贴片机计算机控制及视觉系统

1.计算机控制系统

计算机控制系统是贴片机所有操作的指挥中心,目前大多数贴片机的计算机控制系统采用Windows界面,可以通过高级语言软件,在线或离线编制计算机程序并自动进行优化,从而控制贴片机的自动工作步骤。每个片状元器件的精确位置,都要编程后输入计算机。具有视觉检测系统的贴片机,也是通过计算机来实现对电路板上贴片位置的图形识别的。

贴片机采用二级计算机控制系统如下图所示。主控计算机是整个系统的指挥中心,主要运行和储存中央控制软件及自动拾取程序编程软件、示教编程视觉系统、PCB基准标号坐标数据,以及细间距器件数据库。贴片机现场控制计算机系统主要控制贴片机的运动和示教功能。

贴片机中装有多种传感器,如压力传感器、负压传感器和位置传感器,随着贴片机智能化程度的提高,可进行元件的电器性能检查,它们像贴片机的眼睛一样,时刻监视机器的正常运转。传感器运用越多,表示贴片机的智能化水平越高。

贴片机二级计算机控制系统
贴片机二级计算机控制系统

2.贴片机视觉系统

视觉系统由光源、CCD、显示器,以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,模拟信号再通过A/D转换器转换为数字信号,经图像系统处理后再转换为模拟图像,最后由显示器显示出来。

贴片机视觉系统由PCB定位下视系统和器件对中系统组成。

1)PCB定位下视系统

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Mark的识别来实现对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,反馈给计算机,计算机计算出贴片原点位置误差(ΔX,ΔY),同时反馈给运动控制系统,以实现PCB的识别过程。

标号有3种,参见下图中的PCB基准标号:

  • Global为PCB标号,确定整个PCB位置,并用于坐标补偿;
  • Image为拼板图形标号,便于重复贴片;
  • Local为器件两角上的标号,决定器件的位置和方向。
PCB基准标号
PCB基准标号
视觉系统搜索目标区域
视觉系统搜索目标区域

下图为基板标志的种类,因为基板识别摄像机的视野范围是7.2mm,所以基板标志必须在其范围内。标志尺寸的确认允许值在±20%以内。

基板标志的种类
基板标志的种类

2)器件对中系统

在对PCB位置确认后,接着是对元器件的确认,包括元件的外形是否与程序一致;元件中心是否居中;元件引脚的共面性和形变。对中系统有机械对中、激光对中、激光加视觉对中,以及全视觉对中系统。

  • (1)激光对中。如下图所示,允许“飞行中”修正,有能力处理所有形状和大小的元件,并且能精确地决定元件位置和方向,但是,即使最复杂的激光系统也不能测量引脚和引脚间距,所以对于有引脚的元件,如SOIC、QFP和BGA则需要第三维的摄像机进行检测。这样每个元件的对中又需要增加数秒的时间。很显然,这对整个贴片机系统的速度将产生很大影响。
  • (2)视觉对中。如下图所示。贴片头吸取元件后,CCD摄像机对元器件进行成像,并将其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ΔX,ΔY和Δθ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。
飞行对中系统
飞行对中系统
贴片机的视觉对中系统
贴片机的视觉对中系统

以上内容是贴片机计算机控制视觉系统对中工作原理,后面我们详细说明贴片机工艺控制。

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