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    隨著電子設備對小型、輕型、薄型和可*性的需求，促使各種新型器件特別是細間距、微細間距器件得到迅速發(fā)展，被越來越多地用于各類電子設備上，于是對SMT中的關鍵設備---貼片機的貼片精度提出了更高的要求。

    本文從應用角度對FUJI（主要是IP3,CP6）和SIEMEMS (S80F)貼片機的視覺系統(tǒng)進行了詳細對比，以使從事SMT的有關技術人員更好地了解當今高精度貼片機的圖像處理技術是如何適應器件高精度貼裝的需求。

    機器視覺系統(tǒng)的原理 

    貼片機視覺系統(tǒng)是以計算機為主體的圖像觀察、識別和分析系統(tǒng)。它主要采用攝像機作為計算機感覺的傳感部件，或稱探測部件。攝像機感覺到在給定視野內(nèi)目的物的光強度分布，然后將其轉(zhuǎn)換成模擬電信號，模擬電信號再通過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)給定點的平均光強度，這樣得到的數(shù)字影像被規(guī)則的空間網(wǎng)格覆蓋，每個網(wǎng)格叫做一個像元。

    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。計算機對上述包含目的物數(shù)字圖像的像元陣列進行處理，將所圖像特征與事先輸入計算機的參考圖像進行比較和分析判斷，根據(jù)其結果計算機向執(zhí)行機構發(fā)生指令。

    在機器視覺系統(tǒng)中灰度分辨率。灰度值法是用圖像多級亮度來表示分辨的大小。灰度分辨率規(guī)定在多大的離散值是機器給定的測量光強度，需要處理的光強越小，灰度分辨率就越高。

    視覺系統(tǒng)的構成

    貼片機視覺系統(tǒng)由視覺硬件和軟件組成。硬件一般由影像探測、影像存儲和處理以及影像顯示三部成組成。

    攝像機是視覺系統(tǒng)的傳感部件，用于貼裝機的視覺采用固態(tài)攝像機，CCD攝像機。固態(tài)攝像機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小光敏元件組成的CCD陣列，每個光敏元件輸出的電信號與被觀察目標上相應反射光強度成反比，這一電信號作為一像元的灰度被記錄下來,像元件坐標決定了該點在圖像中的位置。

    攝像機獲取大量信息有微處理機處理。處理結果由工業(yè)電視顯示。攝像機與微處理機，微處理機與執(zhí)行機構及顯示器之間有通訊電纜連接，一般采用RS232串行通訊接口。

    視覺系統(tǒng)的精度

    影響視覺系統(tǒng)精度的主要因素是攝像機的像元數(shù)和光學放大倍數(shù)。攝像機的像元數(shù)越多，精度就越高；圖象的放大倍數(shù)越高，精度就越高。因為圖像的光學放大倍數(shù)越大，對于結定面積的像元數(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)實際需要選擇合適的光學放大倍數(shù)。

    FUJI和SIEMENS視覺系統(tǒng)的比較

    1. PCB的精確定位

     FUJI的IP和CP均有一個專用的MARK CAMERA,用來獲取PCB上的標志點位置、大小和形狀，讀取中心位置。在PCB進行定位時，PCB上需要至少兩個標點（基于X 、Y TABLE水平的狀況下，）依次圍繞每個標志點中心，在一定范圍內(nèi)搜索，如未發(fā)現(xiàn)目標，就擴大搜索范圍（程序中可設定）。

    確定標志點位置后，與程序中的坐標比較，判定得出偏差，具體反映在X、Y、 Q三個值上，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使用一大一小兩個攝像頭進行不同元件的識別與對中，同時執(zhí)行檢測功能。對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上，特別對于PLCC84等較大的器件，這一點很有必要，否則在圖象處理時，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），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，執(zhí)行如下各項檢測功能：實際器件與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、外型大小）、引腳有無彎曲、引腳的共面性、以及極性檢測等。

    貼片機在執(zhí)行檢測功能時，將被檢測器件的各項特征與存儲的封裝器件進行比較，如果通不過檢測，則可能器件封裝出錯，或者料上錯，或者器件有缺陷，系統(tǒng)就令貼裝頭將器件送入廢料帶。實際應用中，如出現(xiàn)以上問題要認真分析具體原因。

    FUJI提供了工業(yè)CRT顯示器可觀察器件的圖象，通過機器上的現(xiàn)場控制臺，可手動操作，獲取真實器件的圖像，有多種方式可檢查器件程序內(nèi)的封裝和實際的差別，CRT能提示哪里出了錯（BUG），在出錯時屏幕還提供了錯誤代碼，方便于分析產(chǎn)生錯誤的原因，并提供修改的建議。

    在視覺軟件（PART DATA）中，對不同的器件有不同的VISION TYPE,這也就是不同的圖像處理算法，對不同器件的引腳有不同的灰度解決方案，對引腳有不同的照射順序，可對引腳數(shù)進行驗證，對于有極性的器件還可進行極性檢測，體現(xiàn)了貼片機的適應性大小。

    富士的IP3圖象處理采用了多種先進技術，灰度處理系統(tǒng)的像元比以前的機器（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，它有兩組貼片頭，分別是旋轉(zhuǎn)頭和IC頭。旋轉(zhuǎn)頭由12個貼片頭組成，最大可以貼裝PLCC44。而IC頭可以貼裝到55mmX55mm的器件。西門子貼片機有三個CAMERA,分別是PCB CAMERA、COMPONENT CAMERA和IC CAMERA。PCB CAMERA主要是用來照機器上的標志點和PCB上的標志點的。

    COMPONENT CAMERA位于旋轉(zhuǎn)頭的上方，用來對小器件進行光學對中，調(diào)整貼片位置。而IC CAMERA則主要是對大器件進行光學對中。 

    西門子貼片機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CHIP類元件進行光學對中時，只有平行光，只對器件的邊緣進行確認，從而找到器件的中心，算出貼片時需要調(diào)整的誤差。

    而在對SO類器件進行光學對中的同時，還需要對各個管腳的相對位置進行檢測，如果管腳不在標準位置的話，也會判斷為不合格器件。BGA因為是球型焊球，在照相處理上，又有不同，要對每一個焊球進行檢測，位置和焊球的亮度都是檢測內(nèi)容。有不合標準的，就作為不合格器件棄用。

    西門子較之FUJI在對PLCC進行圖象處理上有明顯的優(yōu)勢，主要原因是FUJI的光源是平行光，對于J型管腳的處理結果就是一樣，只對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J型管腳的斜面也有反射圖象，能對PLCC進行比較全面的光學檢測。西門子在貼裝PLCC上也較之FUJI-IP3有比較明顯的優(yōu)勢，而且側(cè)光在對BGA進行光學檢測時也起著重要的作用。

    在對FUJI和SIEMENS的視覺系統(tǒng)的比較中，我們更深的認識了貼片機的圖像處理技術，可以看出，高精度貼片機綜合了計算機、光、電子、自動控制等多種現(xiàn)代高科技技術，隨著這些科技日新月異的發(fā)展，貼片機會向著更高速、更高精度、更強功能的方向發(fā)展。我們把使用貼片機的心得撰成此文，希望與從事SMT貼片工作的同仁更多的互相交流，達到互相提高的目的。