技术文章
浅谈贴片机视觉系统
日期：2013-10-11
来源：三姆森科技
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.
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.
