基于FPGA的PCB光电检孔机高速图像采集系统

论文摘要

随着科学技术与电子产业的飞速发展,印刷电路板（Printed circuit board,简称PCB）产业也得了到迅猛的发展,这就对PCB的检测提出了很高的要求。目前,传统的人工目检（Man visual inspection,MVI）技术正在越来越多地被自动光学检测系统（Automatic optical inspection,AOI）所代替。而高性能的图像采集系统自然成为了AOI检测系统的关键。正因如此,本文所设计的图像采集系统具有较高的检测速度和检测精度,完全满足PCB光电检孔机高实时性的要求。经查阅大量文献资料,在检测PCB的AOI系统中,本图像采集的速度以及精度在国内处于领先地位。因此,这就大大推动了国内PCB检测行业的发展,为我国的经济发展做出了很大的贡献。本文首先介绍了PCB光电检孔机的背景,研究意义,现状等。然后介绍了系统架构和实现方案。接着介绍了本系统的硬件电路的设计和系统的FPGA（Field Programmable Gata Array,FPGA）设计以及高速PCB的实现。最后介绍了图像采集系统的硬件程序设计及相关的实验及调试结果。本文研究的高速度高精度的图像采集系统由1200 dpi的CIS（Contact Image Sensor,CIS）作为图像传感器,处理来自36个通道的模拟并行数据的12个高速AD,一片作为主处理器对图像数据做拼接和处理的FPGA芯片,和以LVDS（Low Voltage Differential Signaling,LVDS）方式将图像数据传至PC做进一步处理的Camera-link接口组成。此高速图像采集系统已经成功应用于PCB光电检孔机系统,系统运行结果表明其稳定采集速度可高达6 m/min,最小检测孔径为0.1 mm,测孔的精度小于21 um,单板检孔数误差小于0.5 %。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 图像采集系统的发展趋势
• 1.4 本课题的主要研究工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 PCB 光电检孔机系统方案
• 2.1 引言
• 2.2 PCB 光电检孔机系统组成及工作流程
• 2.2.1 系统组成
• 2.2.2 系统工作流程
• 2.3 机器视觉
• 2.3.1 图像采集卡
• 2.3.2 光源的照明与选择
• 2.4 本章小结
• 第三章 图像采集系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 图像采集电路系统结构
• 3.3 CIS 图像传感器接口电路设计
• 3.3.1 图像传感器的选择
• 3.3.2 CIS 原理与相关技术指标
• 3.3.3 CIS 接口电路设计
• 3.4 A/D 转换电路设计
• 3.4.1 A/D 转换器的选型
• 3.4.2 A/D 电路设计
• 3.5 FPGA 电路设计
• 3.5.1 Xilinx FPGA 介绍及开发流程
• 3.5.2 Spartan-3E 系列 FPGA 介绍
• 3.5.3 FPGA 配置电路
• 3.5.4 FPGA 供电电路
• 3.6 Cameralink 接口电路设计
• 3.6.1 Cameralink 简介
• 3.6.2 Camera-Link 接口的配置
• 3.6.3 相机信号
• 3.6.4 连接器
• 3.7 本章小结
• 第四章 高速PCB 设计与系统FPGA 设计
• 4.1 引言
• 4.2 基于信号完整性的高速PCB 设计
• 4.2.1 信号完整性
• 4.2.2 PCB 中的电磁兼容
• 4.2.3 PCB 上电源分配系统设计
• 4.2.4 PCB 上差分走线
• 4.2.5 PCB 实物图
• 4.3 系统 FPGA 设计
• 4.3.1 系统的图像数据流
• 4.3.2 FPGA 中数据流处理的关键技术
• 4.3.3 图像的采集与处理在 FPGA 上的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 程序设计及调试结果
• 5.1 引言
• 5.2 Verilog HDL 简介
• 5.3 CIS 的驱动程序设计
• 5.4 ADC 程序设计
• 5.4.1 ADC 采样时序
• 5.4.2 ADC 配置时序
• 5.5 系统调试及相关结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间所取得的成果