先进技术
高精度自动贴片的原理
时间: 2017-04-07 14:13 浏览次数:
高精度自动 贴片机 是通过自动移动的贴装头把表面贴装元件准确地放置到指定位置的一种设备,它在MCM(multi chip module),MEMS(micro electro mechanical system),MOEMS(micro optical electro mech
高精度自动贴片机是通过自动移动的贴装头把表面贴装元件准确地放置到指定位置的一种设备,它在MCM(multi chip module),MEMS(micro elec—tro mechanical system),MOEMS(micro optical elec—tro mechanical systems)和三维封装等精度要求高、工艺复杂的场合有着广泛的应用。
  高精度自动贴片机的定位方式有机械定位 2、视觉定位[0-8 、 激光定位[ ~¨ 等几种。视觉定位采用高倍数成像系统及图像处理技术,使定位精度和贴片效率显着提高,是目前占主导地位的定位方式。基于视觉定位的自动贴片机示意图如图1所示 其中贴装头沿Z方向上下移动,主工作台沿X,y方向移动,并可绕 轴转动,对准系统工作台沿X,y,Z方向移动。贴片的工作流程为:上下料系统(未在图中画出)把芯片和基底分别放置到贴装头和主工作台上; 方向移动对准系统工作台、贴装头直至能清晰地捕捉到基底和芯片的图像;x,Y方向移动对准系统工作台和主工作台。使芯片、基底进入视场范围;由视觉系统测量芯片和基底上的定位标志的位置偏差;根据视觉系统测量结果,移动、转动主工作台使基底到达目标位置,移动对准系统工作台使光学系统退出工作区域,贴装头作垂直运动使芯片和基底接触;控制温度、压力等工艺参数,并贴片;由上下料系统放下贴好的产品
  
  2 视觉自动对准系统的构成和原理贴片机视觉自动对准系统如图2所示。它由光学系统、CCD成像单元、图像采集卡、图像处理单元、计算机控制系统等组成。其中光学系统的光路图如图3所示,通过控制两个环形光源的明灭,可由同一套物镜和CCD分别摄取芯片和基底的图像。在对准过程中,控制单元根据图像处理单元得到的芯片、基底图像的清晰度和一定的路径规划算法,分别调整芯片、基底与光学系统的距离,完成光学系统的自动对焦。此后,图像处理单元利用图像的不变矩对采集到的图像进行模式识别,以确定定位标志是否在镜头的视场之内。若定位标志已在视场之内,则转下一步进行定位标志的对准,否则继续调整工作台的位置并判断定位标志是否在视场之内。最后,图像处理单元利用点模式匹配算法测量基底、芯片上定位标志的相对位置,控制单元调整主工作台,完成芯片和基底的对准。
  
  3 定位标志存在性判断
  3.1 原理及其算法判断图像是否存在特定的定位标志实质上是一个二维图像的模式识别问题。存在特定定位标志的图像属于一个模式类,其它图像属于另一个模式类。
  分类的依据是通过图像处理算法得到图像特征。本文采用图像的不变矩进行自动识别。
  3.2 实验用CCD采集一系列十字又定位标志图像和其它常用定位标志图像,如图4所示。根据以上算法对图像进行识别。试验结果表明,当距离阈值取值较小时,无误判情况发生,可以达到定位标志存在性判断的目的。
  
  4 定位标志的对准
  4.1 自动对准概述假设图4(。d)为芯片上定位标志的图像,图4(b)为基底上定位标志的图像,那么对准的目的就是:测量两个定位标志的相对位置(标志的偏转角度和中t2,点的偏移量),并以此控制主工作台沿 ,Y方向的移动和绕:轴的转动,使两个定位标志在图像中的位置相同。
  传统的对准技术主要采用模板匹配算法。虽然该算法精度较高,但是它难以处理伸缩、旋转、对比度变化、目标物体被部分遮挡等复杂情况下的位置测量。点模式匹配是视觉测量中的一种新方法,它在输入图像伸缩、旋转、平移、目标物体被部分遮挡等情况下。能有效地完成两个特征点集的匹配,得到点集间的相对位置:同5是自动对准的流程图。
  4.2 特征点集的提取特征点集是能正确反映定位标志位置的点的集合,在本文的应用背景下,定位标志的边缘点是很好的选择。为提取定位标志的特征点集,首先利用Otsu算法对图像进行分割,然后利用∞bel边缘检测算法得到定位标志的边缘点。
  4.3 点模式匹配点模式匹配的算法有很多,Li利用几何不变量来进行点模式匹配[¨],Spirkovska和Reid利用高阶神经网络[15]来进行点模式匹配,Stockman等人利用聚类算法 16 3来进行点模式匹配等。虽然这些算法能解决点模式匹配的问题,但计算量很大。
  CHENG等人提出的快速点模式匹配算法ll 7_计算效率较高,能满足自动对准的要求。
  4.3.1 点模式匹配的定义在二维图像中,特征点用( Y)坐标表示,点集P和Q被定义为。
  4.3.2 计算流程利用定理,点集问的匹配转化为矢量集间的匹配,待确定的参数由4个减少到了2个。由于自动对焦保证了每次采集到的定位标志具有相同的大小,因此可以认为S始终等于1。所以此时矢量集之间的配准函数可用G(0)表示。根据参数0找出所有的匹配点对后,由最小二乘法精确地确定出点集之间的匹配参数t t 和0。
  
  5 结论
  工作效率是贴片机的一个重要的性能指标,目前计算效率还有待进一步提高,压缩边缘点的数量是针对这一问题的有效措施。如果利用亚像素边缘检测技术提取特征点,则该方法的测量精度可以得到进一步地提高。

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