基於USB通信的印製電路板AOI視覺檢測系統*

摘要： 針對印製電路板AOI系統，設計了視覺系統硬體電路和軟體程序，完成了對PCB板圖像的採集。所設計系統成功用於印製電路板AOI視覺檢測系統中。
關鍵詞： 自動光學檢測；PCB；USB；WMD驅動程序

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/82037.htm

引言

　　隨著表面組裝技術(SMT)中所使用的印製電路板(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展趨勢,採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，是基於光學原理，綜合採用圖像分析、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，是較新的確認製造缺陷的方法。AOI系統按技術劃分為精密機械、電氣控制、視覺系統、軟體系統4大部分組成，其核心是一套基於CMOS或CCD的圖像採集系統、交流伺服控制x、y工作檯及圖像處理軟體系統。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

視覺檢測系統硬體設計

　　AOI系統究其本質是一套基於機器視覺技術的表面缺陷檢測系統。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。由於PCB缺陷的特殊性，AOI系統對視覺採集系統提出了很高的要求：高解析度、高速率、實時檢測等。

視覺採集系統

　　針對AOI系統要求，選用基於DSP+CPLD的圖像採集處理模式。圖2為視覺採集系統框圖。系統通過DSP給CPLD發出一個採集命令，由CPLD控制CMOS圖像傳感器向FIFO的寫入圖像數據，同時DSP通過DMA將圖像轉移至SDRAM中並進行圖像處理，在處理結束後，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接口經擴展後，將控制觸發信號交由工作檯及電氣控制系統，完成系統採集控制的目的。

圖2 視覺採集系統框圖

USB通信接口電路

　　本設計採用的DSP晶片TMS320VC5509A集成了一個USB控制模塊(USB2.0 full speed)，可以完成和USB主機系統之間的讀寫操作，具有無需外加邏輯電路、使用方便等優點。使用TMS320VC5509A的片上USB模塊，完成DSP前端圖像採集系統與後臺PC機之間的通信硬體電路設計，簡化了圖像採集系統的硬體控制軟體和後臺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機進行數據通信的硬體接口電路。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。

軟體程序設計

圖4 視覺系統中USB通信數據流
　　如圖4所示，本系統中USB通信的軟體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；設備端應用程式，主要完成數據搬運，以及與其他硬體設備的交互工作。在主機端：主機端驅動程序；主機端應用程式。由於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；而在主機端應用程式和設備端應用程式之間實現數據的通信。

　　本系統中，DSP作為USB傳輸的設備端，同時由於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，固件程序設計成一個複雜的中斷服務程序，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採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採集程序的整合，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；當主機發出採集圖像命令時，DSP程序進入採集中斷程序，執行實時採集中斷程序；當主機發出USB模塊配置枚舉命令時，USB中斷服務程序對主機做出回應；當主機發出傳輸圖像命令時，DSP程序進入數據搬運中斷程序。