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貼片機(jī)貼裝質(zhì)量在線檢測研究和貼片機(jī)選型關(guān)鍵

發(fā)布者：發(fā)布時間：2013/10/11 閱讀：109586次

貼片機(jī)廠家隨著表面組裝技術(shù)SMT中所使用的印制電路板導(dǎo)體圖形的細(xì)線化、SMT元器件微型化,以及SMT組件的高密度組裝、快速組裝發(fā)展趨勢,采用目檢或人工光學(xué)檢測的形式檢測SMT組裝質(zhì)量已不能適應(yīng)。
為此,自動光學(xué)檢測AOI技術(shù)作為SMT組裝質(zhì)量檢測的主要技術(shù)手段,在SMT中應(yīng)用越來越普遍。
本文在研究貼裝數(shù)據(jù)庫和視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了在貼片機(jī)上集成光學(xué)自動檢測的思想，對其中出現(xiàn)的部分關(guān)鍵問題進(jìn)行了闡述，進(jìn)行了理論分析并提出了相應(yīng)的解決方案，最后通過實(shí)驗(yàn)，對結(jié)論進(jìn)行了論證。
由于引腳元件的特殊性，在圖像獲取時采用了以引腳元件為中心建立取圖路徑，使用相機(jī)的快速重置功能進(jìn)行快速采樣。
在圖像處理時，主要針對離焦模糊推導(dǎo)了使用維納濾波的點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，對圖像進(jìn)行還原。
實(shí)驗(yàn)表明，檢查精度和速度都有所提高。
圖像檢查主要使用了模板匹配法，文中給出了模板匹配法的理論基礎(chǔ)。
并使用Cognex公司提供的視覺庫對一幅圖像中的多個元件進(jìn)行檢查，大大提高了檢查速度。
為進(jìn)一步提高貼裝質(zhì)量，使用統(tǒng)計(jì)過程控制（SPC）技術(shù)對AOI數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用移動指數(shù)加權(quán)平均多元控制圖和常規(guī)控制圖相結(jié)合的手段，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)控，結(jié)合因果圖和排列圖，對異因加以排除。
最后通過對貼裝位置偏移的統(tǒng)計(jì)，對貼片機(jī)機(jī)器參數(shù)進(jìn)行校正，實(shí)驗(yàn)表明，該方法提高了過程能力指數(shù)，使貼裝過程更加穩(wěn)定。
貼片機(jī)廠家選型時應(yīng)注意幾個關(guān)鍵技術(shù)性問題
貼片機(jī)選型時應(yīng)注意幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。隨著表面貼裝技術(shù)的迅速發(fā)展，貼片機(jī)在我國電子組裝行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。面對型號眾多的貼片機(jī)，如何選型仍是一個復(fù)雜而艱難的工作，對貼片機(jī)選型時應(yīng)注意幾個關(guān)鍵技術(shù)問題。
貼片機(jī)類型
目前貼片機(jī)大致可分為四種類型：動臂式、復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤式和大型平行系統(tǒng)。不同種類的貼片機(jī)各有優(yōu)劣，通常取決于應(yīng)用或工藝對系統(tǒng)的要求，在其速度和精度之間也存在一定的平衡。
動臂式機(jī)器具有較好的靈活性和精度，適用于大部分元件，高精度機(jī)器一般都是這種類型，但其速度無法與復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤式和大型平行系統(tǒng)相比。不過元件排列越來越集中在有源部件上，比如有引線的QFP和BGA陣列元件，安裝精度對高產(chǎn)量有至關(guān)重要的作用。復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤式和大型平行系統(tǒng)一般不適用于這種類型的元件安裝。動臂式機(jī)器分為單臂式和多臂式，單臂式是最早先發(fā)展起來的現(xiàn)在仍然使用的多功能貼片機(jī)。在單臂式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多臂式貼片機(jī)可將工作效率成倍提高，如YAMAHA公司的YV112就含有兩個帶有12個吸嘴的動臂安裝頭，可同時對兩塊電路板進(jìn)行安裝。
復(fù)合式機(jī)器是從動臂式機(jī)器發(fā)展而來，它集合了轉(zhuǎn)盤式和動臂式的特點(diǎn)，在動臂上安裝有轉(zhuǎn)盤，像Simens的Siplace80S系列貼片機(jī)，有兩個帶有12個吸嘴的轉(zhuǎn)盤。由于復(fù)合式機(jī)器可通過增加動臂數(shù)量來提高速度，具有較大靈活性，因此它的發(fā)展前景被看好，如Simens最新推出的HS50機(jī)器就安裝有4個這樣的旋轉(zhuǎn)頭，貼裝速度可達(dá)每小時5萬片。
轉(zhuǎn)盤式機(jī)器由于拾取元件和貼片動作同時進(jìn)行，使得貼片速度大幅度提高，這種結(jié)構(gòu)的高速貼片機(jī)在我國的應(yīng)用最為普遍，不但速度較高，而且性能非常的穩(wěn)定，如松下公司的MSH3機(jī)器貼裝速度可達(dá)到0.075秒／片。但是這種機(jī)器由于機(jī)械結(jié)構(gòu)所限，其貼裝速度已達(dá)到一個極限值，不可能再大幅度提高。
大型平行系統(tǒng)由一系列的小型獨(dú)立組裝機(jī)組成。各自有絲杠定位系統(tǒng)機(jī)械手，機(jī)械手帶有攝像機(jī)和安裝頭。各安裝頭都從幾個帶式送料器拾取元件，并能為多塊電路板的多塊分區(qū)進(jìn)行安裝，這些板通過機(jī)器定時轉(zhuǎn)換角度對準(zhǔn)位置。如PHILIPS公司的FCM機(jī)器有16個安裝頭，實(shí)現(xiàn)了0.0375秒／片的貼裝速度，但就每個安裝頭而言，貼裝速度在0.6秒／片左右，仍有大幅度提高的可能。
復(fù)合式、轉(zhuǎn)盤式和大型平行系統(tǒng)屬于高速安裝系統(tǒng)，一般用于小型片狀元件安裝。轉(zhuǎn)盤式機(jī)器也被稱作"射片機(jī)"（Chip　shooter），因?yàn)樗ǔＳ糜诮M裝片式電阻電容。另外，此類機(jī)器具有高速"射出"的能力。因?yàn)闊o源元件，?quot;芯片"以及其他引線元件所需精度不高，射片機(jī)組裝可實(shí)現(xiàn)較高的產(chǎn)能。高速機(jī)器由于結(jié)構(gòu)較普通動臂式機(jī)器復(fù)雜許多，因而價(jià)格也高出許多，在選擇設(shè)備時要考慮到這一點(diǎn)。
試驗(yàn)表明，動臂式機(jī)器的安裝精度較好，安裝速度為每小時5000-20000個元件（cph）。復(fù)合式和轉(zhuǎn)盤式機(jī)器的組裝速度較高，一般為每小時20000-50000個。大型平行系統(tǒng)的組裝速度最快，可達(dá)每小時50000?100000個。
視覺系統(tǒng)
機(jī)器視覺系統(tǒng)是顯著影響元件安裝的第二個因素，機(jī)器需要知道電路板的準(zhǔn)確位置并確定元件與板的相對位置才能保證自動組裝的精度。
成像通過使用視像系統(tǒng)完成。視像系統(tǒng)一般分為俯視、仰視、頭部或激光對齊，視位置或攝像機(jī)的類型而定。
（1）俯視攝像機(jī)在電路板上搜尋目標(biāo)（稱作基準(zhǔn)），以便在組裝前將電路板置于正確位置；
（2）仰視攝像機(jī)用于在固定位置檢測元件，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，以便做視像處理。粗看起來，好象有些耗時。但是，由于安裝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的過程中同時進(jìn)行，從而縮短貼裝時間；
（3）頭部攝像機(jī)直接安裝在貼片頭上，一般采用Line-senso r技術(shù)，在拾取元件移到指定位置的過程中完成對元件的檢測，這種技術(shù)又稱為"飛行對中技術(shù)"，它可以大幅度提高貼裝效率；
（4）激光對齊是指從光源產(chǎn)生一適中的光束，照射在元件上，來測量元件投射的影響。這種方法可以測量元件的尺寸、形狀以及吸嘴中心軸的偏差。但對于有引腳的元件，如：SOIC、QFP和BGA則需要第三維的攝像機(jī)進(jìn)行檢測。這樣每個元件的對中又需要增加數(shù)秒的時間。很顯然，這對整個貼片機(jī)系統(tǒng)的速度將產(chǎn)生很大影響。在三種元件對中方式（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健Ｔ贑CD硬件開發(fā)方面前些時候開發(fā)了"背光"（Back-Lighting）及"反射光"（Front-Lighting）技術(shù)，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。

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