贴片机视觉系统

组成

　　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。

种类

　　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，用于搜寻电路板上的目标（称作基准），以便用面板螺丝在贴装前将电路板置于正确位置。

　　2. 仰视摄像机用于对固定位置的组件进行检测，一般采用CCD技术，在安装之前，组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组件，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，图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。

　　3. 头部摄像机直接安装在贴片头上，一般采用line-sensor技术，在拾取组件并移到指定位置的过程中完成对组件的检测，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。这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，照射在组件上，来测量组件投射的影响。这种方法可以测量组件的尺寸、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组件作引脚检查，对片状元件则是一个很好的选择。在90年代推出的激光对位技术时，只能处理7×7mm的组件，目前，安必昂公司推出的第二代激光对位系统处理组件尺寸增至18×18mm，激光技术可识别更多的形状，精度也明显提高。

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。

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。

用途

　　（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。