Fuji 和 Siemens 贴片机视觉系统的比较

摘要：视觉系统现在已成为高精度贴装机的重要组成部分。本文首先对贴片机图像处理及结构进行了介绍，在对FUJI和 SIEMEMS贴片机视觉系统比较的基础上，简述了现代高精度SMT设备是如何适应微小间距件的贴装。
关键词：图像处理 灰度值法 贴片精度 图像处理算法
Abstract：The vision processing system is the critical portion of the high – placement ma-chine. This paper firstly introduces the principle of vision processing and structure of the placement machine. Based on the contrast of vision processing system between fuji and siemems placement machine, we expound how the modem SMT machine meet the requirement of placing the micro pitch parts.
Keywords：Vision Processing Gray Technology Placing Vision Processing Algorithms

        随着电子设备对小型、轻型、薄型和可靠性的需求，促使各种新型器件特别是细间距、微细间距器件得到迅速发展，被越来越多地用于各类电子设备上，于是对SMT中的关键设备---贴片机的贴片精度提出了更高的要求。
         本文从应用角度对FUJI（主要是IP3,CP6）和SIEMEMS (S80F)贴片机的视觉系统进行了详细对比，以使从事SMT的有关技术人员更好地了解当今高精度贴片机的图像处理技术是如何适应器件高精度贴装的需求。

1 贴片机视觉系统的原理
        贴片机视觉系统是以计算机为主体的图像观察、识别和分析系统。它主要采用摄像机作为计算机感觉的传感部件，或称探测部件。摄像机感觉到在给定视野内目的物的光强度分布，然后将其转换成模拟电信号，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点的平均光强度，这样得到的数字影像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像占据一定的网格数。
计算机对上述包含目的物数字图像的像元阵列进行处理，将所图像特征与事先输入计算机的参考图像进行比较和分析判断，根据其结果计算机向执行机构发生指令。 数字图像、视频图象、图像数字化处理，在机器视觉系统中灰度分辨率。

        灰度值法是用图像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。

2 贴片机视觉系统的构成
       贴片机视觉系统由视觉硬件和软件组成。硬件一般由影像探测、影像存储和处理以及影像显示三部成组成。 
       摄像机是视觉系统的传感部件，用于贴装机的视觉采用固态摄像机，CCD摄像机。固态摄像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。像元件坐标决定了该点在图像中的位置。 摄像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。摄像机与微处理机，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。

3 视觉系统的精度
       影响视觉系统精度的主要因素是摄像机的像元数和光学放大倍数。摄像机的像元数越多，精度就越高；图象的放大倍数越高，精度就越高。因为图像的光学放大倍数越大，对于结定面积的像元数就越多，所以精度越高。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，降低了贴装率，所以要根据实际需要选择合适的光学放大倍数。

4 FUJI和SIEMENS视觉系统的比较
1、PCB的精确定位。FUJI的IP和CP均有一个专用的MARK CAMERA,用来获取PCB上的标志点位置、大小和形状，读取中心位置。在PCB进行定位时，PCB上需要至少两个标点（基于X 、Y TABLE水平的状况下，）依次围绕每个标志点中心，在一定范围内搜索，如未发现目标，就扩大搜索范围（程序中可设定）。确定标志点位置后，与程序中的坐标比较，判定得出偏差，具体反映在X、Y、 Q三个值上，然后来修正贴装数据。西门子也大致相同。
2.器件检测和定心。FUJI使用一大一小两个摄像头进行不同元件的识别与对中，同时执行检测功能。对于不同的器件使用不同的照射方式。J型脚（PLCC,SOJ,BGA）采用前灯（FRONTLIGHT）照射方式，其它采用后灯（BACKLIGHT）方式。贴装头上的吸嘴在程序指定FERDER位置吸取器件，吸取要尽量在器件的中心点上，特别对于PLCC84等较大的器件，这一点很有必要，否则在图象处理时，常常通不过。吸取到了一确定位置上，获取元器件的形状图像后，通过特殊的算法（因器件而导），获取边缘数据，得出中心位置，与程序内的数据比较，得出X、Y、Q的偏差值，给出校正数据的同时，执行如下各项检测功能：实际器件与PART DATA所描述的器件有否偏差（封装：包括引脚数、引脚位置、引脚长度、外型大小）、引脚有无弯曲、引脚的共面性、以及极性检测等。
        贴片机在执行检测功能时，将被检测器件的各项特征与存储的封装器件进行比较，如果通不过检测，则可能器件封装出错，或者料上错，或者器件有缺陷，系统就令贴装头将器件送入废料带。实际应用中，如出现以上问题要认真分析具体原因。
        FUJI提供了工业CRT显示器可观察器件的图象，通过机器上的现场控制台，可手动操作，获取真实器件的图像，有多种方式可检查器件程序内的封装和实际的差别，CRT能提示哪里出了错（BUG），在出错时屏幕还提供了错误代码，方便于分析产生错误的原因，并提供修改的建议。在视觉软件（PART DATA）中，对不同的器件有不同的VISION TYPE,这也就是不同的图像处理算法，对不同器件的引脚有不同的灰度解决方案，对引脚有不同的照射顺序，可对引脚数进行验证，对于有极性的器件还可进行极性检测，体现了贴片机的适应性大小。
        富士的IP3图象处理采用了多种先进技术，灰度处理系统的像元比以前的机器（BINARY）增加了一倍，而且能贴BGA、FLIP CHIP、CONNECTORS和多种异型器件。 西门子80F4也是属于多功能机，它有两组贴片头，分别是旋转头和IC头。旋转头由12个贴片头组成，最大可以贴装PLCC44。而IC头可以贴装到55mmX55mm的器件。西门子贴片机有三个CAMERA,分别是PCB CAMERA、COMPONENT CAMERA和IC CAMERA。PCB CAMERA主要是用来照机器上的标志点和PCB上的标志点的。COMPONENT CAMERA位于旋转头的上方，用来对小器件进行光学对中，调整贴片位置。而IC CAMERA则主要是对大器件进行光学对中。 西门子贴片机有三种主要的照相方式，分别是：方块器件（比如一般的CHIP元件、SO（包括PLCC）器件、BGA。在对CHIP类元件进行光学对中时，只有平行光，只对器件的边缘进行确认，从而找到器件的中心，算出贴片时需要调整的误差。而在对SO类器件进行光学对中的同时，还需要对各个管脚的相对位置进行检测，如果管脚不在标准位置的话，也会判断为不合格器件。BGA因为是球型焊球，在照相处理上，又有不同，要对每一个焊球进行检测，位置和焊球的亮度都是检测内容。有不合标准的，就作为不合格器件弃用。西门子较之FUJI在对PLCC进行图象处理上有明显的优势，主要原因是FUJI的光源是平行光，对于J型管脚的处理结果就是一样，只对J型管脚的最下端有反射。相比较而言，西门子的光源有侧光，对J型管脚的斜面也有反射图象，能对PLCC进行比较全面的光学检测。西门子在贴装PLCC上也较之FUJI-IP3有比较明显的优势，而且侧光在对BGA进行光学检测时也起着重要的作用。

5 结语
        在对FUJI和SIEMENS的视觉系统的比较中，我们更深的认识了贴片机的图像处理技术，可以看出，高精度贴片机综合了计算机、光、电子、自动控制等多种现代高科技技术，随着这些科技日新月异的发展，贴片机会向着更高速、更高精度、更强功能的方向发展。