光学对中系统

贴片机的对中是指贴片机在吸取元器件时要保证吸嘴吸在元器件中心，使元器件的中心与贴装头主轴的中心线保持一致，因此，首先遇到的是对中问题。早期贴片机的元器件对中是用机械方法来实现的（称为“机械对中”），当贴装头吸取元器件后，在主轴提升时，拨动4个爪把元器件抓一下，使元器件轻微地移动到主轴中心上来，QFP器件则在专门的对中台（规正爪）进行对中，如图3-15所示，这种对中方法由于是依靠机械动作，因此速度受到限’制，同时元器件也容易受到损坏，目前这种对中方式已不再使用，取而代之的是光学对中。

(1)视觉对中系统对齐方式。视觉对中泵统一般分为俯视、仰视、头部或激光对齐，视位置或摄像机的类型而定。图3-16列出了一个典型的贴片视觉对中系统。

①俯视摄像机安装在贴装头上，用来在电路板上搜寻目标（称为基准），以便在贴装前将电路板置于正确位置。

②仰视摄像机用于在固定位置检测元器件，一般采用图像传感器(Charge-CoupledDevice，CCD)技术，在安装之前，元器件必须移过摄像机上方，以便做视觉对中处理。粗看起来，好像有些耗时。但是，由于贴装头必须移至送料器收集元器件，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，视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。

目前的CCD硬件性能都具备相当高的水平，在CCD硬件开发方面已开发了“背光”(back-lighting)及“前光”（front-lighting）技术（图3-17），以及可编程的照明控制，以更好应付各种不同元件贴装的需要。例如，阻容类等简单元器件从后面照明，视觉系统仅识别本体轮廓就可以可靠地对中。相反，QFP等细引脚元器件最好是前光照明，将完整的分布在包装体四周的引脚显示出来以便视觉系统可靠识别对中。有些BGA在元器件底面有5200UP008U500可见的走线，可能混淆视觉系统，这些元器件要求侧面照明系统。它将从侧面照明锡球，而不是底面的走线，因此视觉系统可检查锡球分布，正确地识别元器件。

③头部摄像机直接安装在贴装头上，一般采用在线传感检测(line-sensor)披术，在拾取元器件移到指定位置的过程中完成对元器件的检测，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IED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，采用线性CCD及一组光学镜头组成接受模块。此两个模块分别装在贴装头主轴的两边，与主轴及其他组件组成贴装头，贴片机有几个贴装头，就会有相应的几套系统。

④激光技术可识别更多的形状，精度也有显著提高。目前安必昂公司推出的第二代激光对位系统处理元器件尺寸增至18mm×18mm。激光对齐指从光源产生一适中的光束，照射在元器件上，来测量元器件投射的影响，可以测量元器件的尺寸、形状及吸嘴中心轴的偏差，这种方法速度快，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细间距元器件作引脚检查，对片状元器件则是一个好选择。

(2)光学定位系统原理。贴装头吸取元器件后，CCD摄像机对元器件成像，并转化成数字图像信号，经计算机分析出元器件的几何尺寸和几何中心，并与控制程序中的数据进行比较，计算出吸嘴中心与元器件中心在AX、AY和AO的误差，并及时反馈至控制系统进行修正，以保证元器件引脚与PCB焊盘重合。

(3)光学系统的组成。光学系统由光源、CCD、显示器及数／模转换与图像处理系统组成，即CCD在给定的视野范围内将实物图像的光强度分布转换成模拟信号，模拟电信号再通过A/D转换器转换为数字量，经图像系统处理后再转换为模拟图像，最后由显示器反映出来。

(4)CCD的分辨率。光学系统采用两种分辨率，即灰度值分辨率和空间分辨率。灰度值分辨率是利用图像乡级亮度来表示分辨率的方法，机器能分辨给定点的测量光强度，所需光强度越小，则灰度值分辨率就越高，一般采用256级灰度值，它具有很强的精密区别目标特征的能力。而人眼处理的灰度值仅为50~60，因此机器的处理能力远高于人眼的处理能力。

空间分辨率指CCD分辨精度的能力，通常用像元素来表示，即规定覆盖原始图像的栅网的大小，栅网越细，网点和像元素越高，说明CCD的分辨精度越高，采用高分辨率CCD的贴片机其贴装精度也越高。通常在分辨率高的场合CCD的视野小；反之，大视野环境的分辨率则较低，因此在高精度、高速度贴片机中一般装有两种不同视野的CCD，分别用来处理不同大小的元器件。

(5)CCD的光源。为了配合贴片机贴好BGA和CSP之类的新型器件，在以往的元器件照明（周围、同轴）基础上增加了新型的BGA照明。所谓的BGA照明是LCD比以往更加水平，早期的照明装置能同时照亮焊球与元器件底部，故难以把它们区别开来，改进后的照明系统，当LCD点亮时，仅使BGA元器件的焊球发出反光，从而能够识别球栅的排列，增加可信度。

(6)光学系统的作用。贴片机中的光学系统，在工作过程中首先是对PCB的位置确认。当PCB输送至姑片位置上时，安装在贴片机头部的CCD，首先通过对PCB上所设定的定位标志进行识别，实现对PCB位置的确认。所以通常在设计PCB时应设计定位标志。

CCD对定位标志确认后，通过BUS反馈给计算机，计算出贴片原点位置误差(AX、AY)，同时反馈给运动控制系统，以实现PCB的识别过程。

在对PCB位置确认后，接着是对元器件的确认，包括：

①元器件的外形是否与程序一致。

②元器件中心是否居中。

③元器件引脚的共面性和形变。

在SMD迅速发展的情况下，引脚间距已由早期的1.27mm过渡到0.5mm和0.3mm等，这样仅靠上述两个光学确认还不够，因此在PCB设计时还增加了小范围几何位置确认，即在要贴装的细间距QFP位置上再增加元器件图像识别标志，确保细间距器件贴装准确无误。

(7)CCD的安装位置。目前大部分贴片机中，CCD均固定安装在机座上。贴装头吸嘴吸取元器件后先移至CCD上确认，以修正AX、AY和AO，再将元器件贴放到指定位置，这种方法比较传统。随着细间距IC大量使用，花费在元器件光学对中的时间越来越长，如贴装1.27mm间距lC速度高达10000片/h，但贴装0.Smm间距IC速度仅为1000片/h～2000片／h，即速度下降到1/10～1/5；随着电子产品复杂程度的提高，细间距IC的应用已越来越广泛，目前先进的贴片机采用飞行对中技术，实现QFP等器件吸起来后，在送至贴片位置之前，即在运动中就将位置校正好，因此大大节约了元器件的对中速度。飞行对中的技术有下列几种形式。

①CCD安装在贴装头上，这是Qllad贴片机最先采用的方法，用此方法QFP的贴装速度由原来的0.7s下降到0.3s。

②CCD采用悬挂式安装，有利于SMC/SMD运动中校正位置。

视觉扫描对中实物。