基于USB通信的印制電路板AOI視覺(jué)檢測系統*

摘要： 針對印制電路板AOI系統，設計了視覺(jué)系統硬件電路和軟件程序，完成了對PCB板圖像的采集。所設計系統成功用于印制電路板AOI視覺(jué)檢測系統中。
關(guān)鍵詞： 自動(dòng)光學(xué)檢測；PCB；USB；WMD驅動(dòng)程序

引言

　　隨著(zhù)表面組裝技術(shù)(SMT)中所使用的印制電路板(PCB)導體圖形的細線(xiàn)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(xué)檢測的形式檢測SMT組裝質(zhì)量已不能適應。為此,自動(dòng)光學(xué)檢測(AOI)技術(shù)作為SMT組裝質(zhì)量檢測的主要技術(shù)手段,在SMT中應用越來(lái)越普遍。

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

圖1 PCB板AOI檢測系統框圖

視覺(jué)檢測系統硬件設計

　　AOI系統究其本質(zhì)是一套基于機器視覺(jué)技術(shù)的表面缺陷檢測系統。如何獲取高質(zhì)量的PCB表面圖像信息成為PCB光學(xué)檢測中首要解決的難題和重點(diǎn)，這是PCB表面缺陷檢測的關(guān)鍵。由于PCB缺陷的特殊性，AOI系統對視覺(jué)采集系統提出了很高的要求：高分辨率、高速率、實(shí)時(shí)檢測等。

視覺(jué)采集系統

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

圖2 視覺(jué)采集系統框圖

USB通信接口電路

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

圖3 TMS320VC5509A的USB接口電路

　　圖3為DSP片內USB模塊與PC機進(jìn)行數據通信的硬件接口電路。其中左邊3個(gè)引腳PU、DP、DN是TMS320VC5509A的片上引腳，右邊的6個(gè)引腳組成了一個(gè)Mini USB接口，利用USB連接線(xiàn)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(jué)系統中USB通信數據流
　　如圖4所示，本系統中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(dòng)程序，也稱(chēng)之為固件程序；設備端應用程序，主要完成數據搬運，以及與其他硬件設備的交互工作。在主機端：主機端驅動(dòng)程序；主機端應用程序。由于USB是分層結構，主機端驅動(dòng)和設備端驅動(dòng)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(shí)現數據的通信。

　　本系統中，DSP作為USB傳輸的設備端，同時(shí)由于USB是嚴格的主從結構，所有的配置、枚舉及數據傳輸命令都必須由主機下達，所以在設備端的程序設計時(shí)，固件程序設計成一個(gè)復雜的中斷服務(wù)程序，用以主機對DSP作為USB設備配置、枚舉時(shí)的應答。而原本在CCS中運行的DSP采集主程序也必須改寫(xiě)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(gè)main()運行程序中，程序運行時(shí)，啟動(dòng)對DSP的初始化，時(shí)鐘配置和USB模塊初始化；當主機發(fā)出采集圖像命令時(shí)，DSP程序進(jìn)入采集中斷程序，執行實(shí)時(shí)采集中斷程序；當主機發(fā)出USB模塊配置枚舉命令時(shí)，USB中斷服務(wù)程序對主機做出回應；當主機發(fā)出傳輸圖像命令時(shí)，DSP程序進(jìn)入數據搬運中斷程序。