专利名称：二级自动光学检测光源和自动光学检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学检测系统技术领域，尤其涉及二级自动光学检测光源和自动光学检测系统。
背景技术：
自动光学检测(AOI)技术是当前热门的一个产业趋势，它主要用光源、镜头及CCD 等成像器件匹配后端的计算机采集及图像处理系统来进行一些产品的检查、识别等，此技术可大大减轻人工检测产品的负担，有效地提高工作效率。现有的一种自动光学检测系统，可用于贴片PCB多次图像采集，它包括二级自动光学检测光源、光学镜头、摄像机、图像采集卡、图像数据传输接口、计算机、高精度X-Y移动平台。其中二级自动光学检测光源包括内环光源和外环光源，内环光源用于提供垂直照明，外环光源用于提供水平照明。高精度X-Y移动平台包括用于控制Y轴上的摄像机和光学镜头移动的第一伺服电机和用于控制X轴上的待测产品(贴片PCB)移动的第一伺服电机。二级自动光学检测光源照射到待检测的贴片PCB上的某一检测区域，反射后的光线经光学镜头折射后再摄像机的光电传感器上成像，图像被转换成电信号，电信号经图像采集卡进行模数转换后保存到计算机中；计算机运行监测软件，根据采集的图像数据，得到贴片 PCB的该检测区域是否合格或属于某类缺陷的检测结果。现有技术的二级自动光学检测光源只能统一调整照明亮度，当要突出待测产品的缺陷部分(或待测产品需要突出检测的重点部分)时，需要多次移动高精度X-Y平台，调整待测产品与摄像机、光学镜头的位置关系，高精度X-Y平台的控制过程较为复杂，影响检测的精确度，降低了检测效率。
实用新型内容本实用新型的第一个目的是提供一种二级自动光学检测光源，该二级自动光学检测光源可以通过控制16个亮度控制区域的亮度突出待测产品的缺陷部分，以提高检测精确度，提高检测效率。本实用新型的第二个目的是提供一种自动光学检测系统，该自动光学检测系统的级自动光学检测光源可以通过控制16个亮度控制区域的亮度突出待测产品的缺陷部分， 以提高检测精确度，提高检测效率。—种二级自动光学检测光源，包括用于驱动控制器电路工作的串口通信电路、用于控制LED驱动电路的电路块的电流的控制器电路、LED驱动电路；串口通信电路的输出端与控制器电路的输入端连接，串口通信电路的输出端与LED驱动电路的输入端连接；LED驱动电路包括16块电路块，16块电路块中的8块电路块构成内环光源，内环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域；16块电路块中的另外8块电路块构成外环光源，外环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域。其中，每块所述电路块均包括非门，第1传导门，第2传导门，NPN型的三极管Q1、Q2，电阻Rl、R2、R3，发光二极管组件；非门的输入端为电路块的输入端，非门的输出端与第 1传导门的输入端、第2传导门的输入端连接，第1传导门的输出端与R2的一端连接，R2的另一端与C2的一端、Cl的一端连接，第2传导门的输出端与Rl的一端连接，Rl的另一端与 C2的另一端、C3的一端、Ql的基极连接，Ql的发射极与Q2的基极连接，Q2的发射极、R3的一端、Cl的另一端、Ql的集电极、Q2的集电极、发光二极管组件的输入端与电源VCC连接， C3的另一端、R3的另一端、发光二极管组件的输出端均连地。其中，控制器电路包括单片机微控制器芯片U2，电阻R21，电容C21、C22、C23、C24， 晶振Y21，轻触式按钮Sff21 ；U2的型号为STC12C5A60S2, U2的第21管脚至第28管脚分别连接第1块电路块至第8块电路块的输入端，U2的第32管脚至第39管脚分别连接第9块电路块至第16块电路块的输入端，Y21连接在U2的第18管脚和第19管脚之间，C21的一端连接U2的第18管脚，C22的一端连接U2的第19管脚，C23的一端连接电源VCC，C23的另一端连接U2的第9管脚，Sff21的两端分别连接C23的两端，R21的一端连接U2的第9管脚，CM的一端连接电源VCC，U2的第20管脚、C21的另一端、C22的另一端、CM的另一端、 R21的另一端均接地。其中，串口通信电路包括电平转换芯片U1，串口公插J41，电容C41、C42、C43、C44、 C45 ；Ul的型号为MAX232CPE，J41的第2管脚与Ul的第14管脚连接，J41的第3管脚与Ul 的第13管脚连接，Ul的第12管脚与U2的第10管脚连接，Ul的第11管脚与U2的第11管脚连接，C41的一端与Ul的第15管脚连接，C41的另一端与电源VCC连接，C42的一端与Ul 的第2管脚连接，C42的另一端与电源VCC连接，C45的一端与Ul的第6管脚连接，C45的另一端接地，C43连接在Ul的第1管脚和Ul的第3管脚之间，C44连接在Ul的第4管脚和 Ul的第5管脚之间。其中，发光二极管组件包括至少2组发光二极管电路，每组发光二极管电路均包括一个发光二极管和一个电阻，该发光二极管的负极与发光二极管组件的输出端连接，发光二极管的正极与该电阻的一端连接，该电阻的另一端与发光二极管组件的输入端连接。其中，发光二极管组件包括8组、16组或32组发光二极管电路。其中，内环光源呈环状，内环光源的8个亮度控制区域均勻分布，外环光源呈环状，外环光源的8个亮度控制区域均勻分布。其中，还包括电源稳压电路，电源稳压电路与串口通信电路的电源输入端、控制器电路的电源输入端、LED驱动电路的电源输入端连接。其中，电源稳压电路包括稳压芯片U3，电容Cll、C12、C13、C14 ；U3的型号为 L7805CV, Cll的一端、C12的一端、+12V电源与U3的第1管脚连接，C13的一端、C14的一端、电源VCC与U3的第3管脚连接，Cll的另一端、C12的另一端、C13的另一端、C14的另一端、U3的第2管脚均接地。一种应用上述一种二级自动光学检测光源的自动光学检测系统。本实用新型有益效果本实用新型的一种二级自动光学检测光源，包括用于驱动控制器电路工作的串口通信电路、用于控制LED驱动电路的电路块的电流的控制器电路、LED驱动电路；串口通信电路的输出端与控制器电路的输入端连接，串口通信电路的输出端与LED驱动电路的输入端连接；LED驱动电路包括16块电路块，16块电路块中的8块电路块构成内环光源，内环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域；16块电路块中的另外8块电路块构成外环光源，外环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域。控制器电路可以控制16块电路块的电流，控制每块电路块照明亮度，产生16个照明亮度可控的亮度控制区域，本实用新型可以通过控制16个亮度控制区域的亮度突出待测产品的缺陷部分，无需移动高精度X-Y平台，从而提高检测精确度，提高检测效率。进一步，本实用新型的电路块提出了一种创新的反相抵消式的D/AC转换电路; PWM方波通过非门取反后，得到两个PWM方波信号，这两个PWM方波信号分别经过一个传导门，得到两个电气特性相同的正反相PWM方波信号，然后经过电容耦合将交流成分较大程度地抵消掉，得到较稳定的直流信号；其滤波效果较好，适于多路并用。本实用新型的自动光学检测系统包括二级自动光学检测光源，二级自动光学检测光源可以通过控制16个亮度控制区域的亮度突出待测产品的缺陷部分，无需移动高精度 X-Y平台，从而提高检测精确度，提高检测效率。
图1为本实用新型的二级自动光学检测光源的方框图。图2为本实用新型的内环光源和外环光源的水平投影图。图3为本实用新型的二级自动光学检测光源的电路图。图4为本实用新型的电路块的电流信号产生的示意图。图5为图4的交流等效图。
具体实施方式
参见图1至图5，
以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。—种二级自动光学检测光源，包括用于驱动控制器电路2工作的串口通信电路4、 用于控制LED驱动电路3的电路块的电流的控制器电路2、LED驱动电路3 ；串口通信电路4 的输出端与控制器电路2的输入端连接，串口通信电路4的输出端与LED驱动电路3的输入端连接；LED驱动电路3包括16块电路块，16块电路块中的8块电路块构成内环光源，内环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域；16块电路块中的另外8块电路块构成外环光源，外环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域。控制器电路2可以控制16块电路块的电流，控制每块电路块的照明亮度，产生16 个照明亮度可控的亮度控制区域，从而提供更为细致的照明控制；当要突出待测产品的缺陷部分(或待测产品需要突出检测的重点部分)时，通过控制某些亮度控制区域偏亮、某些亮度控制区域偏暗或不亮，快速进行缺陷部位的定位，通过光线调节使摄像机获得符合对比度要求的突出缺陷部分的图像，以用于后续分析。本实用新型可以通过控制16个亮度控制区域的亮度突出待测产品的缺陷部分， 无需移动高精度X-Y平台，从而提高检测精确度，提高检测效率。参见图2，nl为内环光源，n3为外环光源，η2为灯座骨架，内环光源和外环光源设置于灯座骨架，虚线框N所示为灯座的垂直剖面图，虚线框M所示为内环光源和外环光源的水平投影图。内环光源用于提供垂直照明，外环光源用于提供水平照明。内环光源划分为8个亮度控制区域，分别产生Bl至B7照明区域，外环光源划分为8个亮度控制区域，分别产生Al至A7照明区域。本二级自动光学检测光源总共有16个亮度控制区域，分别对应于 16块电路块。本实施例中，内环光源呈环状，内环光源的8个亮度控制区域均勻分布，外环光源呈环状，外环光源的8个亮度控制区域均勻分布。本实施例中，16块电路块的电路结构相同，它们的电路图相同。参见图3，为了电路图的简洁，图3中只画出了第1块电路块的电路图。每块所述电路块均包括非门，第1传导门，第2传导门，NPN型的三极管Q1、Q2，电阻R1、R2、R3，发光二极管组件；非门的输入端为电路块的输入端，非门的输出端与第1传导门的输入端、第2传导门的输入端连接，第1 传导门的输出端与R2的一端连接，R2的另一端与C2的一端、Cl的一端连接，第2传导门的输出端与Rl的一端连接，Rl的另一端与C2的另一端、C3的一端、Ql的基极连接，Ql的发射极与Q2的基极连接，Q2的发射极、R3的一端、Cl的另一端、Ql的集电极、Q2的集电极、 发光二极管组件的输入端与电源VCC连接，C3的另一端、R3的另一端、发光二极管组件的输出端均连地。本电路块提出了一种创新的反相抵消式的D/AC转换电路；PWM方波通过非门取反后，得到两个PWM方波信号，这两个PWM方波信号分别经过一个传导门，得到两个电气特性相同的正反相PWM方波信号，然后经过电容耦合将交流成分较大程度地抵消掉，得到较稳定的直流信号；其滤波效果较好，适于多路并用。其中，非门A为非门数字芯片4069的一个非门，第2传导门B、第1传导门C为锁存器74HC573的两个传导门，Rl、R2为^(碳膜电阻，R3为IOK碳膜电阻，Cl、C3为IOU电解电容，C2为100U电解电容，Ql的型号为NPN三极管9014，Q2的型号为NPN三极管2SD882。 当然，还可以使用其它芯片产生非门和传导门，这是公知常识，在此不做赘述。本实施例中，发光二极管组件包括至少2组发光二极管电路，每组发光二极管电路均包括一个发光二极管(LED)和一个电阻，该发光二极管的负极与发光二极管组件的输出端连接，发光二极管的正极与该电阻的一端连接，该电阻的另一端与发光二极管组件的输入端连接。参见图3，图中具有η组发光二极管电路。其中，R51至R5n为200欧碳膜电阻，D51至D5n为白色发光二极管。发光二极管组件可以包括8组、16组或32组发光二极管电路。当然发光二极管组件也可以为其它数量；发光二极管组件的数量可根据实际情况而定。发光二极管组件是常用组件，通过外部电源可驱动其发光，二极管电路也可以为一个电阻与2个或2个以上的LED串联，本领域普通技术人员可根据环境要求调整本技术方案的LED的数量。本实施例中，控制器电路2包括单片机微控制器芯片U2，电阻R21，电容C21、C22、 C23、C24，晶振Y21，轻触式按钮SW21 ；U2的型号为STC12C5A60S2，U2的第21管脚至第28 管脚分别连接第1块电路块至第8块电路块的输入端，U2的第32管脚至第39管脚分别连接第9块电路块至第16块电路块的输入端，Y21连接在U2的第18管脚和第19管脚之间， C21的一端连接U2的第18管脚，C22的一端连接U2的第19管脚，C23的一端连接电源VCC， C23的另一端连接U2的第9管脚，SW21的两端分别连接C23的两端，R21的一端连接U2的第9管脚，C24的一端连接电源VCC，U2的第20管脚、C21的另一端、C22的另一端、C24的另一端、R21的另一端均接地。型号为STC12C5A60S2的U2能够产生用于控制16块电路块的电流的16路PWM信号，能够产生PWM信号的芯片很多，当然，本实用新型可以使用其它可
7以产生PWM信号的同类功能芯片代替STC12C5A60S2，这类功能的芯片应用广泛，产品繁多， 在此不做赘述。其中，C21、C22为30P瓷片电容，C23为IOU电解电容，C24为104瓷片电容，R21 为IOK碳膜电阻，Y21为24MHz晶振。本实施例中，串口通信电路4包括电平转换芯片U1，串口公插J41，电容C41、C42、 C43、C44、C45 ；Ul的型号为MAX232CPE, J41的第2管脚与Ul的第14管脚连接，J41的第3 管脚与Ul的第13管脚连接，Ul的第12管脚与U2的第10管脚连接，Ul的第11管脚与U2 的第11管脚连接，C41的一端与Ul的第15管脚连接，C41的另一端与电源VCC连接，C42 的一端与Ul的第2管脚连接，C42的另一端与电源VCC连接，C45的一端与Ul的第6管脚连接，C45的另一端接地，C43连接在Ul的第1管脚和Ul的第3管脚之间，C44连接在Ul 的第4管脚和Ul的第5管脚之间。串口通信电路4用于驱动控制器电路2工作，提供TTL 电平信号和RS-232协议电平信号的相互转换，让驱动控制器电路2能接受RS-232协议的串口通信连接。本实用新型通过串口发送命令给单片机，以控制十六个照明区域，这控制方法既方便又价廉，使得本实用新型结构简单，成本较低，具有较好的市场前景。其中，C41为IOU电解电容，C42、C43、C44、C45为104瓷片电容，图3中的J42为转接用的插座。本实施例中，还包括电源稳压电路1，电源稳压电路1与串口通信电路4的电源输入端、控制器电路2的电源输入端、LED驱动电路3的电源输入端连接。电源稳压电路1的作用是给整个二级自动光学检测光源提供稳定的5V电源。本实施例中，电源稳压电路1包括稳压芯片U3，电容C11、C12、C13、C14 ；U3的型号为L7805CV，Cll的一端、C12的一端、+12V电源与U3的第1管脚连接，C13的一端、C14的一端、电源VCC与U3的第3管脚连接，Cll的另一端、C12的另一端、C13的另一端、C14的另一端、U3的第2管脚均接地。其中，ClU C14为100U电解电容，C12、C13为104瓷片电容。除L7805CV芯片，本实用新型还可以采用其它能够产生5V电源的芯片及其外围电路。需要说明的是，本实施例元器件的型号和参数值可根据实际应用环境进行修改， 本技术领域的普通技术人员在不需要创造性劳动情况下对本实用新型进行的修改，均属于本实用新型保护的范围。控制器电路2的U2引出16根PWM信号线分别连接LED驱动电路3的16块电路块，PWM方波信号由程序仿真得到。当要改变某个亮度控制区域的亮度时，串口通信电路4 发送格式命令，U2根据命令改变PWM方波信号的占空比，该PWM方波信号对应的电路块根据PWM方波信号改变电流的大小，从而实现改变亮度控制区域的亮度。参见图4图5，电路块INPUT端输入的PWM方波通过非门取反后，得到两个PWM方波信号，这两个PWM方波信号分别经过一个传导门，得到两个电气特性相同的正反相PWM方波信号；然后经过电容耦合将交流成分较大程度地抵消掉，得到较稳定的直流信号从OUTPUT 端输出；最后经过由小功率三极管9014和中功率三极管2DS882组成的达林顿管作电压跟随放大之后，驱动发光二极管组件。以下分析图5的交流等效图。这里的PWM方波为占空比可调的方波，在设计PWM的低通网络时，PWM方波有一个特殊的特征，这就是方波可以被视为模拟信号，也可以被视为数字信号。而数字信号有一操作比模拟信号更为容易实现，这就是“倒相”，也就是数字电路中的“取反”。根据傅立叶的 理论，周期信号可以被视为由若干个正弦信号和ー个直流分量組成，这若干个正弦信号构 成该信号的交流成分，要实现PWM方波的A/DC转换，就是想方法将这些正弦信号去除。数 字取反后的方波，分解出的正弦信号与取反前分解出的正弦信号正好成镜像关系，对于正 弦信号来说正好等效于180°的相移，也就是数字取反后的方波其分解出的所有正弦信号 分量的变化等效于发生了 180°的相移，其大小不变。这说明数字取反后，方波的频谱发生 了 180°的相移，如果数字取反前后的方波叠加在一起，在频域和时域上都可以看出，结果
石疋0。图5只考虑交流电压成分，u2为图4非门A输出电压的交流成分，ul为图4传导 门B(第二传导门)输出电压的交流成分。u3为图4 "OUTPUT端”的交流成分，u4为分析 时的ー个过度量。对图5进行分析，u2为u 1的倒相信号，设u2的幅值为u 1的A倍，则u2 = _A*u 1 (这 是为了便于推导的赋值)。ul在图5中P3处的作用电压u31为
权利要求1.一种二级自动光学检测光源，其特征在于包括用于驱动控制器电路工作的串口通信电路、用于控制LED驱动电路的电路块的电流的控制器电路、LED驱动电路；串口通信电路的输出端与控制器电路的输入端连接，串口通信电路的输出端与LED驱动电路的输入端连接；LED驱动电路包括16块电路块，16块电路块中的8块电路块构成内环光源，内环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域；16块电路块中的另外8块电路块构成外环光源，外环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域。
2.根据权利要求1所述的一种二级自动光学检测光源，其特征在于每块所述电路块均包括非门，第1传导门，第2传导门，NPN型的三极管Ql、Q2，电阻Rl、R2、R3，发光二极管组件；非门的输入端为电路块的输入端，非门的输出端与第1传导门的输入端、第2传导门的输入端连接，第1传导门的输出端与R2的一端连接，R2的另一端与C2的一端、Cl的一端连接，第2传导门的输出端与Rl的一端连接，Rl的另一端与C2的另一端、C3的一端、Ql 的基极连接，Ql的发射极与Q2的基极连接，Q2的发射极、R3的一端、Cl的另一端、Ql的集电极、Q2的集电极、发光二极管组件的输入端与电源VCC连接，C3的另一端、R3的另一端、 发光二极管组件的输出端均连地。
3.根据权利要求2所述的一种二级自动光学检测光源，其特征在于所述控制器电路包括单片机微控制器芯片U2，电阻R21，电容C21、C22、C23、C24,晶振Y21，轻触式按钮 Sff21 ；U2的型号为STC12C5A60S2，U2的第21管脚至第28管脚分别连接第1块电路块至第 8块电路块的输入端，U2的第32管脚至第39管脚分别连接第9块电路块至第16块电路块的输入端，Y21连接在U2的第18管脚和第19管脚之间，C21的一端连接U2的第18管脚， C22的一端连接U2的第19管脚，C23的一端连接电源VCC，C23的另一端连接U2的第9管脚，SW21的两端分别连接C23的两端，R21的一端连接U2的第9管脚，CM的一端连接电源 VCC, U2的第20管脚、C21的另一端、C22的另一端、C24的另一端、R21的另一端均接地。
4.根据权利要求3所述的一种二级自动光学检测光源，其特征在于所述串口通信电路包括电平转换芯片U1，串口公插J41，电容C41、C42、C43、C44、C45 ；Ul的型号为 MAX232CPE, J41的第2管脚与Ul的第14管脚连接，J41的第3管脚与Ul的第13管脚连接，Ul的第12管脚与U2的第10管脚连接，Ul的第11管脚与U2的第11管脚连接，C41的一端与Ul的第15管脚连接，C41的另一端与电源VCC连接，C42的一端与Ul的第2管脚连接，C42的另一端与电源VCC连接，C45的一端与Ul的第6管脚连接，C45的另一端接地， C43连接在Ul的第1管脚和Ul的第3管脚之间，C44连接在Ul的第4管脚和Ul的第5管脚之间。
5.根据权利要求2所述的一种二级自动光学检测光源，其特征在于所述发光二极管组件包括至少2组发光二极管电路，每组发光二极管电路均包括一个发光二极管和一个电阻，该发光二极管的负极与发光二极管组件的输出端连接，发光二极管的正极与该电阻的一端连接，该电阻的另一端与发光二极管组件的输入端连接。
6.根据权利要求5所述的一种二级自动光学检测光源，其特征在于所述发光二极管组件包括8组、16组或32组发光二极管电路。
7.根据权利要求1所述的一种二级自动光学检测光源，其特征在于所述内环光源呈环状，内环光源的8个亮度控制区域均勻分布，所述外环光源呈环状，外环光源的8个亮度控制区域均勻分布。
8.根据权利要求1所述的一种二级自动光学检测光源，其特征在于还包括电源稳压电路，电源稳压电路与串口通信电路的电源输入端、控制器电路的电源输入端、LED驱动电路的电源输入端连接。
9.根据权利要求8所述的一种二级自动光学检测光源，其特征在于所述电源稳压电路包括稳压芯片U3,电容ClU C12、C13、C14 ；U3的型号为L7805CV, Cll的一端、C12的一端、+12V电源与U3的第1管脚连接，C13的一端、C14的一端、电源VCC与U3的第3管脚连接，Cll的另一端、C12的另一端、C13的另一端、C14的另一端、U3的第2管脚均接地。
10.一种自动光学检测系统，其特征在于所述自动光学检测系统包括权利要求1至9 任意一项所述的一种二级自动光学检测光源。
专利摘要本实用新型公开了二级自动光学检测光源和自动光学检测系统；二级自动光学检测光源包括用于驱动控制器电路工作的串口通信电路、用于控制LED驱动电路的电路块的电流的控制器电路、LED驱动电路，LED驱动电路包括16块电路块，16块电路块中的8块电路块构成内环光源，内环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域；16块电路块中的另外8块电路块构成外环光源，外环光源划分为8个亮度控制区域，每块电路块对应1个亮度控制区域；本技术方案的二级自动光学检测光源可以通过控制16个亮度控制区域的亮度突出待测产品的缺陷部分，从而提高检测精确度，提高检测效率。
文档编号H05B37/02GK202077217SQ2010206880
公开日2011年12月14日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者任斌, 罗炳柱, 赖树明 申请人:东莞理工学院