摘要：視覺系統(tǒng)現(xiàn)在已成為高精度貼裝機(jī)的重要組成部分。本文首先對(duì)貼片機(jī)圖像處理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，在對(duì)FUJI和 SIEMEMS貼片機(jī)視覺系統(tǒng)比較的基礎(chǔ)上，簡述了現(xiàn)代高精度SMT設(shè)備是如何適應(yīng)微小間距件的貼裝。
關(guān)鍵詞：圖像處理 灰度值法 貼片精度 圖像處理算法
Abstract：The vision processing system is the critical portion of the high – placement ma-chine. This paper firstly introduces the principle of vision processing and structure of the placement machine. Based on the contrast of vision processing system between fuji and siemems placement machine, we expound how the modem SMT machine meet the requirement of placing the micro pitch parts.
Keywords：Vision Processing Gray Technology Placing Vision Processing Algorithms
隨著電子設(shè)備對(duì)小型、輕型、薄型和可靠性的需求，促使各種新型器件特別是細(xì)間距、微細(xì)間距器件得到迅速發(fā)展，被越來越多地用于各類電子設(shè)備上，于是對(duì)SMT中的關(guān)鍵設(shè)備---貼片機(jī)的貼片精度提出了更高的要求。
本文從應(yīng)用角度對(duì)FUJI（主要是IP3,CP6）和SIEMEMS (S80F)貼片機(jī)的視覺系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比，以使從事SMT的有關(guān)技術(shù)人員更好地了解當(dāng)今高精度貼片機(jī)的圖像處理技術(shù)是如何適應(yīng)器件高精度貼裝的需求。
1 貼片機(jī)視覺系統(tǒng)的原理
貼片機(jī)視覺系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為主體的圖像觀察、識(shí)別和分析系統(tǒng)。它主要采用攝像機(jī)作為計(jì)算機(jī)感覺的傳感部件，或稱探測部件。攝像機(jī)感覺到在給定視野內(nèi)目的物的光強(qiáng)度分布，然后將其轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，模擬電信號(hào)再通過A/D轉(zhuǎn)換器被數(shù)字化成離散的數(shù)值，這些數(shù)值表示視野內(nèi)給定點(diǎn)的平均光強(qiáng)度，這樣得到的數(shù)字影像被規(guī)則的空間網(wǎng)格覆蓋，每個(gè)網(wǎng)格叫做一個(gè)像元。顯然，在像元陣列中目的物影像占據(jù)一定的網(wǎng)格數(shù)。
計(jì)算機(jī)對(duì)上述包含目的物數(shù)字圖像的像元陣列進(jìn)行處理，將所圖像特征與事先輸入計(jì)算機(jī)的參考圖像進(jìn)行比較和分析判斷，根據(jù)其結(jié)果計(jì)算機(jī)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生指令。 數(shù)字圖像、視頻圖象、圖像數(shù)字化處理，在機(jī)器視覺系統(tǒng)中灰度分辨率。
灰度值法是用圖像多級(jí)亮度來表示分辨的大小?；叶确直媛室?guī)定在多大的離散值是機(jī)器給定的測量光強(qiáng)度，需要處理的光強(qiáng)越小，灰度分辨率就越高。
2 貼片機(jī)視覺系統(tǒng)的構(gòu)成
貼片機(jī)視覺系統(tǒng)由視覺硬件和軟件組成。硬件一般由影像探測、影像存儲(chǔ)和處理以及影像顯示三部成組成。
攝像機(jī)是視覺系統(tǒng)的傳感部件，用于貼裝機(jī)的視覺采用固態(tài)攝像機(jī)，CCD攝像機(jī)。固態(tài)攝像機(jī)的主要部分是一塊集成電路，集成電路芯片上制作有許多細(xì)小光敏元件組成的CCD陣列，每個(gè)光敏元件輸出的電信號(hào)與被觀察目標(biāo)上相應(yīng)反射光強(qiáng)度成反比，這一電信號(hào)作為一像元的灰度被記錄下來。像元件坐標(biāo)決定了該點(diǎn)在圖像中的位置。 攝像機(jī)獲取大量信息有微處理機(jī)處理。處理結(jié)果由工業(yè)電視顯示。攝像機(jī)與微處理機(jī)，微處理機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及顯示器之間有通訊電纜連接，一般采用RS232串行通訊接口。
3 視覺系統(tǒng)的精度
影響視覺系統(tǒng)精度的主要因素是攝像機(jī)的像元數(shù)和光學(xué)放大倍數(shù)。攝像機(jī)的像元數(shù)越多，精度就越高；圖象的放大倍數(shù)越高，精度就越高。因?yàn)閳D像的光學(xué)放大倍數(shù)越大，對(duì)于結(jié)定面積的像元數(shù)就越多，所以精度越高。在FUJI的IP3上，在貼腳寬0.15mm的器件時(shí)就采用了精密的需要。不過，放大倍數(shù)過大，尋找器件更加困難，容易丟件，降低了貼裝率，所以要根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的光學(xué)放大倍數(shù)。
4 FUJI和SIEMENS視覺系統(tǒng)的比較
1、PCB的精確定位。FUJI的IP和CP均有一個(gè)專用的MARK CAMERA,用來獲取PCB上的標(biāo)志點(diǎn)位置、大小和形狀，讀取中心位置。在PCB進(jìn)行定位時(shí)，PCB上需要至少兩個(gè)標(biāo)點(diǎn)（基于X 、Y TABLE水平的狀況下，）依次圍繞每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)中心，在一定范圍內(nèi)搜索，如未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，就擴(kuò)大搜索范圍（程序中可設(shè)定）。確定標(biāo)志點(diǎn)位置后，與程序中的坐標(biāo)比較，判定得出偏差，具體反映在X、Y、 Q三個(gè)值上，然后來修正貼裝數(shù)據(jù)。西門子也大致相同。
2.器件檢測和定心。FUJI使用一大一小兩個(gè)攝像頭進(jìn)行不同元件的識(shí)別與對(duì)中，同時(shí)執(zhí)行檢測功能。對(duì)于不同的器件使用不同的照射方式。J型腳（PLCC,SOJ,BGA）采用前燈（FRONTLIGHT）照射方式，其它采用后燈（BACKLIGHT）方式。貼裝頭上的吸嘴在程序指定FERDER位置吸取器件，吸取要盡量在器件的中心點(diǎn)上，特別對(duì)于PLCC84等較大的器件，這一點(diǎn)很有必要，否則在圖象處理時(shí)，常常通不過。吸取到了一確定位置上，獲取元器件的形狀圖像后，通過特殊的算法（因器件而導(dǎo)），獲取邊緣數(shù)據(jù)，得出中心位置，與程序內(nèi)的數(shù)據(jù)比較，得出X、Y、Q的偏差值，給出校正數(shù)據(jù)的同時(shí)，執(zhí)行如下各項(xiàng)檢測功能：實(shí)際器件與PART DATA所描述的器件有否偏差（封裝：包括引腳數(shù)、引腳位置、引腳長度、外型大?。?、引腳有無彎曲、引腳的共面性、以及極性檢測等。
貼片機(jī)在執(zhí)行檢測功能時(shí)，將被檢測器件的各項(xiàng)特征與存儲(chǔ)的封裝器件進(jìn)行比較，如果通不過檢測，則可能器件封裝出錯(cuò)，或者料上錯(cuò)，或者器件有缺陷，系統(tǒng)就令貼裝頭將器件送入廢料帶。實(shí)際應(yīng)用中，如出現(xiàn)以上問題要認(rèn)真分析具體原因。
FUJI提供了工業(yè)CRT顯示器可觀察器件的圖象，通過機(jī)器上的現(xiàn)場控制臺(tái)，可手動(dòng)操作，獲取真實(shí)器件的圖像，有多種方式可檢查器件程序內(nèi)的封裝和實(shí)際的差別，CRT能提示哪里出了錯(cuò)（BUG），在出錯(cuò)時(shí)屏幕還提供了錯(cuò)誤代碼，方便于分析產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因，并提供修改的建議。在視覺軟件（PART DATA）中，對(duì)不同的器件有不同的VISION TYPE,這也就是不同的圖像處理算法，對(duì)不同器件的引腳有不同的灰度解決方案，對(duì)引腳有不同的照射順序，可對(duì)引腳數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)于有極性的器件還可進(jìn)行極性檢測，體現(xiàn)了貼片機(jī)的適應(yīng)性大小。
富士的IP3圖象處理采用了多種先進(jìn)技術(shù)，灰度處理系統(tǒng)的像元比以前的機(jī)器（BINARY）增加了一倍，而且能貼BGA、FLIP CHIP、CONNECTORS和多種異型器件。 西門子80F4也是屬于多功能機(jī)，它有兩組貼片頭，分別是旋轉(zhuǎn)頭和IC頭。旋轉(zhuǎn)頭由12個(gè)貼片頭組成，最大可以貼裝PLCC44。而IC頭可以貼裝到55mmX55mm的器件。西門子貼片機(jī)有三個(gè)CAMERA,分別是PCB CAMERA、COMPONENT CAMERA和IC CAMERA。PCB CAMERA主要是用來照機(jī)器上的標(biāo)志點(diǎn)和PCB上的標(biāo)志點(diǎn)的。COMPONENT CAMERA位于旋轉(zhuǎn)頭的上方，用來對(duì)小器件進(jìn)行光學(xué)對(duì)中，調(diào)整貼片位置。而IC CAMERA則主要是對(duì)大器件進(jìn)行光學(xué)對(duì)中。 西門子貼片機(jī)有三種主要的照相方式，分別是：方塊器件（比如一般的CHIP元件、SO（包括PLCC）器件、BGA。在對(duì)CHIP類元件進(jìn)行光學(xué)對(duì)中時(shí)，只有平行光，只對(duì)器件的邊緣進(jìn)行確認(rèn)，從而找到器件的中心，算出貼片時(shí)需要調(diào)整的誤差。而在對(duì)SO類器件進(jìn)行光學(xué)對(duì)中的同時(shí)，還需要對(duì)各個(gè)管腳的相對(duì)位置進(jìn)行檢測，如果管腳不在標(biāo)準(zhǔn)位置的話，也會(huì)判斷為不合格器件。BGA因?yàn)槭乔蛐秃盖?，在照相處理上，又有不同，要?duì)每一個(gè)焊球進(jìn)行檢測，位置和焊球的亮度都是檢測內(nèi)容。有不合標(biāo)準(zhǔn)的，就作為不合格器件棄用。西門子較之FUJI在對(duì)PLCC進(jìn)行圖象處理上有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要原因是FUJI的光源是平行光，對(duì)于J型管腳的處理結(jié)果就是一樣，只對(duì)J型管腳的最下端有反射。相比較而言，西門子的光源有側(cè)光，對(duì)J型管腳的斜面也有反射圖象，能對(duì)PLCC進(jìn)行比較全面的光學(xué)檢測。西門子在貼裝PLCC上也較之FUJI-IP3有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，而且側(cè)光在對(duì)BGA進(jìn)行光學(xué)檢測時(shí)也起著重要的作用。
5 結(jié)語
在對(duì)FUJI和SIEMENS的視覺系統(tǒng)的比較中，我們更深的認(rèn)識(shí)了貼片機(jī)的圖像處理技術(shù)，可以看出，高精度貼片機(jī)綜合了計(jì)算機(jī)、光、電子、自動(dòng)控制等多種現(xiàn)代高科技技術(shù)，隨著這些科技日新月異的發(fā)展，貼片機(jī)會(huì)向著更高速、更高精度、更強(qiáng)功能的方向發(fā)展。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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