光學檢測中首要解決的難題和重點，這是PCB表面缺陷檢測的關鍵。由于PCB缺陷的特殊性，AOI系統(tǒng)對視覺采集系統(tǒng)提出了很高的要求：高分辨率、高速率、實時檢測等。

視覺采集系統(tǒng)

　　針對AOI系統(tǒng)要求，選用基于DSP+CPLD的圖像采集處理模式。圖2為視覺采集系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)通過DSP給CPLD發(fā)出一個采集命令，由CPLD控制CMOS圖像傳感器向FIFO的寫入圖像數(shù)據(jù)，同時DSP通過DMA將圖像轉移至SDRAM中并進行圖像處理，在處理結束后，將處理的結果通過DSP內置的USB接口傳給微機或其他設備。 I/O接口經擴展后，將控制觸發(fā)信號交由工作臺及電氣控制系統(tǒng)，完成系統(tǒng)采集控制的目的。

圖2 視覺采集系統(tǒng)框圖

USB通信接口電路

　　本設計采用的DSP芯片TMS320VC5509A集成了一個USB控制模塊(USB2.0 full speed)，可以完成和USB主機系統(tǒng)之間的讀寫操作，具有無需外加邏輯電路、使用方便等優(yōu)點。使用TMS320VC5509A的片上USB模塊，完成DSP前端圖像采集系統(tǒng)與后臺PC機之間的通信硬件電路設計，簡化了圖像采集系統(tǒng)的硬件控制軟件和后臺PC機的驅動程序。

圖3 TMS320VC5509A的USB接口電路

　　圖3為DSP片內USB模塊與PC機進行數(shù)據(jù)通信的硬件接口電路。其中左邊3個引腳PU、DP、DN是TMS320VC5509A的片上引腳，右邊的6個引腳組成了一個Mini USB接口，利用USB連接線就可以完成與PC機的連接。中間的阻容電路起加強輸入輸出可靠性的作用。

軟件程序設計

圖4 視覺系統(tǒng)中USB通信數(shù)據(jù)流
　　如圖4所示，本系統(tǒng)中USB通信的軟件程序主要由四部分組成。在設備端：設備端驅動程序，也稱之為固件程序；設備端應用程序，主要完成數(shù)據(jù)搬運，以及與其他硬件設備的交互工作。在主機端：主機端驅動程序；主機端應用程序。由于USB是分層結構，主機端驅動和設備端驅動完成對USB設備的枚舉和配置；而在主機端應用程序和設備端應用程序之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。

　　本系統(tǒng)中，DSP作為USB傳輸?shù)脑O備端，同時由于USB是嚴格的主從結構，所有的配置、枚舉及數(shù)據(jù)傳輸命令都必須由主機下達，所以在設備端的程序設計時，固件程序設計成一個復雜的中斷服務程序，用以主機對DSP作為USB設備配置、枚舉時的應答。而原本在CCS中運行的DSP采集主程序也必須改寫成中斷程序，這樣才能完成對DSP固件程序和DSP采集程序的整合，使之整合到一個main()運行程序中，程序運行時，啟動對DSP的初始化，時鐘配置和USB模塊初始化；當主機發(fā)出采集圖像命令時，DSP程序進入采集中斷程序，執(zhí)行實時采集中斷程序；當主機發(fā)出USB模塊配置枚舉命令時，USB中斷服務程序對主機做出回應；當主機發(fā)出傳輸圖像命令時，DSP程序進入數(shù)據(jù)搬運中斷程序。