基于机器视觉的电路板缺陷检测系统分析

2021-01-16齐宏伟广州市埃恩斯丹工业装备有限公司沈阳研发中心

环球市场 2021年15期

齐宏伟广州市埃恩斯丹工业装备有限公司沈阳研发中心

机器视觉主要是借助计算机来对视觉图像信息进行分析处理，并有效识别、感知的一种技术。实际上，在机器视觉系统中，光学传感器属于核心部件，其与普通家用单反相机相比，具有扫描频率高、快门时间短、畸变小等特点，能够对高速运动物体信息给予快速采集，进而获得高质量图像，进而提高了电路板缺陷检测效果，下面将会对机器视觉的电路板缺陷检测系统给予全面、系统的介绍。

一、机器视觉下电路板缺陷检测系统概述

（一）电路板缺陷检测系统结构

通常情况下，在机器视觉下电路板缺陷检测系统中，传感器能够有效感知电路板内外部变化情况，并对这些变化给予有效理解，进而获取其内在含义的一种能力。在电路板缺陷检测系统中，主要是结合各种状态、限制、条件来确定自主产生的目标，并通过对具体方案的科学、合理规划来确保具体目标得以顺利实现的一种能力被称之为决策。同时，结合决策产生的结果，来确保相关工作和任务得以顺利进行的过程即所谓行动。实际上，在电路板缺陷智能检测系统中，决策、行动、感知属于比较常见的三大要素，且各要素间具有相互衔接的联系，从而构成了智能系统。

（二）基于机器视觉的电路板缺陷检测原理

实际上，待测电路板进入检测区域时，传感器通过硬节点后将会触发相机，进而完成图像的采集工作，并借助千兆网将所采集的图像传输至工控机，然后借助软件平台来对图像进行处理进而获取检测区内电路板是否存在缺陷，并将该电路板的相关信息通过OPC通讯传输至分拣系统控制器，借助分拣执行机构来实现对电路板的分拣操作，进而有效提高电路板缺陷检测效果。

二、图像采集系统

在机器视觉下，图像采集是电路板缺陷检测系统中比较关键的一个环节。通常情况下，图像采集效率的高低将会对后续图像处理质量好坏产生决定性的影响，甚至还有可能对系统最终决策产生决定性影响，这样就需要结合实际情况来做好图像采集系统设计工作。实际上，图像采集系统包含了两大部分，即光源和成像，而光源部分涉及的内容有打光方式、光源颜色结构，成像部分涉及的内容有镜头、工业相机、数据传输方式等，此时就需要结合实际情况来对图像采集系统进行科学、合理的设计，以此来提高其运行效果。

三、图像预处理设计

受各方面因素的影响，视觉系统在处理前要按照相关要求完成对图像采集的相关准备工作，以此来获取快速、准确的结果，即所谓的图像预处理。在电路板缺陷检测系统中，图像预处理算法主要包括图像降噪算法、图像分割算法和图像对比度增强算法等，下面将会对其进行详细分析。

（一）图像降噪算法

基于机器视觉下，图像采集系统所获取的图像不可避免的会受到工业相机成像、图像数据传输以及现场复杂工作环境的影响，从而导致图像质量降低。通过对影响形式的差别进行分析后，可以将噪声分为乘性噪声、冲激噪声、量化噪声以及加性噪声；通过对噪声的随机性进行统计结果可以划分为均匀分布噪声、高斯噪声、瑞丽噪声和椒盐噪声等。不管是哪种分类方式，因为图像干扰噪声的存在都会对后续的图像分析与处理结果产生不利影响。因此，在图像分析前，可以借助滤波操作来有效去除图像中的噪声，以此来避免不相关干扰信息的影响，这样不仅可以提高图像质量，而且还可以确保后续图像分析与处理的快速性、可靠性，进而提高电路板缺陷检测效果。

（二）图像分割算法

在图像预处理过程中，图像分割主要是按照一定的方式将原始图像分割成相互间不存在重叠区域的图像，其常用的参考依据是图像的色彩、纹理、灰度等级、轮廓等特征。在相同区域内，大部分图像都会或多或少具备相同的图像特征，而且在不同区域所具备的图像特征不同，好的图像分割可以将感兴趣与非感兴趣区域有效剥离，而且不会对感兴趣区域图像质量产生影响。

（三）图像对比度增强

通常情况下，图像采集系统获取的图像极易受到光照因素的影响，从而导致图像有效亮度区域无法满足全部亮度值要求，进而降低图像对比度，此时借助图像对比度增强的方式来初步处理图像，进而使图像识别效果得到有效提升。

四、控制平台的设计

在基于机器视觉下，电路板缺陷检测系统中，要做好控制平台的设计工作，该过程要遵循高速交互、人机友好的原则，以实现对整个缺陷检测系统变量的有效检测与控制。在整个系统中，作为资源核心中枢及中转站，集中控制平台具备比较强的运算能力。实际上，在控制平台设计工作要注重以下几个方面的内容：（1）通过对各复杂图像算法运算的兼容性给予综合考虑后，选择了Matlab来进行图像处理，其中Matlab主要是以矩阵为核心来进行数值分析，而电路板缺陷图像数据本身是矩阵数据，这就使得通过对矩阵的操作来完成图像的处理工作，从而提高了图像处理效率；（2）Matlab自带的GUI子程序不仅界面控件比较丰富，而且具有良好的绘图功能，满足对人机界面友好的要求；（3）集中控制平台与缺陷检测系统间采用了可靠、高速的通讯方式进行连接，而且在缺陷检测系统中PLC能够将不同品牌、不同型号的PLC数据进行同步集成，进而使控制平台具有兼容性和可扩展性，大大提高了控制平台的执行效率。