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浅谈贴片机视觉系统南平

南平
2022年07月29日

浅谈贴片机视觉系统

浅谈贴片机视觉系统 2011年12月03日来源：随着电子设备对小型，轻型，薄型和可靠性的需求，促使各种新型器件特别是细微间距器件得到迅速发展，被越来越多的用在各类电子设备上，于是对SMT中的关键设备————贴片机的贴片精度提出了更高的要求。本文从应用角度对FUJI（主要是IP3和CP6）和SIEMENS（S80F）贴片机的视觉系统进行了详细对比。1、机器视觉系统的原理贴片机视觉系统是以计算机为主体的图象观察，识别和分析系统。它主要采用摄象机为计算机感觉的传感部件，或称探测部件。摄象机感觉到在给定视内目的物的光强度分布，然后将其转换成模拟电信号，再通过A/D转换器被数字化成离散的数值，这些数值表示视野内给定的平均光强度，这样得到的数字影象被规则的空间网格覆盖，每个网格叫做一个像元。显然，在像元阵列中目的物影象占据一定的网格数。计算机对包含目的物数字图象的像元阵列进行处理，将图象特征与事先输入计算机的参考图象进行比较和分析判断，根据其计算结果计算机向执行机构发生指令。在机器视觉系统中灰度分辨率。灰度值法是用图象多级亮度来表示分辨的大小，灰度分辨率规定在多大的离散值是机器给定的测量光强度，需要处理的光强越小，灰度分辨率就越高。2、视觉系统的构成贴片机视觉系统由视觉硬件和软件组成。硬件一般由影象探测，影象存储和处理以及影象显示3部分组成。摄象机是视觉系统的传感部件，用于贴片机的视觉采用固态摄象机，CCD摄象机。固态摄象机的主要部分是一块集成电路，集成电路芯片上制作有许多细小光敏元件组成的CCD阵列，每个光敏元件输出的电信号与被观察目标上相应反射光强度成反比，这一电信号作为一像元的灰度被记录下来。象元件坐标决定了该点在图象中的位置。摄象机获取大量信息有微处理机处理。处理结果由工业电视显示。摄象机与微处理机，微处理机与执行机构及显示器之间有通讯电缆连接，一般采用RS232串行通讯接口。3、视觉系统的精度影响视觉系统精度的主要因素是摄象机的像元数和光学放大倍数。摄象机的像元数越多，精度就越高;图象的放大倍数越高，精度就越高。因为图象的光学放大倍数越大，对于给定面积的象元数就越多，所以精度就越高。在FUJI的IP3上，在贴脚宽0。15MM的器件时就采用了精密的需要。不过，放大倍数过大，寻找器件更加困难，容易丢件，降低了帖装率。所以要根据实际需要选择合适的光学放大倍数。4、FUJI和SIEMENS视觉系统的比较1、PCB的精确定位FUJI的IP和CP均有一个专用的MARK CAMERA，用来获取PCB上的标是点位置，大小和形状，读取中心位置。在PCB进行定位时，PCB上需要至少2个表示点（基于X，Y TABLE水平的状态下）依次围绕每个表示点中心，在一定范围内搜索，如未发现目标，就扩大搜索范围（程序中可设定）。确定表示点位置后，与程序中的坐标比较，判断的出偏差，具体反映在X，Y，Q3个值只能感，然后来修正贴装坐标，SIEMENS也大致相同。2、器件检测和定心FUJI使用一大一小2个摄象机进行不同元件的识别和对中，同时执行检测功能。对于不同的器件使用不同的照射方式，J型脚（PLCC，SOJ，BGA）采用前灯（FRONTLIGHT）照射方式，其他采用后灯方式。帖装头上的吸嘴在有程序指定FEEDER位置吸取器件，吸取要尽量在器件的中心点上，特别是对于PLCC84等较大的器件，这一点很必要，否则在图象处理时，常常通不过。吸取到了一确定位置上，获取元器件的形状图象后，通过特殊的算法（因器件而已）获取边缘数据，得出中心位置，与程序内的数据比较，得出X，Y。Q的偏差值，给去校正数据的同时，执行如下各项检测功能:实际器件与PART DATA所描述的器件有否偏差9（封装:包括引脚树，引脚位置，引脚长度，外型大小），引脚有无歪曲，引脚的共面性，以及极性检测等。贴片机在执行检测功能时，将被检测器件的各项特征与存储的封装器件进行比较，如果同不过检测，则可能器件封装出错，或者料上错，或者器件有缺陷，系统就会令贴装头将器件送入抛料盒。FUJI提供了工业CRT显示器可观察器件的图象通过机器上的现场控制台，可手动操作，获取真实器件的图象，有多种方式可检查器件程序内的封装和实际的差别，CRT能提示哪里出错了（BUG），在出错时屏幕还提供了错误代码，方便于分析产生错误的原因，并提供修改的建议。在视觉软件中，对不同的器件有不同的VISION TYPE，这就是不同的图象处理算法，对不同器件的引脚有不同的灰度解决方案，对引脚有不同的照射顺序，可对引脚树进行验证，对于有极性的器件还可进行极性检测，体现了贴篇机的适应性大小。SIEMENS80F4也是属于多功能机，她有2组贴片头，分别是旋转头和IC头，前者有12个贴片头组成，最大可以贴装PLCC44，而IC头可以贴装到55MM855MM的器件。SIEMENS有3个CAMERA，分别是PCB，COMPONENT和IC，PCB主要是用来对照机器上的标志点和PCB上的标志点的。COMPONENT位于旋转头的上方，用来对小器件进行光学对中，调整贴片位置，而IC则主要是对大器件进行光学对中。SIEMENS有3种主要的照相方式，分别是放块器件（比如一般的CHIP元件）SO器件，BGA。在对CHIP元件进行光学对中时，只有平行光，只对器件的边缘进行确认，从而找到器件的中心，算出贴片机需要调整的误差。而队SO类器件进行光学对中的同时，还要对各个管脚的相对位置进行检测，每一个焊球进行检测，位置和焊球的亮度都是检测内容。SIEMENS叫FUJI在对PLCC进行图象处理有明显的优势，主要原因是FUJI的光源是平行光，对于J型管脚的处理结果就是一样，只对J型管脚的最下端有反射。相比较而言，SIEMENS的光源有侧光，对J型管脚的斜面也有反射图象，能对PLCC进行比较全面的光学检测。SIEMENS在贴装PLCC上也有优势，而且侧光在对BGA进行光学检测时也起着重要的作用。5、结语在对FUJI和SIEMENS的视觉系统的比较中，我们更深的认识了贴片机的图象处理技术，可以看出，高精度贴片机综合了计算机，光，电子，自动控制等多种现代高科技技术，随着这些技术日新月异的发展，贴片机会向着更高速，更高精度，更强功能的方向发展。把使用贴片机的心得撰成此文，希望与从事SMT贴片工作的同仁更多的互相交流，达到互相提高的目的。(end)