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光学对中系统

文章出处:深圳市龙合自动化设备有限公司发表时间:2018/8/27 11:29:13【


    贴片机的对中是指贴片机在吸取元件时要保证吸嘴吸在元件中心,使元件的中心与贴片头主轴的中心线保持一致,因此,首先遇到的是对中问题。早期贴片机的元件对中是用机械方法来实现的(称为“机械对中”)。当贴片头吸取元件后,在主轴提升时,拨动四个爪把元件抓一下,使元件轻微的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,
这种对中方法由于是依靠机械动作,因此速度受到限制,同时元件也容易受到损坏,目前这种对中方式已不在使用,取而代之的是光学对中。


1.光学定位系统原理
    贴片头吸取元件后,CCD摄象机对元器件成像,并转化成数字图象信号,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△X,△Y和△θ的误差,并及时反馈至控制系统进行修正,保证元器件引脚与PCB焊盘重合。


2.光学系统的组成
    光学系统由光源、CCD、显示器以及数模转换与图象处理系统组成,即CCD在给定的视野范围内将实物图象的光强度分布转换成模拟信号,模拟电信号在通过A/D转换器转换为数字量,经图象系统处理后 再转换为模拟图象,最后由显示器反应出来。


3.CCD的分辨率
   光学系统采用两种分辨率--灰度值分辨率和空间分辨率。
灰度值分辨率是利用图象多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在50~60左右,因此机器的处理能力远高于人眼的处理能力。
    空间分辨率是指CCD分辨精度的能力,通常用像元素来表示,即规定覆盖原始图象的栅网的大小,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。
但通常在分辨率高的场合下,CCD能见的视野(Frame)小,而大视野的情况下则分辨率较低,故在高速/高精度的贴片机中装有两种不同视野的 CCD。在处理高分辨率的情况下采用小视野CCD,在处理大器件时则使用大视野CCD。
例如松下MSR高速机中,小视野CCD视场为6mm×6mm,像素为25万,分辨率达到12.5
μm,大视野CCD视场为36mm×36mm,像素达100万,分辨率为41μm 。


4.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元件的焊球发出反光,从而能够识别球栅的排列,增加可信度。


5.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输送至贴片位置上时,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(△X、△Y),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)元件的外形是否与程序一致;
(2)元件中心是否居中;
(3)元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象识别标志,确保细间距器件贴装准确无误。


6.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。贴片头吸嘴吸取元件后先移至CCD上确认,以修正△X,△Y和△θ,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,花费在器件光学对中的时间越来越长,如贴装1.27mm间距IC速度高达每小时10 000片,但贴装0.5mm间距IC速度仅为1000~2000片/小时,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,因此大大节约了器件的对中速度。飞行对中的技术有下列几种形式:


(1)CCD安装在贴片头上,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。
(2)CCD采用悬挂式安装,有利于SMC/SMD运动中校正位置。

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