随着电子产业发展的日新月异,现代电子电路设计也正向着集成化,小型化的方向发展。特别是在印刷电路板(PCB)的制造工艺中,不但外观尺寸越来越小,而且板上孔的尺寸越来越小,孔的数目也越来越多。从而对钻PCB的钻头尺寸与质量的要求也越来越高。本文主要针对当前国内钻头质量检测设备相对落后以及国外钻头质量检测设备成本高昂的现状,通过对PCB数控钻床的外部结构与工作原理的研究,设计并开发了一套性能优良、成本低廉的钻头质量检测设备。本文围绕钻头质量检测展开研究,针对钻头断刀和钻头直径两个方面的质量问题,开发设计了基于FPGA的低成本钻头断刀检测和钻头直径检测系统。分析研究了光电传感技术、信号处理算法等基础理论和基本方法,构建了由钻头断刀检测和钻头直径检测两个模块组成的系统检测方案,并结合FPGA处理器自身的特点,对信号检测算法与图像处理算法进行了硬件化处理,设计并制作了基于FPGA的钻头断刀检测与直径检测系统。在钻头断刀检测模块中,首先设计制作了基于光电池感应原理的光电传感器,其中主要包括滤波电路、放大电路、整形电路以及差分传输电路的设计,特别是在放大电路中,设计了只对检测信号进行放大的选择性放大电路,从而能有效的屏蔽白噪声信号;然后构造了基于FPGA的硬件架构;最后开发了基于VHDL的钻头断刀检测程序。在钻头直径检测模块中,分析研究了CMOS数字图像传感器的工作原理与使用方法;设计并制作了CMOS数字图像传感器与FPGA的接口电路;分析研究了钻头图像的预处理算法以及钻头直径与偏角检测的处理算法,在算法处理中,采用纯硬件语言来实现所有算法,即对所有算法实现了硬件化,从而大大加快了整个检测模块的运行速度;设计并制作了基于RS-485串行通信原理的多机通信网络,实现了一台PC机与多块FPGA芯片同时通信的任务;开发了基于VC++开发平台的钻头直径与偏角数据处理的应用软件。本系统在PCB数控钻床上运行,得到的实验结果表明,本文所提出的系统整体设计方案切实可行,在检测速度与检测精度上都达到了预期的目标,特别是生产成本远远低于国外同类检测设备,同时也满足了PCB数控钻床实时性、准确性的要求。目前在实际PCB数控钻床上试运行情况良好。