貼片機(jī)的技術(shù)和原理

貼片機(jī)視覺系統(tǒng)構(gòu)成原理及其視覺定位1貼片機(jī)視覺系統(tǒng)構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示，貼片機(jī)視覺系統(tǒng)一般由兩類CCD攝像機(jī)組成。其一是安裝在吸頭上并隨之作x-y方向移動(dòng)的基準(zhǔn)（MARK）攝像機(jī)，它通過拍攝PCB上的基準(zhǔn)點(diǎn)來確定PCB板在系統(tǒng)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；其二是檢測(cè)對(duì)中攝像機(jī)，用來獲取元件中心相對(duì)于吸嘴中心的偏差值和元件相對(duì)于應(yīng)貼裝位置的轉(zhuǎn)角e。最后通過攝像機(jī)之間的坐標(biāo)變換找出元件與貼裝位置之間的精確差值，完成貼裝任務(wù)。1.1系統(tǒng)的基本組成視覺系統(tǒng)的基本組成如圖2所示。該系統(tǒng)由三臺(tái)相互獨(dú)立的CCD成像單元、光源、圖像采集卡、圖像處理專用計(jì)算機(jī)、主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等單元組成，為了提高視覺系統(tǒng)的精度和速度，把檢測(cè)對(duì)中像機(jī)設(shè)計(jì)成為針對(duì)小型Chip元件的低分辨力攝像機(jī)CCD1和針對(duì)大型IC的高分辨力攝像機(jī)CCD2,CCD3為MARK點(diǎn)搜尋攝像機(jī)。當(dāng)吸嘴中心到達(dá)檢測(cè)對(duì)中像機(jī)的視野中心位置時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號(hào)獲取圖像，在觸發(fā)的同時(shí)對(duì)應(yīng)光源閃亮一次。1.2系統(tǒng)各坐標(biāo)系的關(guān)系為了能夠精確的找出待貼元件與目標(biāo)位置之間的實(shí)際偏差，必須對(duì)景物、CCD攝像機(jī)、CCD成像平面和顯示屏上像素坐標(biāo)之間的關(guān)系進(jìn)行分析，以便將顯示屏幕像素坐標(biāo)系的點(diǎn)與場(chǎng)景坐標(biāo)系中的點(diǎn)聯(lián)系起來；并通過圖像處理軟件分析計(jì)算出待貼元件中心相對(duì)于吸嘴中心的偏差值。對(duì)于單臺(tái)攝像機(jī)，針孔模型是適合于很多計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用的最簡(jiǎn)單的近似模型［3］。攝像機(jī)完成的是從3D射影空間P3到2D射影空間P2的線性變換，其幾何關(guān)系如圖3所示，為便于進(jìn)一步解釋，定義如下4個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)：（1）歐氏場(chǎng)景坐標(biāo)系（下標(biāo)為w）：原點(diǎn)在OW，點(diǎn)X和U用場(chǎng)景坐標(biāo)系來表示。（2）歐氏攝像機(jī)坐標(biāo)系（下標(biāo)為c），原點(diǎn)在焦點(diǎn)C=Oc，坐標(biāo)軸Zc與光軸重合并指向圖像平面外。在場(chǎng)景坐標(biāo)系和攝像機(jī)坐標(biāo)系之間存在著唯一的關(guān)系，可以通過一個(gè)平移t和一個(gè)旋轉(zhuǎn)R構(gòu)成的歐氏變換將場(chǎng)景坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化為攝像機(jī)坐標(biāo)。其關(guān)系如式（1）所示：（3）歐氏圖像坐標(biāo)系（下標(biāo)為i），坐標(biāo)軸與攝像機(jī)坐標(biāo)系一致，Xi和Yi位于圖像平面上，Oi像素坐標(biāo)系的坐標(biāo)為（xp0，yp0）。（4）像素坐標(biāo)系（下標(biāo)為P），它是圖像處理過程中使用的坐標(biāo)系。在本系統(tǒng)中與歐氏圖像坐標(biāo)系方向相同，但原點(diǎn)坐標(biāo)不同，尺度不同。場(chǎng)景點(diǎn)Xc投影到圖像平面n上是點(diǎn)Uc（uc，vc，-f）。通過相似三角形來可以導(dǎo)出它們之間的坐標(biāo)關(guān)系：由于視野小，采用的鏡頭畸變非常低，可將Uc直接簡(jiǎn)化為等于歐氏圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，讓uc=ui，vc=vi，而ui=（up—xp0）6，vi=（vp—yp0）6，6為單個(gè)像素的大小。這樣可以得到歐氏場(chǎng)景坐標(biāo)系和歐氏圖像坐標(biāo)系之間的映射關(guān)系：由于在該系統(tǒng)中各攝像機(jī)之間是相互獨(dú)立的，所以各路成像出來的坐標(biāo)都可以轉(zhuǎn)換為同一場(chǎng)景坐標(biāo)下的坐標(biāo)。1.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理貼片機(jī)視覺系統(tǒng)工作原理如圖4所示。當(dāng)一塊新的待貼裝PCB板通過送板機(jī)構(gòu)傳送到指定位置固定起來，安裝在貼片頭上的基準(zhǔn)攝像機(jī)CCD3在相應(yīng)的區(qū)域通過圖像識(shí)別算法搜尋出MARK點(diǎn)，并通過（3）式計(jì)算出其在歐氏場(chǎng)景坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。接下來將相應(yīng)的元器件應(yīng)貼裝的位置數(shù)據(jù)送給主控計(jì)算機(jī)。利用對(duì)中檢測(cè)攝像機(jī)（CCD1，CCD2）對(duì)元器件檢測(cè)，得到其在顯示屏幕坐標(biāo)系下的坐標(biāo)及轉(zhuǎn)角值，再通過（3）式轉(zhuǎn)換為場(chǎng)景坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，與目標(biāo)位置比較，得到貼裝頭應(yīng)移動(dòng)的位置和轉(zhuǎn)角。2圖像處理2.1圖像預(yù)處理圖像預(yù)處理的目的是改善圖像數(shù)據(jù)，抑制不需要的變形或者增強(qiáng)某些對(duì)于后續(xù)處理重要的圖像特征。由于SMT生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的非潔凈因素造成CCD鏡頭上的塵埃等，易給圖像帶來較大的外界噪聲。另外，圖像的采集過程中也不可避免地引入了來自光路擾動(dòng)、系統(tǒng)電路失真等噪聲。因此，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理以消除這些噪聲的影響是非常必要的。對(duì)噪聲平滑方法主要的要求是：既能有效地減少噪聲，又不致引起邊緣輪廓的模糊，同時(shí)還要求運(yùn)算速度快。常規(guī)的方法有高斯濾波、均值濾波、Lee濾波、中值濾波、邊緣保持濾波等。中值濾波是一種較少邊緣模糊的非線性平滑方法，它的基本思想是用鄰域中亮度的中值代替圖像的當(dāng)前點(diǎn)，是一種能夠在去除脈沖噪聲、椒鹽噪聲的同時(shí)又能保留圖像邊緣細(xì)節(jié)的平滑方法。并且由于中值濾波不會(huì)明顯的模糊邊緣，因此可以迭代使用。顯然，在每個(gè)像素上都要對(duì)一個(gè)矩陣（通常是3X3）內(nèi)部的所有像素進(jìn)行排序，這樣開銷會(huì)很大。一個(gè)更有效的算法［4］（由TSHuang等人提出）是注意到當(dāng)窗口沿著行移動(dòng)一列時(shí)，窗口內(nèi)容的變化只是丟掉了最左邊的列而取代為在右側(cè)的一個(gè)新的列。對(duì)于m行n列的中值窗口，mXn-2Xm個(gè)像素沒有變化，并不需要重新排序，具體的算法為：設(shè)置th=mn/2；將窗口移至一個(gè)新的行的開始，對(duì)其內(nèi)容排序，建立窗口像素的直方圖H,確定其中值Med，記下亮度等于或小于Med的像素?cái)?shù)目LMed；對(duì)于最左列亮度是Pg的每個(gè)像素P做：H[Pg]=H[Pg]—1；將窗口右移一列，對(duì)于最右列亮度是Pg的每個(gè)像素P做：H[Pg]=H[Pg]+1，如果PgVMed，置LMed=LEed+1；如果LMed>th側(cè)轉(zhuǎn)(6)，重復(fù)LMed=LMed+H[Med]Med=Med+1直到LMedNth，則轉(zhuǎn)(7)；重復(fù)Med=Med—1，LMed=LMed—H[Med]直到LMedWth；如果窗口的右側(cè)列不是圖像的右邊界轉(zhuǎn)(3)；如果窗口的底行不是圖像的下邊界轉(zhuǎn)(2)；2.2圖像分割閾值法是一種傳統(tǒng)的圖像分割方法，因其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、性能較穩(wěn)定而成為圖像分割中最基本和應(yīng)用最廣泛的分割技術(shù)，已被應(yīng)用于很多的領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，分割是對(duì)圖像進(jìn)一步分析、識(shí)別的前提，分割的準(zhǔn)確性直接影響后續(xù)任務(wù)的有效性，其中閾值的選取是圖像閾值分割方法中的關(guān)鍵技術(shù)。由Otsu于1978年提出的最大類間方差法[5]以其計(jì)算簡(jiǎn)單、穩(wěn)定有效，一直廣為使用。從模式識(shí)別的角度看，最佳閾值應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生最佳的目標(biāo)類與背景類的分離性能，此性能用類別方差來表征，為此引入類內(nèi)方差O2W、類間方差o2B和總體方差O2T，并定義3個(gè)等效的準(zhǔn)則測(cè)量：鑒于計(jì)算量的考慮，一般通過優(yōu)化第三個(gè)準(zhǔn)則獲取閾值。在實(shí)際運(yùn)用中，使用以下簡(jiǎn)化計(jì)算公式：其中：O2為兩類間最大方差，WA為A類概率，pa為A類平均灰度，WB為B類概率，pb為B類平均灰度，p為圖像總體平均灰度。即閾值T將圖像分成A、B兩部分，使得兩類總方差O2（T）取最大值的T，即為最佳分割閾值。2.3圖像識(shí)別定位區(qū)域的矩表示把一個(gè)歸一化的灰度級(jí)圖像函數(shù)理解為一個(gè)二維隨機(jī)變量的概率密度。這個(gè)隨機(jī)變量的屬性可以用統(tǒng)計(jì)特征一矩（Moment）［6］來描述。通過假設(shè)非零的像素值表示區(qū)域，矩可以用于二值或灰度的區(qū)域描述。數(shù)字圖像的（p+q）階矩可以通過下式來計(jì)算：其中i，j是區(qū)域點(diǎn)的像素坐標(biāo)，f（i，j）是圖像區(qū)域的灰度值。那么圖像區(qū)域的質(zhì)心（對(duì)二值化后圖形區(qū)域即為中心）的坐標(biāo)可以通過下面的關(guān)系來得到。Chip元件的長(zhǎng)寬比2：1，因此二值化后的區(qū)域是細(xì)長(zhǎng)的，定義區(qū)域的方向?yàn)樽钚⊥饨泳匦蔚淖铋L(zhǎng)邊方向。根據(jù)圖像中心矩可以通過下式來計(jì)算區(qū)域方向。其中：2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果針對(duì)本文提出的貼片視覺系統(tǒng)Chip元件對(duì)中校準(zhǔn)圖像處理方法，在VC++6.0環(huán)境下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，表1是對(duì)0402的片式元件在同一位置下，不同光照的4次仿真試驗(yàn)結(jié)果，可以看出圖像處理取得了滿意的結(jié)果，誤差范圍在允許范圍內(nèi)，圖像處理的時(shí)間在100ms以內(nèi)，能夠滿足貼片機(jī)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。

3結(jié)語本文在闡述了貼片機(jī)視覺系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，提出了一種非常簡(jiǎn)單的針對(duì)Chip元件的對(duì)中方法，實(shí)驗(yàn)證明，該方法能夠滿足中速貼片機(jī)實(shí)時(shí)性和精度方面的要求具有先進(jìn)和實(shí)用的特點(diǎn)。結(jié)合部剛度對(duì)貼片機(jī)模態(tài)的影響研究新聞出處：電子生產(chǎn)設(shè)備資訊網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2007-11-151引言機(jī)械結(jié)構(gòu)是由許多零部件按一定功能要求結(jié)合起來的整體，零部件之間相的互結(jié)合的部位被稱之為〃結(jié)合部〃。結(jié)合部分為可動(dòng)與固定，可動(dòng)的如導(dǎo)軌與滑塊結(jié)合、軸和軸承結(jié)合；固定的如螺栓連接、鉚接等。無論是何種結(jié)合部，其結(jié)合部均屬于〃柔性結(jié)合"。當(dāng)結(jié)合部受到外加復(fù)雜動(dòng)載荷作用時(shí)，結(jié)合面問會(huì)產(chǎn)生多自由度、有阻尼的微幅振動(dòng)（即變化微小的相對(duì)位移或轉(zhuǎn)動(dòng)），從而使結(jié)合部有可能表現(xiàn)出既有彈性又有阻尼，既儲(chǔ)存能量又消耗能量的〃柔性結(jié)合〃的本質(zhì)及特性。結(jié)合部的這種特性將對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)整體的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生顯著影響，表現(xiàn)為使機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體剛度降低、阻尼增加，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)固何頻率降低，振動(dòng)形態(tài)復(fù)雜化。文獻(xiàn)研究表明，機(jī)床結(jié)構(gòu)中結(jié)合部的彈性和阻尼，往往比結(jié)構(gòu)本身的彈性和阻尼還大，因此研究機(jī)械結(jié)構(gòu)整體動(dòng)力特性，必須考慮結(jié)合部及其動(dòng)力特性的影響。利用有限元軟件MSC.PATRAN/NASTRAN研究了結(jié)合部剛度對(duì)貼片機(jī)模態(tài)的影響，目的是揭示結(jié)合部剛度值的變化對(duì)整機(jī)模態(tài)的影響，從而為裝配工藝確定指導(dǎo)作用。2模態(tài)分析模型2.1貼片機(jī)結(jié)合部動(dòng)力學(xué)模型

貼片機(jī)實(shí)體示意力如圖1所示。不考慮X向滑塊與貼裝頭底座結(jié)合面剛度的影響，只采用兩層結(jié)合面，即：（1）左右上機(jī)架與下機(jī)架的結(jié)合面；（2）y向滑塊與橫梁聯(lián)接板的結(jié)合面。將結(jié)合部等效為彈簧和阻尼器構(gòu)成的動(dòng)力學(xué)模型，具體的模型建立方法是在PATRAN軟件中實(shí)現(xiàn)：用相應(yīng)的彈簧單元（spring）將各子結(jié)構(gòu)聯(lián)接起來，假設(shè)在各結(jié)合部上等效剛度都平均分配到該結(jié)合部上所有聯(lián)接節(jié)點(diǎn)上，各結(jié)合部的動(dòng)力學(xué)模型如圖2所示。2有限元模型的建立貼片機(jī)主要由上機(jī)架、下機(jī)架、橫梁、x向絲杠螺母副、y向絲杠螺母副等組成。由于貼片機(jī)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，首先在三維軟件中建立貼片機(jī)的簡(jiǎn)化模型，再導(dǎo)入PATRAN中進(jìn)行裝配體網(wǎng)格劃分。3模態(tài)分析1模態(tài)參數(shù)為了分忻結(jié)合部剛度對(duì)貼片機(jī)模態(tài)的影響，就接合部剛度分別為1E6，1E7，1E83種情況（見表1）進(jìn)行了貼片機(jī)裝配體的模態(tài)分析，得到前六階固有頻率.隨著結(jié)合部剛度的增加，結(jié)合部引起的對(duì)應(yīng)模態(tài)固頻相應(yīng)增加，甚至超越零件本身的固頻；但其零件本身的固頻在裝配體分析中基本保持不變。3.2結(jié)合部剛度為1E6的系統(tǒng)振型當(dāng)結(jié)合部剛度為lE6N/m時(shí)，其前六階模態(tài)為結(jié)合部的平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)模態(tài)。貼片機(jī)拋料的主要原因新聞出處：電子生產(chǎn)設(shè)備資訊網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2007-11-15貼片機(jī)拋料的主要原因分析在SMT生產(chǎn)過程中，怎么控制生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，是企業(yè)老板及工程師們很關(guān)心的事情，而這些跟貼片機(jī)的拋料率有很大的聯(lián)系，以下就談?wù)勝N片機(jī)的拋料問題。所謂拋料就是指貼片機(jī)在生產(chǎn)過種中，吸到料之后不貼，而是將料拋到拋料盒里或其他地方，或者是沒有吸到料而執(zhí)行以上的一個(gè)拋料動(dòng)作。拋料造成材料的損耗，延長(zhǎng)了生產(chǎn)時(shí)間，降抵了生產(chǎn)效率，抬高了生產(chǎn)成本，為了優(yōu)化生產(chǎn)效率，降低成本，必須解決拋料率高的問題。拋料的主要原因及對(duì)策：原因1：吸嘴問題，吸嘴變形，堵塞，破損造成氣壓不足，漏氣，造成吸料不起，取料不正，識(shí)別通不過而拋料。對(duì)策：清潔更換吸嘴；原因2：識(shí)別系統(tǒng)問題，視覺不良，視覺或雷射鏡頭不清潔，有雜物干擾識(shí)別，識(shí)別光源選擇不當(dāng)和強(qiáng)度、灰度不夠，還有可能識(shí)別系統(tǒng)已壞。對(duì)策：清潔擦拭識(shí)別系統(tǒng)表面，保持干凈無雜物沾污等，調(diào)整光源強(qiáng)度、灰度，更換識(shí)別系統(tǒng)部件；原因3：位置問題，取料不在料的中心位置，取料高度不正確（一般以碰到零件后下壓0.05MM為準(zhǔn)）而造成偏位，取料不正，有偏移，識(shí)別時(shí)跟對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)不符而被識(shí)別系統(tǒng)當(dāng)做無效料拋棄。對(duì)策：調(diào)整取料位置；原因4：真空問題，氣壓不足，真空氣管通道不順暢，有導(dǎo)物堵塞真空通道，或是真空有泄漏造成氣壓不足而取料不起或取起之后在去貼的途中掉落。對(duì)策：調(diào)氣壓陡坡到設(shè)備要求氣壓值（比如0.5~~0.6Mpa--YAMAHA貼片機(jī)），清潔氣壓管道，修復(fù)泄漏氣路；原因5：程序問題，所編輯的程序中元件參數(shù)設(shè)置不對(duì)，跟來料實(shí)物尺寸，亮度等參數(shù)不符造成識(shí)別通不過而被丟棄。對(duì)策：修改元件參數(shù)，搜尋元件最佳參數(shù)設(shè)定;原因6：來料的問題，來料不規(guī)則，為引腳氧化等不合格產(chǎn)品。對(duì)策：IQC做好來料檢測(cè)，跟元件供應(yīng)商聯(lián)系；原因7：供料器問題，供料器位置變形，供料器進(jìn)料不良（供料器棘齒輪損壞，料帶孔沒有卡在供料器的棘齒輪上，供料器下方有異物，彈簧老化，或電氣不良），造成取料不到或取料不良而拋料，還有供料器損壞。對(duì)策：供料器調(diào)整，清掃供料器平臺(tái)，更換已壞部件或供料器；有拋料現(xiàn)象出現(xiàn)要解決時(shí)，可以先詢問現(xiàn)場(chǎng)人員，通過描述，再根據(jù)觀察分析直接找到問題所在，這樣更能有效的找出問題，加以解決，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，不過多的占用機(jī)器生產(chǎn)時(shí)間?！娟P(guān)閉】【打印】貼片機(jī)視覺對(duì)中系統(tǒng)新聞出處：電子生產(chǎn)設(shè)備資訊網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2007-11-151引言隨著電子設(shè)備對(duì)小型、輕型、薄型和高可靠性的需求，促進(jìn)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，并被越來越多地用于各類電子設(shè)計(jì)上，于是對(duì)SMT中的關(guān)鍵設(shè)備一貼盤機(jī)的貼片精度提出了更高的要求。作為貼片機(jī)的重要組成部分，視覺對(duì)中系統(tǒng)對(duì)貼片機(jī)整體性能的影響巨大。本文從應(yīng)用角度對(duì)貼片機(jī)視覺對(duì)中系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，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。2貼片機(jī)視覺對(duì)中的原理貼片機(jī)在吸取元件后，首先遇到的問題是〃對(duì)中〃問題，即要將元件的中心與貼片頭的主軸中心線保持一致。傳統(tǒng)的貼片機(jī)的元件〃對(duì)中〃是用機(jī)械方法來實(shí)現(xiàn)的（稱為〃機(jī)械對(duì)中〃）。當(dāng)貼片頭吸取元件后，主軸提升時(shí)波動(dòng)四個(gè)抓把元件抓一下，使元件輕微地移動(dòng)到主軸的中心上來。這種〃對(duì)中〃方法，由于是依靠機(jī)械動(dòng)作，因此速度受到限制。同時(shí)，元件受到機(jī)械力的作用也容易損壞。不易保持貼片質(zhì)量?，F(xiàn)在的貼片機(jī)普遍采用視覺對(duì)中系統(tǒng)。視覺對(duì)中是指貼片機(jī)貼片頭上的吸嘴吸取元件后，在移到貼放位置的過程中，由固定在貼片頭上的或固定在機(jī)身上某處的攝像機(jī)對(duì)元件進(jìn)行對(duì)中（該方法有效降低對(duì)中所需時(shí)間及減少對(duì)元件的損壞），并且通過影像探測(cè)元件的光強(qiáng)分布，將其轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成能進(jìn)一步處理的數(shù)字形式。這些值表示視野內(nèi)給定點(diǎn)的平均光強(qiáng)度，這些平均光強(qiáng)度再經(jīng)過固態(tài)攝像機(jī)上許多細(xì)小精密的光敏元件組成的CCD陣列，輸出0-255級(jí)的灰度值?；叶戎蹬c光強(qiáng)度成正比，灰度值越大，則數(shù)字化圖像越清晰。數(shù)字化信息，經(jīng)存貯、編碼、放大、整理和分析，最后將結(jié)果反饋到控制單元指令執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成準(zhǔn)確的貼片操作。貼片機(jī)視覺系統(tǒng)由視覺硬件和軟件構(gòu)成。硬件一般由影像探測(cè)、影像存貯和處理以及影像顯示三部分組成。視覺系統(tǒng)硬件功能如圖1所示。攝像機(jī)是視覺系統(tǒng)的傳感部件，用于貼片機(jī)的視覺系統(tǒng)一般采用固態(tài)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)小精度光敏元件組成的CCD陣列。每個(gè)光敏探測(cè)元件輸出的電信號(hào)與被觀察目標(biāo)上相應(yīng)位置反射光強(qiáng)度成正比，這一電信號(hào)即作為這一像元的灰度8值被記錄下來。像元坐標(biāo)決定了該點(diǎn)在圖像中的位置。每個(gè)像元產(chǎn)生的模擬電信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換變成0-255之的某一數(shù)值，并傳送到計(jì)算機(jī)。固態(tài)攝像機(jī)具有體積小、重量輕、靈敏度高、頻譜和動(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)固態(tài)攝像機(jī)像元陣列為512X512，當(dāng)視野為25.4mm時(shí)，分辨率為0.05mm。攝像機(jī)獲取的大量信息由微處理機(jī)處理，處理結(jié)果由顯示器顯示。攝像機(jī)與微處理機(jī)，微處理機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)及顯示器之間由通信電纜連接，一般采用RS232接口。3視覺系統(tǒng)光學(xué)性能的4項(xiàng)最基本參數(shù)視覺系統(tǒng)光學(xué)性能的4項(xiàng)最基本參數(shù)是視野（fieldofview）、分辨率（resolution）、工作距離（workingdistance）和視野深度（depthoffield）（見圖2）?！鑫窲L田1視世弟疏光生牡能的4曉很&東租我視墅*斷?分辨率（1）視野。簡(jiǎn)單而言，視野就是攝像機(jī)需要檢測(cè)的區(qū)域尺寸。很多從事機(jī)器視覺系統(tǒng)規(guī)格的工程師是從放大倍數(shù)的角度來思考的。然而，放大倍數(shù)是一種相對(duì)規(guī)格，依賴于圖像傳感器的尺寸和顯示器件的尺寸。從視野或分辨率的角度來說，它沒有真正意義。例如，一種具備50倍放大倍數(shù)的系統(tǒng)可能具有5.3mm■胃JL田1視世弟疏光生牡能的4曉很&東租我視墅*斷?分辨率（2）分辨率。分辨率是系統(tǒng)可以測(cè)到的受檢驗(yàn)物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數(shù)情況下，視野越小，分辨率越好。在機(jī)器視覺中采用2種分辨率：灰度分辨率和空間分辨率?；叶戎捣ㄊ怯脠D像多級(jí)亮度來表示分辨率的方法?；叶戎捣直媛室?guī)定在多大的離散值時(shí)機(jī)器能分辨給定點(diǎn)的測(cè)量光強(qiáng)度，需要處理的光強(qiáng)度越小，灰度值分辨率就越高。但是，光學(xué)系統(tǒng)的分辨能力有限，所以灰度值分辨率超過256的系統(tǒng)將失去意義。灰度值越大，數(shù)字化圖像與人觀察的試圖越接近。有關(guān)研究表明，人視力分辨到的灰度級(jí)在50-60之間，因而64灰度足以提供必要的觀察信息。目前很多貼片機(jī)視覺系統(tǒng)都采用了256級(jí)灰度值，這類系統(tǒng)具有很強(qiáng)的區(qū)別目標(biāo)特征的能力?？臻g分辨率規(guī)定覆蓋原始影像的柵網(wǎng)的大??；柵網(wǎng)越細(xì)，即網(wǎng)點(diǎn)和像元數(shù)越高，尺寸測(cè)量就越精細(xì)。在網(wǎng)格尺寸相同時(shí)，具有1024X1024網(wǎng)格的系統(tǒng)比具有512X512網(wǎng)格的系統(tǒng)測(cè)量精度高。在一個(gè)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中，灰度值分辨率和空間分辨率要相匹配。（3）工作距離。工作距離是指從鏡頭前部到受檢驗(yàn)物體的距離。工作距離越長(zhǎng)，保持小視野的難度和成本就越高。通常人們會(huì)出于需要而規(guī)定小視野，同時(shí)出于方便而規(guī)定相當(dāng)長(zhǎng)的工作距離。然而這種配置會(huì)極大地增加成本，往往會(huì)降低分辨率，并削弱光學(xué)器件的采光能力，從而不必要地降低了系統(tǒng)的總體成像性能。（4）視野深度（又稱景深）。假如成像的物體是三維的，那么還必須考慮視野深度。鏡頭的視野深度是物體離最佳焦點(diǎn)較近或較遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭保持所需分辨率的能力。大的視野深度能夠簡(jiǎn)化各種安裝限制，這是因?yàn)椴恍枰M(jìn)行精確的移動(dòng)來使物體定位于鏡頭的額定工作距離。4視覺系統(tǒng)的精度影響視覺系統(tǒng)解讀的因素主要是由攝像機(jī)的分辨率決定。攝像機(jī)的分辨率越高，對(duì)應(yīng)于單位面積像元數(shù)就越多，精度就越高。但是，分辨率越高，找到相應(yīng)圖像就更加困難，因而就會(huì)降低貼裝系統(tǒng)的貼裝效率，所以要根據(jù)實(shí)際需要確定合適的攝像機(jī)分辨率。例如美國(guó)環(huán)球公司GSM貼片機(jī)的仰視攝像機(jī)分辨率有0.0254mm、0.0660mm、0.1016mm3種。0.1016mm攝像機(jī)所能處理的最小引腳寬度為0.203mm，針對(duì)33.358mm以下尺寸（例如QFP208）可一次成像，而對(duì)大于33.358mm尺寸的元件（例如QFP240）會(huì)采取4次照相合成的方法來增大照相面積的目的，先分別照四邊，然后合成一個(gè)整個(gè)的器件，但所花費(fèi)的時(shí)間將會(huì)成倍增長(zhǎng)。0.0660mm攝像機(jī)所能處理得最小引腳寬度為0.132mm一次成像的最大元件尺寸為20.8mm。0.0254mm攝像機(jī)所能處理得最小引腳寬度為0.066mm，一次成像的最大元件尺寸僅為8mm。從上面的介紹可以看出，隨著像機(jī)分辨率的提升，可處理元件的精度也提高，但所花費(fèi)的時(shí)間也大幅提升。5視覺系統(tǒng)的種類視覺系統(tǒng)一般分為俯視、仰視、頭部或激光對(duì)齊，視位置或攝像機(jī)的類型而定。圖3列出了一個(gè)典型的貼片視覺對(duì)中系統(tǒng)。闈3擦壁韻畤片祀覺時(shí)中隹場(chǎng)（1）俯視攝像機(jī)安裝在貼片頭上，用來在電路板上搜尋目標(biāo)（稱作基準(zhǔn)），一邊在貼裝前將電路板至于正確位置。（2）仰視攝像機(jī)用于在固定位置檢測(cè)元件，一般采用CCD技術(shù)，在安裝之前，元件必須移過攝像機(jī)上方，以便做視覺對(duì)中處理。粗看起來，好象有些耗時(shí)。但是，由于貼片頭必須移至送料器收集元件，如果攝像機(jī)安裝在拾取位置（從送料處）和安裝位置（板上）之間，視像的獲取和處理便可在安裝頭移動(dòng)的過程中同時(shí)進(jìn)行，從而縮短貼裝時(shí)間。（3）頭部攝像機(jī)直接安裝在貼片上，一般采用line-sensor技術(shù)，在拾取元件移到指定位置的過程中完成對(duì)元件的檢測(cè)，這種技術(shù)又成為〃飛行對(duì)中技術(shù)"，它可以大幅度提高貼裝效率。該系統(tǒng)由兩個(gè)模塊組成：一個(gè)模塊是由光源與鏡頭組成的光源模塊。光源采用LED發(fā)光二極管與散射透鏡，光源透鏡組成光源模塊；另一個(gè)模塊為接受模塊，采用LineCCD及一組

光學(xué)鏡頭組成接受模塊，見圖4。此兩個(gè)模塊分別裝在貼片頭主軸的兩邊，與主軸及其他組建組成貼片頭。貼片機(jī)有幾個(gè)貼片頭，就會(huì)有向的幾套系統(tǒng)。留4lin>^en^or統(tǒng)梃扶演圖（4）激光對(duì)齊是指從光源產(chǎn)生一適中光束，照射在元件上，來測(cè)量元件投射的影響。這種方法可以測(cè)量元件的尺寸、形狀以及吸嘴中心軸的偏差。這種方法快速，因?yàn)椴灰髲臄z像機(jī)上方走過。但其主要缺陷是不能對(duì)引腳和密腳元件作引腳檢查，對(duì)片狀元件則是一個(gè)好的選擇。20世紀(jì)90年代激光對(duì)位技術(shù)推出時(shí)只能處理7mmX7mm的元件，目前安必昂公司推出的第二代激光對(duì)位系統(tǒng)處理元件尺寸增至18mmX18mm，激光技術(shù)可識(shí)別更多的形狀，精度也有顯著提高，見圖5。尤源Sourcci洲量大冗的單側(cè)田s^二代id走時(shí)位技術(shù)增加了町期湛光掀米時(shí)位的元件尺寸測(cè)圈小冗件.雙側(cè)uSource2

在3種元件對(duì)中方式(CCD、line-sensor、激光)中，以CCD技術(shù)為最佳，目前的CCD硬件性能都具備相當(dāng)?shù)乃?。在CCD硬件開發(fā)方面前些時(shí)候開發(fā)了〃背光〃(Back-Lighting)及〃前光〃(Front-Lighting)技術(shù)(如圖6)，以及可編程的照明控制，以更好應(yīng)付各種不同元件貼裝需要。例如引腳QFP元件從后面照明，因?yàn)闆]有虛光反射出現(xiàn)。相反，BGA尤源Sourcci洲量大冗的單側(cè)田s^二代id走時(shí)位技術(shù)增加了町期湛光掀米時(shí)位的元件尺寸測(cè)圈小冗件.雙側(cè)uSource2元器件㈤守光照明受光傳?由滯元器件㈤守光照明受光傳?由滯6茂免加W死.眥明辮強(qiáng)了技末此理無件的能力6貼片機(jī)視覺系統(tǒng)的評(píng)估在評(píng)估面向SMD貼放對(duì)位系統(tǒng)和應(yīng)用的貼片機(jī)視覺系統(tǒng)時(shí)，可以遵循如下的一些準(zhǔn)則：6.1確定PCB基準(zhǔn)標(biāo)記位置的能力由于PCB基準(zhǔn)標(biāo)記的可靠定位是任何SMD貼放對(duì)位的第一步，視覺系統(tǒng)必須可以識(shí)別不同的基準(zhǔn)，即使在基準(zhǔn)外觀并不理想的狀況下。例如，來自制造工藝的氧化、鍍錫和波峰焊料導(dǎo)致的各種變化，可能造成鏡面反射和表面不一致，它們會(huì)極大地改變標(biāo)記的外觀?？陀^影響基準(zhǔn)外觀的其它因素包括電路板變形、焊料堆積過多、電路板顏色改變等等。具有容忍這些狀況的視覺系統(tǒng)可以幫助使用者提高對(duì)位成功率，減少操作者的干預(yù)。6.2識(shí)別非標(biāo)準(zhǔn)器件能力機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)該能夠可靠地識(shí)別各類非標(biāo)準(zhǔn)器件的外形，不論它們的形狀如何少見?，F(xiàn)有的貼片對(duì)位軟件，帶有內(nèi)置的幾何圖案尋找工具，這些工具能〃學(xué)習(xí)〃器件的幾何屬性，即使它形狀怪異，系統(tǒng)也能夠識(shí)別器件。6.3可靠避開吸嘴的能力SMD元件貼裝一般使用前光照明或背光照明，或兩者都用。背光照明用于差距器件的背影，顯現(xiàn)的圖像類似于二進(jìn)制圖像，使視覺系統(tǒng)更容易識(shí)別器件。在識(shí)別片式組容類等簡(jiǎn)單器件時(shí)通常采用這類照明。但背光也會(huì)給視覺系統(tǒng)帶來難題：拾取器件吸嘴的背影經(jīng)常會(huì)從器件后面突出或部分遮蔽芯