评估面向SMT的机器视觉

对于那些进行表面贴装器件 (SMD) 的PCB贴装的系统而言，机器视觉起着关键作用，这是因为它确定 PCB 基准标记的位置，并核实器件的位置。在一个典型的 SMD 贴放对位中（图 1），视觉系统使用一个仰视摄像机查看器件的底部，并用一个俯视摄像机来捕获每块 PCB 上的基准和元器件的放置位置的图像，进行电路板对齐。

　　SMD 贴片机waffle盘、编带或其它上料器拾取器件，把它迅速在器件检验摄像机上方掠过。视觉系统确定每根引脚的位置并检验它们，确保引脚轻微变形的器件被正确放置，而那些引脚缺失、损坏或超出公差的器件被视作不合格。 过去几年，视觉系统得到了极大的改善，能够提供多种新的功能来改善SMT生产，比如：　　● 更高的对位成功率，减少了操作者的干预；● 高地贴放几何结构不断缩小的器件和不同制造商的不同器件；● 高吞吐率，满足要求苛刻的贴片速度；● 更高的生产效率，缩短了产品上市时间；● 开放的软件架构。

　　在评估面向 SMD 贴放对位系统和应用的视觉系统时，可以遵循如下的一些的准则。

　　确定PCB基准标记的位置的能力 　由于 PCB 基准标记的可靠定位是任何 SMD 贴放对位的步，视觉系统必须可以辨认不同的基准，即使在基准实际处于“退化”状况。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（图 2）。可能影响基准外观的其它因素包括电路板变形、布线图伸长、焊料堆积过多、电路板颜色改变。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。

　　确定非标准器件位置的能力 　　机器视觉系统应该能够可靠地确定各类非标准器件的位置，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，从而使系统能够确定器件的位置，即使它形状怪异。

　　可靠避开管嘴的能力 　　SMD 贴装一般使用正面照明或逆光照明，或两者都用。逆光照明用于产生器件的剪影，显现的图像类似二进制图像，使视觉系统更容易确定器件的位置。但逆光也会给视觉系统带来难题：捡取器件的管嘴的剪影经常会从器件后面突出来，或部分遮蔽芯片等小器件。尽管正面照明技术可以防止这种现象，但管嘴本身的像素灰度值可能会使视觉系统无法可靠地区分管嘴和器件。选择能够识别器件和捡取器件的管嘴之间形状差别的视觉系统，这样的系统能容忍喷嘴的部分遮蔽，因此将提高器件对位，防止由于视觉错误而使器件被误放。

　　确定密间距的器件位置的能力 　　为了地确定全尺寸BGA、图案随机的倒装晶片或芯片级封装等各种器件的位置，并检查引脚公差，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确定白色陶瓷表面器件的位置，它们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。

　　具有自动化编程能力 　　即便是不寻常的元件，新型视觉软件工具也应该能使创建器件描述的过程自动进行，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，并极大加快创建和测试，尤其是在频繁引入新型器件的情况，或使用了形状独特器件的情况。器件描述过程的自动化可以减少操作者的错误，因此提高对位成功率和系统吞吐率。

　　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 技术的新近发展加速了图象处理，图像获取速度反而可能成为限制因素。为了提高系统吞吐率，把获取图像的时间降到短程度，您选择的视觉系统应该能够支持多种先进的行扫描、大格式（1K x 1K 像素分辨率）、高速的数字式摄像机。

　　采用开放式软件开发环境 　　很多 SMD 贴装设备的 OEM商，由于他们使用的放置头的类型、贴装器件的类型、照明和光学配置、特殊的吞吐率和要求不同，从而具有独特的视觉要求。那些包含开放式软件开发环境的视觉系统能够在 SMD 放置引导应用中提供很大的灵活性和控制能力。这类系统使用户能够利用工具包形式的检验工具、C++ 编程工具、或两者的结合，来开发各种应用。一些系统甚至使他们能够把定制开发的视觉算法包含到程序中。

　　在评估面向 SMD 贴放对位的机器视觉系统时，您选择的系统应该能够提高对位成功率、吞吐率和生产效率，并足够灵活地满足表面贴装技术组装市场的需求。选择了一个能够实现这些目标的视觉系统，您就能够轻松地处理新的元件类型和来自不同制造商的不同器件，同时使视觉系统用户的工作变得更为简单。