贴片机视觉对中系统讲解

   视觉系统在成功的贴装设备中扮演着一个重要的角色。高度精确的光学装置、灵活的照明和高解析度的摄像机集成出最佳的电路和器件的图像，所以通过现代化的算法能够获得至关重要的需要修正电路板、元器件和供料装置变化的反馈。通过采用先进的视觉技术装置，可以达到较高水平的贴装速率。降低拾取中所发生的缺陷，从而有利于提高整条生产线上的生产量，增加经济效益。
视觉系统一般分为俯视、仰视、头部或激光对齐，视位置或摄像机的类型而定。

   （1）俯视摄像机安装在贴片头上，用来在电路板上搜寻目标（称作基准），以便在贴装前将电路板置于正确位置。

   （2）仰视摄像机用于在固定位置检测元件，一般采用CCD技术，在安装之前，元件必须移过摄像机上方，以便做视觉对中处理。粗看起来，好象有些耗时。但是，由于贴片头必须移至送料器收集元件，如果摄像机安装在拾取位置（从送料处）和安装位置（板上）之间，视像的获取和处理便可在安装头移动的过程中同时进行，从而缩短贴装时间。

   目前的CCD硬件性能都具备相当的水平。在CCD硬件开发方面前些时候开发了“背光”（Back-Lighting）及“前光”（Front-Lighting）技术，以及可编程的照明控制，以更好应付各种不同元件贴装需要。例如阻容类等简单元件从后面照明，视觉系统仅识别本体轮廓就可可靠对中。相反，QFP等密引脚元件最好是前光照明，将完整的分布在包装体四周的引脚显示出来以便视觉系统可靠识别对中。有些BGA在元件底面有可见的走线，可能混淆视觉系统，这些元件要求侧面照明系统。它将从侧面照明锡球，而不是底面的走线，因此视觉系统可检查锡球分布，正确地识别元件。
      
   （3）头部摄像机直接安装在贴片头上，一般采用line-sensor技术，在拾取元件移到指定位置的过程中完成对元件的检测，这种技术又称为“飞行对中技术”，它可以大幅度提高贴装效率。该系统由两个模块组成：一个模块是由光源与镜头组成的光源模块。光源采用LED发光二极管与散射透镜，光源透镜组成光源模块。另一个模块为接受模块，采用Line CCD及一组光学镜头组成接受模块。此两个模块分别装在贴片头主轴的两边，与主轴及其它组件组成贴片头，贴片机有几个贴片头，就会有相应的几套系统。

   （4）激光对齐是指从光源产生一适中的光束，照射在元件上，来测量元件投射的影响。这种方法可以测量元件的尺寸、形状以及吸嘴中心轴的偏差。这种方法快速，因为不要求从摄像机上方走过。但其主要缺陷是不能对引脚和密脚元件作引脚检查，对片状元件则是一个好选择。90年代激光对位技术推出时只能处理7´7mm的元件，目前安必昂公司推出的第二代激光对位系统处理元件尺寸增至18´18mm，激光技术可识别更多的形状，精度也有显著提高。

   为了满足以后可靠贴装元件的需求，视觉系统应满足以下需求：

   （1）可靠确定PCB基准标记位置的能力
由于 PCB 基准标记的可靠定位是任何 SMD 贴放对位的第一步，视觉系统必须可以识别不同的基准，即使在基准外观并不理想的状况下。例如，来自制造工艺的氧化、镀锡和波峰焊料导致的各种变化，可能造成镜面反射和表面不一致，它们会极大地改变标记的外观。可能影响基准外观的其它因素包括电路板变形、焊料堆积过多、电路板颜色改变等等。具有容忍这些状况的视觉系统可以帮助使用者提高对位成功率，减少操作者的干预。

   （2）识别非标准器件能力
机器视觉系统应该能够可靠地识别各类非标准器件的外形，不论它们的形状如何少见。现有的贴片对位软件，带有内置的几何图案寻找工具，这些工具能“学习”器件的几何属性，即使它形状怪异，系统也能够识别器件。

   （3）可靠避开吸嘴的能力
SMD元件贴装一般使用前光照明或背光照明，或两者都用。背光照明用于产生器件的背影，显现的图像类似于二进制图像，使视觉系统更容易识别器件，在识别片式阻容类等简单器件时通常采用这类照明。但背光也会给视觉系统带来难题：拾取器件的吸嘴的背影经常会从器件后面突出来，或部分遮蔽芯片（如图10）。尽管正面照明技术可以防止这种现象，但吸嘴本身的像素灰度值可能会使视觉系统无法可靠地区分吸嘴和器件。选择能够识别器件和拾取器件的吸嘴之间形状差别的视觉系统，这样的系统能容忍吸嘴的部分遮蔽，因此将提高器件对中精度，防止由于视觉错误而使器件被误放。

   （4）识别密间距器件和白色陶瓷表面器件的能力
为了精确地识别BGA、倒装芯片或CSP等各种器件，并检查引脚偏差，视觉系统必须能够准确定位每一个元件。视觉系统还应该可靠地识别白色陶瓷表面器件，它的低对比度反射性质会使传统的视觉技术失去作用。这些功能应该得到核实，测试软件应该能区分各个物体。

   （5）具有自动化编程能力
针对非常特殊的元件，新型视觉软件工具应该具有自动“学习”的能力，用户不必把参数人工输入到系统中，从头创建器件描述，他们只需把器件拿到视觉摄像机前照张相就可以了，系统将自动地产生类似 CAD 的综合描述。这项技术可以提高器件描述精度，并减少很多操作者的错误，加快元件库的创建速度，尤其是在频繁引入新型器件或使用形状独特器件的情况下，从而提升生产效率。

   （6）支持多种类型的摄像机
以前处理图像的时间一直要比获取它们的时间长，但 CPU 技术的新发展加速了图像处理速度，图像获取速度反而可能成为限制因素。为了提高系统处理效率，要把获取图像的时间降到最低程度，视觉系统应该能够支持多种先进的行扫描、高分辨率（1024×1024 像素）、高速的数字式摄像机。

   在评估面向 SMD 贴放对中的贴片机视觉系统时应充分考虑上述几个因素，确保您所选择的系统具有高度的灵活性，能够轻松处理新的元件类型和来自不同制造商的不同器件，使用户的工作变得更为简单。