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    隨著電子設(shè)備對(duì)小型、輕型、薄型和可*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(lái)越多地用于各類(lèi)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(jué)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。

    機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的原理 

    貼片機(jī)視覺(jué)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(jué)的傳感部件，或稱(chēng)探測(cè)部件。攝像機(jī)感覺(jué)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(guò)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)，如圖1所示。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。

    在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中灰度分辨率。灰度值法是用圖像多級(jí)亮度來(lái)表示分辨的大小。灰度分辨率規(guī)定在多大的離散值是機(jī)器給定的測(cè)量光強(qiáng)度，需要處理的光強(qiáng)越小，灰度分辨率就越高。

    視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)成

    貼片機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)由視覺(jué)硬件和軟件組成。硬件一般由影像探測(cè)、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(jué)系統(tǒng)的傳感部件，用于貼裝機(jī)的視覺(jué)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(lái),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。

    視覺(jué)系統(tǒng)的精度

    影響視覺(jué)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(guò)，放大倍數(shù)過(guò)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)。

    FUJI和SIEMENS視覺(jué)系統(tǒng)的比較

    1. PCB的精確定位

     FUJI的IP和CP均有一個(gè)專(zhuān)用的MARK CAMERA,用來(lái)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(lái)修正貼裝數(shù)據(jù)。西門(mén)子也大致相同。

    2.器件檢測(cè)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(cè)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(guò)。

    吸取到了一確定位置上，獲取元器件的形狀圖像后，通過(guò)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(cè)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(zhǎng)度、外型大小）、引腳有無(wú)彎曲、引腳的共面性、以及極性檢測(cè)等。

    貼片機(jī)在執(zhí)行檢測(cè)功能時(shí)，將被檢測(cè)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(guò)檢測(cè)，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(wèn)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(guò)機(jī)器上的現(xiàn)場(chǎng)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(jué)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(cè)，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(mén)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(mén)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(lái)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(lái)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(mén)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(lèi)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(lèi)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(cè)，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)槭乔蛐秃盖颍谡障嗵幚砩希钟胁煌獙?duì)每一個(gè)焊球進(jìn)行檢測(cè)，位置和焊球的亮度都是檢測(cè)內(nèi)容。有不合標(biāo)準(zhǔn)的，就作為不合格器件棄用。

    西門(mén)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(mén)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(cè)。西門(mén)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(cè)時(shí)也起著重要的作用。

    在對(duì)FUJI和SIEMENS的視覺(jué)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。我們把使用貼片機(jī)的心得撰成此文，希望與從事SMT貼片工作的同仁更多的互相交流，達(dá)到互相提高的目的。