一种PCB双面三防漆涂覆质量检测系统及方法与流程

本发明涉及涂层质量检测领域，尤其涉及一种pcb双面三防漆涂覆质量检测系统及方法。

背景技术

在工业现场的化学、震动、高尘、盐雾、潮湿与高温等环境下，pcb可能产生腐蚀、软化、变形、霉变等问题，导致线路板电路出现故障。三防漆是一种特殊配方的透明涂料，其在线路板表面形成一层三防的保护膜(防潮、防盐雾、防霉)，从而提高线路板的可靠性，增加其安全系数，并保证其使用寿命。

目前，pcb三防漆涂覆质量检测主要依靠人工在紫外灯光下观察。这种方法易受检测人员主观因素的影响，不能保证检测的效率和精度。同时，检测人员长期处在紫外光环境中，对其健康形成威胁。因此，需要设计一种能够检测pcb双面三防漆涂覆质量的系统。

由于元器件自身颜色影响和片上各区域三防漆涂覆厚度存在差异，简单灰度化(如分量法、平均值法、最大值法、加权平均法)得到的灰度图不能使用阈值完整、准确地分割出三防漆涂覆区域。经常存在的一个现象是：黑色元器件上表面喷涂的三防漆在未烘干时由于液体的流动性从元器件上表面流走，从而使元器件上表面的三防漆涂覆较薄，因而在紫外光照射时荧光效果较弱，呈现在图像中即为亮度较暗，使得简单灰度化得到的灰度图中，元器件上表面的灰度值与未涂覆区域的灰度值相近，无法使用阈值准确地分割出两区域。因此，需要一种对上述问题鲁棒的三防漆涂覆质量检测方法。同时，考虑到现场应用的要求，三防漆涂覆区域检测操作还需满足快速性要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有人工目测方法的不足，提供一种可靠性高、检测准确、效率高的pcb双面三防漆涂覆质量检测系统。

本发明的目的还在于克服上述元器件自身颜色影响和片上各区域三防漆涂覆厚度存在差异的问题，提供一种检测准确、效率高的pcb双面三防漆涂覆质量检测方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的：一种pcb双面三防漆涂覆质量检测系统，包括上位机、控制器、光源模块、图像采集模块、载具、位置检测模块、位置固定模块、载具翻转模块；

所述上位机通过所述控制器与所述光源模块、图像采集模块、位置检测模块、位置固定模块、载具翻转模块相连；

所述载具用于搭载一个或多个待检测pcb；

所述位置检测模块用于检测载具在轨道上的位置；

所述位置固定模块用于固定所述载具；

所述载具翻转模块用于将固定好的所述载具翻转180°，使所述图像采集模块可以采集所述载具上所述一个或多个待检测pcb另一面的涂覆情况；

所述位置检测模块和所述位置固定模块成对布置；

所述系统包括两个所述位置检测模块和所述位置固定模块对；所述两个位置固定模块间的位置间隔等于所述载具的长度；

当所述载具通过第一对的所述位置检测模块时，所述上位机控制放下第二对的所述位置固定模块的所述挡板；当所述载具到达第二对的所述位置检测模块时，所述上位机控制放下第一对的所述位置固定模块的所述挡板，固定所述载具，第一对的所述位置固定模块反馈“载具已到位”信号到所述上位机；

所述上位机检测完所述载具上所述pcb第一个侧面的三防漆涂覆质量后，控制所述载具翻转模块翻转180°，当所述载具重新水平静止时，所述载具翻转模块反馈“载具已到位”信号到所述上位机，所述上位机控制所述图像采集模块采集所述载具当前侧面的图像，所述上位机根据所述图像检测所述载具上所述pcb当前另一侧面的三防漆涂覆质量。

进一步的，所述光源模块可以交替发出白光和紫外光；

所述上位机通过所述控制器控制所述光源模块发出的光波类型；

所述紫外光可以使pcb三防漆涂层产生荧光效果。

进一步的，所述图像采集模块由一个高分辨率的相机组成，可以采集到所述载具和所述一个或多个待检测pcb的清晰图像；所述相机的分辨率由涂覆检测精度确定；

所述上位机通过所述控制器控制所述图像采集模块采集图像，所述图像通过所述控制器传输到所述上位机进行分析和处理；

所述上位机根据白光下采集的所述图像读取所述载具与所述一个或多个待检测pcb的二维码；所述二维码数据具有唯一性，用作数据存储中的键值；

所述上位机根据紫外光下采集的所述图像同时检测所述载具上的所述一个或多个待检测pcb的当前侧三防漆涂覆质量。

进一步的，所述位置检测模块由红外传感器组成；

所述上位机通过所述控制器接收所述位置检测模块的输出信号。

进一步的，所述位置固定模块由挡板和伺服电机组成；

所述上位机通过所述控制器控制所述伺服电机，使所述挡板放下或抬起；

所述上位机通过所述控制器接收所述位置固定模块的输出信号。

进一步的，所述载具翻转模块由子控制器、电机、与电机转轴相连的夹具、夹具位置监测模块组成；

所述上位机通过所述控制器控制所述载具翻转模块翻转所述载具；

所述上位机通过所述控制器接收所述载具翻转模块的输出信号；

所述夹具位置监测模块可检测所述夹具夹紧或松开载具的状态，还可检测所述夹具的位置方向是否水平；所述夹具的位置方向与所述载具的位置方向一致；

当所述子控制器接收到所述上位机的“启动翻转”信号时，控制所述夹具夹紧所述载具；当所述夹具位置监测模块检测到所述夹具已夹紧时，向所述子控制器发送“载具已夹紧”信号；所述子控制器接收到“载具已夹紧”信号时，控制所述电机转动180°；当所述夹具位置监测模块检测到所述夹具位置不水平时，向所述子控制器发送“载具倾斜”信号；当所述夹具位置监测模块检测到所述夹具位置水平时，向所述子控制器发送“载具水平”信号；当所述子控制器重新接收到“载具水平”信号时，所述载具已翻转180°，所述子控制器控制所述夹具松开；当所述夹具位置监测模块检测到所述夹具已松开时，向所述子控制器发送“载具已松开”信号；当所述子控制器接收到“载具已松开”信号时，所述子控制器向所述上位机发送“载具已到位”信号。

进一步的，该系统还包括报警模块，若所述上位机检测到所述pcb的三防漆涂覆质量存在缺陷，启动报警模块。

进一步的，该系统还包括避光外壳，所述光源模块、图像采集模块、载具、位置检测模块、位置固定模块和载具翻转模块均置于避光外壳内部，所述避光外壳用于构建一个封闭的灯光环境，屏蔽外界光噪声污染，提高采集图像质量。

本发明的基于pcb双面三防漆涂覆质量检测系统的方法，包括以下步骤：

步骤1：在所述光源模块的紫外光照射下，所述上位机通过所述图像采集模块获取所述载具一个侧面的模板图像，并在模板图像上设置载具目标区域，在所述载具目标区域中设置一个或多个待检测pcb区域；若所述载具目标区域有二维码，设置载具二维码读取区域；

步骤2：在所述各个pcb区域中设置必需涂覆区域、禁止涂覆区域；若所述pcb区域中存在二维码，设置pcb二维码读取区域；

步骤3：翻转所述载具，重复步骤1和步骤2设置所述载具另一个侧面的各区域；

步骤4：所述上位机加载所述模板文件；所述上位机使能所述位置检测模块；

步骤5：若所述上位机接收到“载具已到位”信号，控制所述光源模块发出白光，通过所述图像采集模块采集图像，然后控制所述光源模块发出紫外光，通过所述图像采集模块采集图像；

步骤6：所述上位机首先根据采集的图像分别读取所述载具和所述一个或多个待检测pcb的二维码，然后分别检测所述各个pcb的三防漆涂覆质量；

所述上位机检测所述各个pcb的三防漆涂覆质量的方法包括如下步骤：

步骤6.1：分割出pcb的涂覆区域，得到一张表示涂覆区域的二值图，用白色表示存在涂覆区域，用黑色表示不存在涂覆的区域；

步骤6.2：将分割出的涂层区域图像分别与必需涂覆区域mask图和禁止涂覆区域mask图对比，得到涂覆差异图；

必需涂覆区域mask图中，白色表示必需涂覆区域，黑色表示不关注区域；禁止涂覆区域mask图中，白色表示禁止涂覆区域，黑色表示不关注区域；

步骤6.3：与必需涂覆区域mask图对比得到的涂覆差异图中，白色表示少涂区域，黑色表示正确涂覆区域或不关注区域；与禁止涂覆区域mask图对比得到的涂覆差异图中，白色表示多涂区域，黑色表示正确未涂覆区域或不关注区域；

若得到的差异图上存在白点，则表示存在涂覆错误；

所述pcb涂覆区域分割的方法包括如下步骤：

步骤6.1.1：将rgb彩色图像进行通道分割；

步骤6.1.2：运用颜色指数方法计算灰度图；

步骤6.1.3：对灰度图进行阈值分割，得到二值图；

步骤7：所述上位机控制所述载具翻转模块将所述载具翻转180°，重复步骤5和步骤6；

步骤8：所述上位机控制抬起所述位置固定模块的所述挡板，使所述载具继续在所述轨道上行进；返回步骤5，检测下一个所述载具。

进一步的，所述突出蓝色元素的灰度图中三防漆涂覆区域的灰度值明显高于未涂覆区域，使下一步阈值操作可以准确地分割出三防漆涂覆区域。

本发明的有益效果是：

(1)本发明实现自动化地检测三防漆涂覆质量，且通过翻板模块实现双面检测，缩短流水线长度，降低成本；且相对人工目测方法，可很好地排除检测人员的主观因素影响，保证效率和精度；

(2)本发明采用颜色指数方法分割三防漆涂覆区域，方法简单，且对元器件自身颜色影响和片上各区域三防漆涂覆厚度存在差异导致荧光效果不同，不易于图像分辨的问题鲁棒，可以快速、准确地分割出涂覆区域。

附图说明

图1为本发明实施例中pcb双面三防漆涂覆质量检测系统的结构模块图；

图2为本发明实施例中pcb双面三防漆涂覆质量检测系统的结构示意图；

图3为本发明pcb双面三防漆涂覆质量检测方法的整体流程图；

图4为本发明上位机检测各个pcb的三防漆涂覆质量的图像处理算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述，但本发明的实施方法不限于此。

如图1和图2所示，本发明提供的一种pcb双面三防漆涂覆质量检测系统，包括上位机1、控制器2、避光外壳3、第一光源模块5、第二光源模块6、图像采集模块4、载具9、第一位置检测模块10、第二位置检测模块12、第一位置固定模块11、第二位置固定模块13、载具翻转模块8；

第一光源模块5、第二光源模块6、图像采集模块4、载具9、第一位置检测模块10、第二位置检测模块12、第一位置固定模块11、第二位置固定模块13、载具翻转模块8均位于避光外壳3的内部；

上位机1通过控制器2与第一光源模块5、第二光源模块6、图像采集模块4、第一位置检测模块10、第二位置检测模块12、第一位置固定模块11、第二位置固定模块13、载具翻转模块8相连；

载具9用于搭载四个待检测pcb，分别为第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16、第四待检测pcb17；

第一位置检测模块10和第二位置检测模块12用于检测载具9在轨道7上的位置；

第一位置固定模块11和第二位置固定模块13用于固定载具9；

载具翻转模块8用于将固定好的载具9翻转180°，使图像采集模块4可以采集载具9上四个待检测pcb，即第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16、第四待检测pcb17另一面的涂覆情况；

位置检测模块和位置固定模块成对布置；

系统包括两个位置检测模块和位置固定模块对，第一位置检测模块10和第一位置固定模块11为第一对，第二位置检测模块12和第二位置固定模块13为第二对；

第一位置固定模块11和第二位置固定模块13间的位置间隔等于载具9的长度；

当载具9通过第一对的位置检测模块时，上位机1控制放下第二对的位置固定模块的挡板；当载具9到达第二对的位置检测模块时，上位机1控制放下第一对的位置固定模块的挡板，固定载具9，第一对的位置固定模块反馈“载具已到位”信号到上位机1；

上位机1检测完载具9上四个待检测pcb，即第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16、第四待检测pcb17第一个侧面的三防漆涂覆质量后，控制载具翻转模块8翻转180°，当载具9重新水平静止时，载具翻转模块8反馈“载具已到位”信号到上位机1，上位机1控制图像采集模块4采集载具9当前侧面的图像，上位机1根据图像检测载具9上四个待检测pcb，即第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16、第四待检测pcb17当前另一侧面的三防漆涂覆质量。

第一光源模块5和第二光源模块6可以交替发出白光和紫外光；上位机1通过控制器2控制第一光源模块5和第二光源模块6发出的光波类型；紫外光可以使pcb三防漆涂层产生荧光效果。

图像采集模块4由一个高分辨率的相机组成，可以采集到载具9和四个待检测pcb，即第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16、第四待检测pcb17的清晰图像；相机的分辨率由涂覆检测精度确定；上位机1通过控制器2控制图像采集模块4采集图像，图像通过控制器2传输到上位机1进行分析和处理；上位机1根据白光下采集的图像读取载具9与四个待检测pcb，即第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16、第四待检测pcb17的二维码；上位机1根据紫外光下采集的图像同时检测载具9上的四个待检测pcb，即第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16、第四待检测pcb17的当前侧三防漆涂覆质量。

第一位置检测模块10和第二位置检测模块12均由红外传感器组成；上位机1通过控制器2接收第一位置检测模块10和第二位置检测模块12的输出信号。

第一位置固定模块11和第二位置固定模块13均由挡板和伺服电机组成；上位机1通过控制器2控制伺服电机，使挡板放下或抬起；上位机1通过控制器2接收第一位置固定模块11和第二位置固定模块13的输出信号。

载具翻转模块8由子控制器、电机、与电机转轴相连的夹具、夹具位置监测模块组成；上位机1通过控制器2控制载具翻转模块8，并接收载具翻转模块8的输出信号；

夹具位置监测模块可检测夹具夹紧或松开载具的状态，还可检测夹具的位置方向是否水平；夹具的位置方向与载具9的位置方向一致；

当子控制器接收到上位机1的“启动翻转”信号时，控制夹具夹紧载具9；当夹具位置监测模块检测到夹具已夹紧时，向子控制器发送“载具已夹紧”信号；子控制器接收到“载具已夹紧”信号时，控制电机转动180°；当夹具位置监测模块检测到夹具位置不水平时，向子控制器发送“载具倾斜”信号；当夹具位置监测模块检测到夹具位置水平时，向子控制器发送“载具水平”信号；当子控制器重新接收到“载具水平”信号时，载具9已翻转180°，子控制器控制夹具松开；当夹具位置监测模块检测到夹具已松开时，向子控制器发送“载具已松开”信号；当子控制器接收到“载具已松开”信号时，子控制器向上位机1发送“载具已到位”信号。

如图3和图4所示，一种基于上述pcb双面三防漆涂覆质量检测系统的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：在第一光源模块5和第二光源模块6的紫外光照射下，上位机1通过图像采集模块4获取载具9一个侧面的模板图像，并在模板图像上设置载具目标区域，在载具目标区域中设置四个待检测pcb区域；若载具目标区域有二维码，设置载具二维码读取区域；

步骤2：在各个pcb区域中设置必需涂覆区域、禁止涂覆区域；若pcb区域中存在二维码，设置pcb二维码读取区域；

步骤3：翻转载具9，重复步骤2和步骤3设置载具9另一个侧面的各区域；

步骤4：上位机1加载模板文件；上位机1使能第一位置检测模块10和第二位置检测模块12；

步骤5：若上位机1接收到“载具已到位”信号，控制第一光源模块5和第二光源模块6发出白光，通过图像采集模块4采集图像并保存，然后控制第一光源模块5和第二光源模块6发出紫外光，通过图像采集模块4采集图像；

步骤6：上位机1首先根据采集的图像分别读取载具9和四个待检测pcb，即第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16、第四待检测pcb17的二维码，然后分别检测各pcb的三防漆涂覆质量；

上位机1检测各pcb三防漆涂覆质量的算法：

步骤6.1：分割出pcb的涂覆区域，得到一张表示涂覆区域的二值图；

步骤6.2：将分割出的涂层区域图像分别与必需涂覆区域mask图和禁止涂覆区域mask图对比，得到涂覆差异图；

必需涂覆区域mask图中，白色表示必需涂覆区域，黑色表示不关注区域；禁止涂覆区域mask图中，白色表示禁止涂覆区域，黑色表示不关注区域

步骤6.3：与必需涂覆区域mask图对比得到的涂覆差异图中，白色表示少涂区域，黑色表示正确涂覆区域或不关注区域；与禁止涂覆区域mask图对比得到的涂覆差异图中，白色表示多涂区域，黑色表示正确涂覆区域或不关注区域；

若得到的差异图上存在白点，则表示存在涂覆错误。

步骤6.4：若上位机1检测到第一待检测pcb14、第二待检测pcb15、第三待检测pcb16或第四待检测pcb17的三防漆涂覆质量存在缺陷，弹出报警窗口。

所述pcb涂覆区域分割算法：

步骤6.1.1：将rgb彩色图像进行通道分割；

步骤6.1.2：运用颜色指数方法计算突出蓝色元素的灰度图；本实施例运用的颜色指数方法的计算公式为grey＝1.3b-r，其中grey表示计算得到的灰度图，b表示原rgb图像的b通道图像，r表示原rgb图像的r通道图像；此计算公式可以很好地突出原彩色图像中的蓝色元素，同时有效抑制图像中的红色元素，对片上元件的自身颜色(一般为黑色或红色)的干扰鲁棒，使得到的灰度图中荧光效果较弱的元件上表面区域也具有较高的像素值；

步骤6.1.3：运用的otsu方法自适应地选择阈值，对灰度图进行阈值分割，得到表示三防漆涂覆区域的二值图。

步骤7：上位机1控制载具翻转模块8将载具9翻转180°，重复步骤5和步骤6；

步骤8：上位机1控制抬起第一位置固定模块11和第二位置固定模块13的挡板，使载具9继续在轨道7上行进；返回步骤6，检测下一个载具9。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应视为本发明的保护范围。