基于LabView的AOI视觉检测系统分析

基于 LabView 的 AOI 视觉检测系统分析

陈岩

康宁（海南 ) 光通信有限公司，海南 海口， 570000

摘要：自动光学(Automatic Optical Inspection，AOI)视觉检测系统以其工具简单化、功能模块化、数据可视化、操作简单化、检测智能化等特点得到广泛应用，成为生产制造领域产品检测重要手段，在促进企业产品生产质量与生产管理水平提升上发挥着至关重要的作用。本研究利用LabVIEW开发平台，设计研发出一种可用于产品质量自动化检测的AOI视觉检测系统，对其工作原理、主要功能、软硬件设计等进行了简要介绍。以期为相关研究提供理论指导。

关键词：LabView；自动光学检测；视觉监测系统

引言：计算机视觉技术的发展，推动了视觉检测技术的产生，可以说，前者是后者产生的基础，其检测原理是通过对光学成像技术的利用，首先对被检测产品数字图像的准确获取，之后，通过计算机对其加以分析和处理后，即可达成检验产品质量的目的。由于这项技术具有非常高的先进性，故受到了相关领域的高度关注。因此，将LabView作为基础，对AOI视觉检测系统进行分析，具有十分重要的意义。

1系统工作原理分析

本文所研究的AOI视觉检测系统，其组成部分包括PC机、工业镜头、光源、相机和机械手等。其中，TCP/IP协议是各部门实现通讯连接的主要协议。视觉检测系统的工作原理如下所述：首先利用相机对图像进行采集，然后向PC机传输图像信号。PC机会将图像信号进行转化，之后，其就会变为数字图像。计算机程序会将图像作为依据，对目标所处的场景位置进行计算，在完成计算后，控制程序就会生成控制指令，并借助以太网向机械手控制系统发布，最后由机械手响应命令，并通过解释控制指令的方式，控制伺服电机进行抓取操作。

视觉检测步骤如下所述：第一，结合上文可知，视觉检测的首要步骤是图像获取，通俗而言，就是在系统中导入识别对象，并予以显示。在实际处理过程中，可借助系统内部的功能模块，为图像提供临时空间，并以此为跳板将其导入到计算机之中，为下一步骤的进行，奠定坚实的基础。第二，图像灰度比。在调查后得知，黑色是喷码的主要颜色，其原因在于这种颜色容易被人们所识别，但现代产品包装的颜色较为多样，包装上的信息也相对较多，这些信息的保留不仅会增加处理成本，还会导致系统处理效率大幅度下降，因此，在实际识别过程中，需要对彩色图形进行灰度化处理。第三，对区域定位进行识别。视觉检测系统可以将喷码区域视为一个关注区域，并通过编程的方式定位该区域。第四，光学字符识别，系统可利用OCR功能训练样本，并在此基础上建立字符数据库，并利用该数据库达成识别字符的目的。

2系统主要功能介绍

在SMT生产线上，在贴片工序完成后，方能对AOI系统进行放置，通过这种方式，实现对贴片位置准确度的检测。之后，还要将该系统放置到回流焊工序，对焊接后的质量进行检测，具体检测指标包括元件所处位置和焊接点的质量，针对存在BGA、CSP元件的PCB，在检测过程中，可将具有X射线的系统作为主要选择。在查阅资料后得知，SMT生产线各种故障出现的概率各不相同，其中，焊接故障的占比最高，大约占7成左右，元件贴装次之，占比为10%，而其余故障的占比为20%，因此对电子元件焊接和贴装质量进行检测至关重要。

3系统软硬件设计分析

3.1系统硬件设计

系统功能的实现离不开硬件支持，做好系统硬件设计至关重要。基于LabView的AOI视觉检测系统的硬件系统主要由光学照明系统、图像采集处理系统、执行控制系统、人机交互系统等构成。在对其进行设计时，应注重以下装置配置。

1. 摄像机配置：图像质量是保证系统质量的关键所在，摄像机作为获取图像的重要装置，其性能的高低直接决定图像质量好坏。因此，在系统设计与开发过程中需要高度重视摄像机配置。CCD摄像机以其灵敏度高、体积小、使用寿命长、抗震性强等优势在工业摄像领域得到广泛应用^[1]。对比分析不同类型CCD摄像机性能，结合基于LabView的AOI视觉检测系统使用要求，确定分辨率较高的BN-322HL（Backbone公司生产）摄像机作为本次研究系统摄像机。其性能参数见表1。

表 1 摄像机性能参数（部分）

2. 结构光源配置：光学照明系统中，图像品质、图像处理效果均与结构光源配置相关。因此，在基于LabView的AOI视觉检测系统硬件设计中，需要做好结构光源配置工作。通常情况下，AOI视觉检测系统检测过程中，不可避免遇到体积小且具有较强反光能力的工件，为保证图像品质，建议选用三色球积分光源。三色球积分光源有三种颜色控制，可满足不同颜色工件检测需求，同时三色球积分光源属于均匀光源，均匀性通常可达到90%~97%，能够有效规避过曝问题，保证所获取图像为高品质、高对比度图像，便于系统进行图像识别、分割、检测。

3. 图像采集卡配置：图像采集卡是检测系统常用信号转换设备，能够对摄像机输出视频信号进行有效采集，并将其转换为系统所需的数字信号。关于LabView的AOI视觉检测系统，设计采用PXI-1409图像采集卡，该图像采集卡拥有驱动模块，通过该模块可实现图像采集卡有效控制与操作，同时该图像采集卡无需中央处理器参。其基本参数见表2。

表 2 图像采集卡参数（部分）

4. 电控平移台配置：基于LabView的AOI视觉检测系统应用过程中，要想在保证检测精准度的同时，扩大检测范围，需要实施分块检测。对此需要在硬件系统设计中，配备电控平移台。通常情况下，电控平移台由机械运动台、控制台共同组成，具备自动控制与手动控制两种模式。实践操作中，控制台与计算机通过RS232接口连接，控制台根据计算机口令控制机械运动台移动。

3.2系统软件设计

软件系统设计是AOI视觉检测系统开发重点内容，其设计质量与AOI视觉检测系统功能实现存在直接关系。本次研究系统采用LabView开发平台与IMAQ Vision模块，实现AOI视觉检测系统软件设计^[2]。本文研发的AOI视觉检测系统，其软件功能主要包括图像采集、控制、处理、评估以及数据处理与利用等，用户登录系统后，可根据主界面上的功能键进入系统各功能模块完成相应任务。例如，进入焊点检测模块，可完成检测图像预览、缺陷焊点图像提取、参数设置、图像输入输出、自动化检测、检测结果展示等操作。系统在进行焊接质量检验时，首先运用最大类间方差法实现图像分割，之后依靠IMAQ Vision模块中的二值形态学运算（高低变换、平滑处理、对比度增强等）进行图像处理，将噪音点、瑕疵点有效消除，基于焊点特征提取重要参数，通过序贯概率比检验完成图像分类与结果识别。

结论：利用LabView开发平台可快速实现AOI视觉检测系统开发，并充分满足AOI视觉检测系统对图像识别、处理等需求。经系统实验分析确定基于LabView的AOI视觉检测系统能够连续、快速捕捉被检测工件，识别率高达97%。将该系统应用到实践中，能够有效替代人工检测进行自动化作业，提高产品检测自动化水平。

参考文献：

[1]余旭东,黄国钦.基于LabVIEW的金刚石锯片端面损伤视觉检测平台[J].超硬材料工程,2020,32(06):15-21.

[2]郭方营.LabVIEW与视觉技术在苹果质量分选系统中的应用[J].电子测试,2020(19):10-13.