【正文】 的重要技術(shù)保證。前者主要是自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)設(shè)備（Automatic Optional Inspection，AOI），后者主要是三維的 XRAY 和五維的 XRAY 設(shè)備。輔助工藝主要由“點(diǎn)膠”工藝和光學(xué)輔助自動(dòng)檢測(cè)工藝組成。助焊劑在回流焊的過程中會(huì)揮發(fā)，如果沒有一個(gè)理想的助焊劑管理系統(tǒng)及時(shí)將揮發(fā)的助焊劑抽走并過濾循環(huán)，助焊劑就會(huì)跟隨高溫氣流進(jìn)入冷卻區(qū)，凝結(jié)在散熱片和爐內(nèi)，降低冷卻效果并污染設(shè)備和機(jī)板。 （5） 設(shè)備開放式柔性模塊化技術(shù)及系統(tǒng)集成技術(shù)。需要對(duì)這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并使其相互匹配，才能提高印刷質(zhì)量。印刷工藝涉及到的工藝元素主要是焊膏，模板和印刷系統(tǒng)。需要進(jìn)行表面貼裝的電子產(chǎn)品一般由印制線路板和表面貼裝元器件組成。除此之外，環(huán)境限制法令也會(huì)催生新材料和新工藝。歐美日及港臺(tái)企業(yè)將電子制造基地向中國(guó)轉(zhuǎn)移的部署基本完成。關(guān)鍵詞：貼裝技術(shù)，工藝流程，貼裝精度，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，PLC，運(yùn)動(dòng)控制 貼裝工藝過程分析: 研究背景：隨著全球電子資訊產(chǎn)品市場(chǎng)的繁榮和經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展態(tài)勢(shì),世界范圍內(nèi)的跨國(guó)直接投資發(fā)展迅速。它包括表面貼裝元件、表面貼裝器件、表面貼裝印刷電路板、點(diǎn)膠、絲印、貼裝、回流焊及在線測(cè)試等一系列工藝過程。因此SMT生產(chǎn)線上包含上料裝置、編帶機(jī)、絲印機(jī)、貼片機(jī)、檢測(cè)儀、回流焊、清洗機(jī)和下料裝置等一系列工藝設(shè)備構(gòu)成。中國(guó)因?yàn)槠渚薮蟮膭趧?dòng)力資源和市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)以及加入世界貿(mào)易組織后的良好契機(jī),成為眾多國(guó)外電子公司投資建廠的首選地。國(guó)內(nèi)新的熱點(diǎn)電子產(chǎn)品大批量制造尚未啟動(dòng)。如2002年底歐盟議會(huì)通過廢電器及電子設(shè)備指令（The waste Electrical and Electronic Equipment，WEEE）和危害物質(zhì)禁用指令（Restriction of Hazardous Materials，Ro HS）指令，要求從2006年7月1日起，在歐盟市場(chǎng)上銷售的各類電子產(chǎn)品不得含金屬鉛等有害物質(zhì)；接著，日本，美國(guó)加州也有相似法令出臺(tái)，我國(guó)也相應(yīng)的推出了限制法令。印制線路板(Printed Wire Board，PWB),是含有線路和焊盤的單面或雙面多層材料。 焊膏是用來(lái)將元器件與印制線路板連接導(dǎo)通以實(shí)現(xiàn)其電氣和機(jī)械連接的重要材料。 貼片工藝的目的是確保所有零件準(zhǔn)確，快速的被貼片到印制線路板上。 回流焊工藝，是指通過熔化預(yù)先分配到印制線路板焊盤上的焊膏，實(shí)現(xiàn)表面貼裝元器件的焊接面或引腳與印制線路板焊盤之間機(jī)械和電氣連接的焊接。當(dāng)機(jī)板匹配使用的焊膏活性不夠好或者線路板上有超細(xì)間距元件和復(fù)雜芯片，再加上機(jī)板需要多次過回流焊爐時(shí)，需要考慮在回流焊爐內(nèi)充入惰性氣體，降低氧化的機(jī)會(huì)，提高焊接活性?！包c(diǎn)膠”工藝主要是通過將專用膠水“點(diǎn)貼”到需要的元器件的下方或周邊，對(duì)元器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，保護(hù)的目的主要有:第一:確保元器件在經(jīng)受多次回流焊接時(shí),不至于脫落。前者主要用于檢測(cè)可視焊點(diǎn)，而后者除了可以檢測(cè)可視焊點(diǎn)外，還可以檢測(cè)不可目視的 BGA 類零件的焊點(diǎn)。但是設(shè)備評(píng)估并不可能以設(shè)備的技術(shù)能力作為唯一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而技術(shù)能力也并不是越先進(jìn)越昂貴越好。輔助工藝也會(huì)涉及到相關(guān)設(shè)備，設(shè)備的評(píng)估同樣也要對(duì)以上需求進(jìn)行挖掘和重要度評(píng)價(jià)。因此，新的工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量控制方法除了同樣需要解決需求的挖掘和重要度評(píng)價(jià)問題之外，還需要能夠用較科學(xué)的方法將映射過程可控化。除了產(chǎn)品需求會(huì)對(duì)焊膏的選擇有影響外，來(lái)自公司的內(nèi)部需求也會(huì)有影響。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的基礎(chǔ)上，日本學(xué)者田口玄一又進(jìn)行了探索，發(fā)明了田口實(shí)驗(yàn)法。 第一:創(chuàng)建新的產(chǎn)品生產(chǎn)項(xiàng)目時(shí)，需要進(jìn)行表面貼裝工藝設(shè)計(jì)。SMC/SMD的發(fā)明及雛形的SMT最早在歐美國(guó)家形成，發(fā)展比較緩慢，SMT貼片裝備尤其如此。在市面上常見到的國(guó)外SMT生產(chǎn)線上的核心設(shè)備貼片機(jī)，在這里進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹先進(jìn)類型的SMT貼片機(jī)的技術(shù)特性。217um；有多達(dá)100個(gè)供料站位。隨著在這一領(lǐng)域近幾十年的發(fā)展，我國(guó)出現(xiàn)了許多SMT貼片機(jī)方面的研究，一些院校進(jìn)行了貼片機(jī)控制和貼片軟件的開發(fā)如蘇州大學(xué)、廣東科技大學(xué)等；還有一些企業(yè)開發(fā)出來(lái)自己的系列化高精度的貼片機(jī)產(chǎn)品，如同志科技T8全自動(dòng)多功能貼片機(jī)和北京科亞迪公司的TYDKP6280型全自動(dòng)視覺貼片機(jī)等見圖3所示，與國(guó)外某種先進(jìn)貼片機(jī)相比在貼片范圍、貼片速度、貼片精度都做得很優(yōu)秀。貼裝位置偏差的定義是貼裝器件實(shí)際中心位置與相對(duì)于檢測(cè)樣板基準(zhǔn)標(biāo)志CAD坐標(biāo)的給定位置，兩者之間的物理距離。其中Cpk=，這是目前大多數(shù)貼片機(jī)所能達(dá)到的指標(biāo)。貼片機(jī)貼裝操作開始時(shí)，貼裝頭先到吸嘴站裝上一個(gè)合適的吸嘴，然后到喂料器上拾取一個(gè)元件，再移動(dòng)到對(duì)應(yīng)的元件貼裝位置貼裝元件。②優(yōu)化問題分析和相關(guān)算法研究： 單吸嘴單貼裝頭的順序貼片機(jī)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)、原理簡(jiǎn)單，分析和建模也較為容易，其貼裝時(shí)間優(yōu)化問題被研究的最多，同時(shí)也是研究其它復(fù)雜貼片機(jī)優(yōu)化問題的基礎(chǔ)。也有文獻(xiàn)將其作為一個(gè)完整的優(yōu)化問題來(lái)求解。由于貼裝頭之間位置相對(duì)固定且排成一條直線，而且吸嘴的間距是喂料槽間距的整數(shù)倍，因此貼裝頭機(jī)構(gòu)一次可以同時(shí)從喂料器上拾取多個(gè)元件。②優(yōu)化問題分析和相關(guān)算法研究： 多貼裝頭直列式貼片機(jī)與順序貼片機(jī)在結(jié)構(gòu)上的不同之處僅在于它的貼裝頭機(jī)構(gòu)上配備了多個(gè)貼裝頭和吸嘴，可以在一個(gè)拾取貼裝循環(huán)內(nèi)拾取和貼裝多個(gè)元件?？紤]到多貼裝頭可同時(shí)拾取一組元件的特點(diǎn)，他們將目標(biāo)放在拾取時(shí)間的優(yōu)化上。②表示喂料器組構(gòu)造方式的分鏈。他們提出的問題和解決方法己經(jīng)突破了以往只研究一種類型PCB貼裝時(shí)間優(yōu)化的范疇，更加接近實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義和建設(shè)性，這也是未來(lái)貼片機(jī)優(yōu)化問題研究的發(fā)展方向之一。Z軸用于控制吸嘴的上下運(yùn)動(dòng)，θ軸則控制吸嘴的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，真空模塊則負(fù)責(zé)產(chǎn)生真空壓力，使元件能吸附于吸嘴之上。貼裝基本過程如圖9所示。 貼裝平臺(tái)的貼裝數(shù)據(jù)獲取、工藝優(yōu)化和自動(dòng)貼裝整個(gè)工作流程如圖10所示。它即可作為主機(jī)也可作從機(jī)使用。通過該計(jì)數(shù)模塊和DVP20PMOOM本身自帶的兩路高速計(jì)數(shù)器，用戶就可以通過上位機(jī)對(duì)三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，便于精確控制。伺服驅(qū)動(dòng)器起到對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大的作用，其內(nèi)部主要包括控制電路和功率電路兩部分。 式（1）式中，f1為驅(qū)動(dòng)器位置單位，f2為控制器位置單位， (N/M) 25600。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選用恒興星PLC專用光柵尺，各軸光柵尺參數(shù)如表18所示。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用平動(dòng)式貼裝頭，設(shè)計(jì)為并列雙頭，吸嘴可以手動(dòng)更換，如圖20所示。它將PLC與運(yùn)動(dòng)控制器的功能集于一身，采用STM32F103作為核心處理器。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)貼裝頭上三個(gè)步進(jìn)電機(jī)均為兩相四線制，它們的參數(shù)如表22所示。 ⑤配大型散熱器，保證良好散熱。A+, A, B+, B一端口連接于兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。由于貼裝頭部分有兩個(gè)吸嘴，每個(gè)吸嘴按順序吸取和貼裝，因而通過電磁閥切換使兩個(gè)吸嘴共用一個(gè)負(fù)壓傳感器。 貼裝技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究： 機(jī)器視覺系統(tǒng):（1） 機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成：貼裝平臺(tái)的視覺系統(tǒng)主要包括CCD相機(jī)、圖像采集卡、照明光源和計(jì)算機(jī)等設(shè)備。該相機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：圖像傳感器尺寸:2/3英寸( )，圖像分辨率為1024768(單位:像素)，定焦8mm,1394接口?；叶葓D像則只保留了圖像的色度和亮度分布信息，一個(gè)像素點(diǎn)的灰度變化范圍只有255種，因此灰度圖的計(jì)算量就比彩色圖像降低了很多。 在圖像處理領(lǐng)域中，濾波算法很多種，如均值濾波、高斯濾波、中值濾波和雙邊濾波等等，其中均值濾波器和中值濾波器，分別是線性濾波器和非線性濾波器的代表。 中值濾波善于保護(hù)邊緣輪廓特征，對(duì)消除椒鹽噪聲效果明顯，因此應(yīng)用較多，是經(jīng)典的平滑噪聲的方法。 自適應(yīng)閾值方法最大的特點(diǎn)是閾值本身是一個(gè)變量。Ostu算法的原理是：設(shè)t為閾值，通過閾值分割將圖像分割為前景、后景兩個(gè)圖像。通過求導(dǎo)的方法計(jì)算圖像邊緣的原理如圖33所示。為了獲得精確的定位標(biāo)記實(shí)現(xiàn)高精度對(duì)準(zhǔn)，首先要對(duì)兩幅圖像進(jìn)行圖像濾波去噪等預(yù)處理來(lái)改善圖像質(zhì)量，增強(qiáng)對(duì)比度，提取定位標(biāo)記。該算法的時(shí)間復(fù)雜度為O( n( log log n)3/2)。捕獲圖像按鈕用于實(shí)現(xiàn)拍照功能，當(dāng)攝像頭移動(dòng)到最佳位置時(shí)可對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行拍照獲取靜態(tài)圖像，從而更方便更精確地對(duì)圖像進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。并研究了圖像對(duì)準(zhǔn)技術(shù)在貼片機(jī)上的應(yīng)用。分析貼片機(jī)需要標(biāo)定的固定參數(shù)，并對(duì)固定參數(shù)的標(biāo)定方法進(jìn)行了研究。圖36：軟件主界面示意圖圖37所示為通過通過閾值分割獲得各個(gè)引腳的中心點(diǎn)，通過對(duì)各個(gè)引腳像素求取平均值獲得元件中心點(diǎn)位置，通過對(duì)各個(gè)引腳中心點(diǎn)擬合得到的直線得到元件相對(duì)于圖像坐標(biāo)系 X 軸的偏轉(zhuǎn)角度。一、建立模型： 首先定義兩個(gè)待匹配的點(diǎn)集 P 和Q ： 算法流程圖： 該算法的流程圖如下所示：圖35：點(diǎn)模式匹配算法流程圖圖像處理模塊的實(shí)現(xiàn): 圖像處理模塊是本文所研究的貼裝控制軟件的一個(gè)重要模塊，在本文所設(shè)計(jì)的軟件中，將圖像顯示和處理功能放在軟件主頁(yè)面上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。定位標(biāo)記的特征點(diǎn)通過邊緣檢測(cè)算法獲得，然后用點(diǎn)模式匹配的算法對(duì)兩個(gè)圖像進(jìn)行精確匹配。視覺對(duì)準(zhǔn)的信息基礎(chǔ)是視覺圖像的特征，視覺對(duì)準(zhǔn)的正確性和精度直接依賴于特征提取的精度和模板的選擇。 當(dāng)t取最佳閡值時(shí)，背景應(yīng)該與前景差別最大，Otsu算法通過最大類間方差來(lái)衡量閡值的優(yōu)劣，用g來(lái)表示最大類間方差，當(dāng)g最大時(shí)，可以認(rèn)為此時(shí)前景和背景差異最大，此時(shí)的t就是是最佳閡值，方差的計(jì)算公式如下:通過 Otsu 算法計(jì)算閾值分割出的元件圖像如下圖32所示。自適應(yīng)閾值分割方法的閾值是個(gè)變量，是通過將每個(gè)像素點(diǎn)周圍的a*a區(qū)域中所有像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行加權(quán)平均得到的。 圖31：均值濾波和中值濾波效果圖（3） 圖像的閾值分割： 圖像的閾值分割也叫做圖像的二值化，閾值分割后的圖像上各個(gè)像素點(diǎn)的灰度值只有0和255這兩種狀態(tài)，也就是說(shuō)整幅圖像上所有的像素點(diǎn)都只有黑和白兩種顏色。線性濾波的基本原理是將圖像中的每個(gè)點(diǎn)的灰度值替換為該點(diǎn)鄰域中所有像素灰度值的平均值。Y=*R+ *G+*B。另外還對(duì)元件進(jìn)行缺陷檢測(cè)。本文所研究的貼裝平臺(tái)視覺系統(tǒng)中的圖像處理軟件是基于Open CV開源視覺庫(kù)進(jìn)行開發(fā)的。它的外形是邊長(zhǎng)為30mm的正方體，其顯示屏分主顯示部和副顯示部，可同時(shí)顯示當(dāng)前氣壓值和基準(zhǔn)氣壓值，對(duì)基準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)定時(shí)無(wú)需切換畫面，主顯示部的顏色(紅、綠、橙)會(huì)隨著輸出的On/Off動(dòng)作而變化，從而使負(fù)壓傳感器的狀況更容易掌握。圖24：電機(jī)控制系統(tǒng)硬件接線圖（4） 氣動(dòng)與真空系統(tǒng)：由前面貼裝頭的介紹可知，氣動(dòng)與真空系統(tǒng)是貼裝頭不必可少的一部分，元件從吸取到貼裝，一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，真空系統(tǒng)需提供足夠的負(fù)壓保證元件的穩(wěn)定。 ⑦采用可靠性較高的表貼器件，工廠機(jī)器焊接，提高了產(chǎn)品可靠性。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著脈沖頻率的增大而升高，所以控制脈沖數(shù)就可以調(diào)整電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，控制脈沖頻率可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速。擁有12個(gè)開關(guān)量輸入接口，可用于傳感器接入，同時(shí)有8個(gè)輸出口，用于開關(guān)量器件控制。貼裝頭在吸片與貼片過程中吸嘴是與元器件直接接觸的唯一零件，同時(shí)也是上視相機(jī)進(jìn)行視覺檢測(cè)時(shí)的參照物，其主要運(yùn)用真空吸取原理實(shí)現(xiàn)元件的抓取和移動(dòng)，通過吹氣將吸附的元件貼放到電路板的指定位置上。表18：光柵尺參數(shù)（5） 觸摸屏： 觸摸屏作為一種智能化操作部件，擁有簡(jiǎn)單、方便、自然的人機(jī)交互方式，用戶只需通過觸摸畫面上組態(tài)的操作按鈕、文本框、圖元和列表等就可操作或監(jiān)控不斷變化的數(shù)據(jù)信息并對(duì)其進(jìn)行處理。伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈帶動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)距離為10mm， mm/pulse，這樣與光柵尺的脈沖當(dāng)量就對(duì)應(yīng)了。伺服驅(qū)動(dòng)器的外部接口主要包括電源接口、控制信號(hào)輸入輸出端口、伺服電機(jī)及編碼器接口、通信端口等。驅(qū)動(dòng)器輸入電壓220V,額定輸入功率400W,主回路采用SVPWM控制方式，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、速度和位置三種控制模式。帶有可擴(kuò)展口，用于特殊功能模塊的擴(kuò)展。圖10：貼裝平臺(tái)流程圖 基礎(chǔ)平臺(tái)控制系統(tǒng)硬件組成：（1）貼裝平臺(tái)控制系統(tǒng)硬件組成： 貼裝平臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件組成主要分為兩大部分：基礎(chǔ)平臺(tái)部分和貼裝頭部分，它們均有控制器及執(zhí)行部件，因此可獨(dú)立運(yùn)行。雖然貼裝平臺(tái)有些部分還沒搭建，但本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是依照標(biāo)準(zhǔn)貼片機(jī)的工作流程對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃的，所以在這里按一個(gè)完整貼裝平臺(tái)的工作流程進(jìn)行介紹。固定于基座上的上視相機(jī)用于識(shí)別元器件的姿態(tài)和位置，配合