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CCD光学视觉对位系统全自动丝网印刷机发布时间：2021-07-19T11:12:06.883Z 来源：《中国电业》2021年3月9期作者：赖志明[导读] 丝网印刷机是一种高精度的印刷设备，能够被用于很多领域。
赖志明深圳市晶金电子有限公司摘要：丝网印刷机是一种高精度的印刷设备，能够被用于很多领域。
其中视觉对位系统是丝网印刷机实现高精度印刷的关键环节之一，也是印刷机的重要组成部分。
CCD光电耦合器件具有高精度、高密度图像识别定位功能，是丝网印刷机视觉对位系统的核心器件之一。
本文从视觉对位系统入手，分析并探讨全自动、高精度丝网印刷机中对光学视觉对位系统的应用，希望可以为推动印刷机进一步发展提供一些思路和参考。
关键词：CCD；光学视觉对位系统；丝网印刷机引言：电子产品的多功能、全自动、高精度、小型化、一体化是发展的主要方向。
丝网印刷机应用焊膏印刷工艺，需要更高精度的印刷定位，要求印刷机各个作业程序之间保持协调一致。
CCD光电耦合器件为丝网印刷机的视觉对位系统提供了准确的图像识别定位功能，圆满解决丝网印刷机对印刷定位精度的要求。
1 光学视觉对位系统光学视觉对位系统是一种借助计算机软件来模拟人类视觉进行高精度定位的系统，能够有效完成对图像的识别、分析和处理，是以机械来完成人类视觉延伸的现代化科技[1]。
光学视觉对位系统的应用，相当于给计算机赋予了人体视觉的部分功能，为机械智能化奠定了基础。
在光学视觉对位系统中，CCD光电耦合器件是关键要素之一，实现对图像中的目标进行精准定位，与图像处理技术、分析技术共同承担起光学视觉对位系统的高精度功能。
在光学视觉对位系统中（如图1所示），CCD光电耦合器件符合定位印刷机液晶玻璃的十字标靶，与丝网基准标靶进行位置对比，如果十字标靶与基准标靶位置不能重合，则可印刷机电机控制部分可控制运动平台的移动，保证精准对位，保证丝网印刷机的印刷精度。
2 丝网印刷机丝网印刷机被称为万能印刷机，能够在多种承印物料上进行印刷，印刷质量优秀，图像、文字精准。
IC成型、分离和自动排管作为芯片封装的后工序，可以完成芯片封装后的成型、芯片分离和芯片排列入管。
成型、分离和自动排管系统的性能决定了生产IC的速度及产品质量等指标。
目前国内大多数芯片封装企业的成型、分离和自动排管系统的功能单一，速度一般在40一60次，min，噪声大、速度慢、精度也不高。
本设计采取光机电一体化技术及凸轮带动冲头传料片机构同步冲压机台设计方案，电脑控制CCD图像识别装置通过取像、找参考点、图像分析几个步骤来对产品方向性、引脚数及外型进行检测判断，设备具有噪声低、精度高、可靠性高、速度快等优点，芯片、封装、系统协同优化。
1系统总体结构整个系统由自动上料、导料和收料等几个部分组成。
CCD图像识别装置对产品方向性、脚数及外形进行检测判断。
控制系统的输入输出接口与被控电机的连接关系如图l所示。
CPU通过输出控制可以完成X、Y、Z与A轴的控制11I。
如图2所示，视觉定位由光学对准系统工作台、CCD摄像部分、FPGA、ARM 及计算机控制系统等部分组成121。
它对采集到的图片进行滤波、特征提取、色泽分析，从而得到基准点的坐标，使定位精度和贴片效率显著提高，是全自动高速集成电路成型与分离系统的核心部分。
它利用CCD检测目标的光强度分布，通过A／D转换模块变成数字图像。
计算机将所获得的数字图像与模板图像进行匹配．根据匹配的结果控制光学对准工作台及冲头的运动。
在对准过程中，先沿x、Y轴方向移动光学对准系统工作台，使芯片、基底进入视场范围，沿z轴方向移动，并对准工作台和冲头直到基底和芯片成像清晰，然后利用匹配算法测量基底、芯片上定位标志的距离，根据此偏差．控制单元调整主工作台，从而使基底到达目标位置．完成芯片和基底的对准。
系统采用了一种数字相机模块，该模块采用130万像素摄像头，该摄像头的传感器是ov9650芯片。
摄像头通过SCCB(Serial Camera Control Bus)总线进行控制。
SCCB是双向、两线总线．具有总线仲裁机制。
松下电工自动对位视觉系统使用手册一．主菜单（Main Menu）1.品种（TYPE）可以更改程序品种编号，并且能够进行系统自学习（Calibration）和对正(Alignment)相关的参数设定。
2．MARK标记注册（MARK REG.）设定Mark标记模板，最多可以设定4个模板。
3．环境设定（ENVIRONMENT）可以进行通信设定，语种设定等。
4．保存数据（SA VE DATA）5．设定帮助工具（SETTING HELP TOOLS）6．图像数据（IMAGE DATA）二. 品种（TYPE）1．Mark标记设定（Mark Setting）进行Mark标记点的设定，包括目标点Mark和移动Mark2．自学习设定（Calibration Setting）进行自学习过程的指定参数的设定。
3．自动对位设定（Alignment Setting）进行自动对位过程的指定参数的设定。
4．复制品种（Copy Type）5．删除品种（Delete Type）6．初始化所有品种（Initialize all Types）可以恢复本体到出厂时的设置，所有设定的参数和图像将全部丢失。
[1] Mark标记设定（Mark Setting）1.目标Mark点的指定（An applicable mark）A 摄像机（A Camera）对应3号Mark模板B 摄像机（B Camera）对应4号Mark模板2.移动Mark点的指定（Movement mark）A 摄像机（A Camera）对应1号Mark模板B 摄像机（B Camera）对应2号Mark模板3.自动对位的方式选择（Position Setting）对位到固定的屏幕中心点（Screen center fixation）对位到检测到的位置点（A position markdetection）[2] 自学习设定（Calibration Setting）1.自学习的移动量（The amount of movement）可以对X,Y,θ的指定移动距离和角度分别进行设定，距离的单位是mm, 角度的单位是度。
视觉自动对位系统讲义工程部:郑茂强2010/01讲义要点一.视觉自动对位系统构成二.视觉自动对位系统选型三.视觉自动对位系统应用视觉自动对位通过CCD将图像采集到图像对位处理系统,再通过图像对位处理软件,算出偏移位置和角度,再传送给外部运动制器,进行位置纠正.对位前对位后视觉自动对位流程:运动平台已经能正常运行,CCD安装并正常成像根本平台类型(XYQ,UVW…),设置平台参数,做模板,对位精度等自学习(Calibration),算出平台与CCD之间的关系.拍目标拍对像对位,自动算出偏移距离和角度(脉冲数)根据对位得出的偏移脉冲值控制平台运动相机与镜头FV -aligne r XPe/P 3-800UNT(显示器)(PLC)(FV-Aligner ENG)(对位主机)运动控制器(运动控制平台)滚动球/鼠标/键盘(触摸屏人机界面)光源,棱镜(FV-Aligner UNT 直接控制驱动器)对位主机:目前公司代理的对位系统有:松下:A210(手动对位)PV310(自动对位)(详细资料见:松下选型手册P26-P27)FAST:带轴卡-FV2300-ENG 不带轴卡-FV2300-UNT (旧型为FV1100)FV-AlignerII(对位软件)FV1100FV2300PV310A210松下对位系统:摄像机A摄像机B操作手柄PV310算出两台摄像机所拍摄的对位标记的补正量使用UVW方式／XYθ方式的平台,进行对位位置控制精度在1μm以上(需要高精度移动平台)松下对位软件:使用高精度平台,位置控制PLC进行全自动对位.适应在线生产或生产线自动化程度比较高的场合. [操作说明]松下对位软件:[松下对位介绍.ppt]FAST对位系统:FV-1100FV-2300FV-aligner系列是一款多功能，高精度的定位型图像处理装置。
进行定位时，在相机读取的图像信息的基础上，自动计算出定位所需的XYθ移动量，然后通过控制一个三轴平台（或者四轴平台）的移动，实现对工件进行XYθ校正，从而达到精确对位的目的。
FAST 对位结构图:FV-aligner-ENG・利用图像资料输出定位所需要的移动量数值给与外部控制器・轴控制部分由外部控制器作控制FV-aligner-UNT・利用图像资料将定位所需要的移动量换算为脉波数来进行轴控制等操作。
相机FV-aligner-ENG外部控制器驱动器马达指令移动量相机FV-aligner-UNT指令外部控制器驱动器马达FAST对位结构图(不带轴卡) FV-aligner-Eng:FAST对位结构图(带轴卡)FV-aligner-unt:FAST 对位软件(FV-Aligner):FV-Aligner 对位软件,相机角度不限,支持多种平台,强大的自动校正功能,Mark 点搜索方式自动校正功能可以计算每台相机与平台的相对位置，包括相机、中心点、相机与平台的角度、相机解析度（mm/像素）、平台的旋转中心点等参数。
定位时，FV-aligner 利用校正参数作演算从而执行精密定位。
CCD 个数,角度,方向不限支持多平台Ｙ１Ｘ1Ｘ２Ｙ２对位用CCD相机①COG对位系统中因拍照视野范围约为3mm，所以用普通的30万像素相机即可。
②相机拍照IC及玻璃进属于静止状态下拍照，通常用普通隔行扫描相机即可。
如：松下：ANM832(包含相机电缆线)Sentech：STC-E43A或STC-E42A (没有包含相机电缆线12W02) ANM832STC-E43A/42A特别注意：如果使用Sentech公司的STC-E43A或STC-E42A则需要另外配电缆线，电缆线的相关参数如下所示：红色虚线为需要另外增加FAST-FV2300视频采集接口：STC-E43A/42A(12针接头)RICE-001a/b BNC接头FVC01 采集卡(12Pin)RICE-001a/b 采集卡(BNC)FAST-FV2300视频采集接口：FV2300如使用STC-E43A/42A相机配RICE-001a/b采集卡,则需要一条12针转BNC,带电源的转接线(相机电源一般为12V)对位用USB 相机：选型要点:根据客户机台结构,选择USB 数据线接口安装的位置.AT 型(转角接头)和AS型(垂直接头).详细请看<<Sentech 选型手册>>P3页200万像素CCD 帧率为15fps(高速), 7.5fps(中速),3.5fps(低速),需根据客户要求选型,如3.5fps(低速)模式可能不能达到客户检测速度的要求.Sentech 公司STC-TB33USB/STC-TB83USB/STC-TB200USB新的Fast Aligner对位系统已经支持USB接口相机.分辨率可以支持200万像素甚至更大分辨率相机.对位用高亮度LED点光源①因待检测的对象为IC 金属面和玻璃面，因此要用同轴点光源。
②因对位系统放大倍数较高，选用高倍率的平行远心镜头，其Fno 值大，镜头通光亮较低，那么需要高亮度ＬＥＤ光源。
LED 点光源Moritex 的MML6-ST65D相关参数LED 点光源亮度对比表Moritex各种点光源与镜头倍率对应表（建议表）镜头MCEL系列MCEC系列MCEP系列MCEP-C□-070系列2倍以内：例：MML 1 -HR65D√√√√2-6倍：例：MML 4 –HR40D××√√MML 4 –HR65DMML 4 –HR110D6倍以上：例：MML 8 –HR40DMML 6 –HR65D××√√MML 12 –HR110DMoritex点光源与控制器对应表点光源型号对应控制器1MCEL系列MLEK-A080W1LRD MLEK-A080W1LR MLEK-A080W2LRD MLEK-A080W2LR MLEK-A230W1LRD MLEK-A230W1LR MLEK-A230W2LRDB MLEK-A230W2LR2MCEP系列MLEP-A035W1LR MLEP-A035W1LRD MLEP-A035W3LR MLEP-A035W3LRD3MCEC系列MLEK-A080W1LRD MLEK-A080W1LR MLEK-A080W2LRD MLEK-A080W2LR MLEK-A230W1LRD MLEK-A230W1LR MLEK-A230W2LRDB MLEK-A230W2LR4MML-AD-LED-CR12系列直接接DC12V电源即可对位用镜头,垫环:可根据客户对位的精度和物距要求进行选型:选型时请注意景深和畸变问题会影响对位精度.如:客户要求要对一块PCB板进行对位,物距约为130mm,宽度约为3mm的Mark点,厚度为2mm,精度为15um以内则,根据查表可知:ML05-132N的视野为:7.2mm*9.6mm,景深为:1.95mm,物距为:132.5mm,如果选用30万像素的CCD,则精度为:9.6mm/640像素=15um对位用棱镜:当要对位的物体距离或安装环境使目前CCD无办法直接成像时,就要通过棱镜来实现成像.目前常见对位平台:XYθ平台UVW平台Xθ+Y平台Ｙ１Ｘ１Ｘ２Ｙ２4軸平台自动Calibration 解说：可以自动高精度检出相机安装位置Calibration 基准：检出基准Mark 位置（图中）ＵＶＷ轴：白→马达停止水蓝色→马达动作＋：平台中心(法视特已获日本专利)Ｘ方向移动Y方向移动＋θ方向移动－θ方向移动以Mark为中心向＋θ方向移动以Mark为中心向－θ方向移动自动Calibration(法视特已获日本专利)COG对位光学系统标准配置COG设备的相关知识：检测任务：精确定位微小Mark点，根据Mark点的位置将IC与玻璃正确对位并贴附。
检测对象：主要用于电子行业的IC和LCD上的Mark点精确定位定位精度：0.005mm定位要求：自动定位并显示对位误差系统说明：所谓COG（Chip On Glass）技术，指的是运用一种包含金属颗粒的粘性膜（异方向性导电膜ACF），通过预压将IC芯片邦定在LCD玻璃板上，使IC与LCD 玻璃板之间的线路连通。
正如上面谈到的一样，IC芯片面积小，但I/O端数量多。
要想使IC与LCD玻璃板之间的线路很好的连通，就需要对IC和LCD进行非常精确的定位，保证足够的定位精度。
而IC和LCD上微小的Mark点使得通过人眼定位变的困难重重，而且人眼的易疲劳和主观性对这种高精度的对位带来严重隐患，因此采用视觉对位系统。
COG对位光学系统标准配置COG对位光学系统的选型要点:液晶玻璃面板的Mark和IC上的Mark比较小,约为1mm左右,因为要求镜头的放大倍率稍高.而玻璃大小本身比较小,所以需要通过镜头上加棱镜才能正常成像.光源方面,因玻璃表面mark的反光较强,故选用同轴点光源能达到比较好的成像效果.COG对位光学系统标准配置(参考表）注：实际情况会有变化名称型号数量品牌备注1对位主机PV3101Panasonic控制方式需与外部通讯2远心镜头MM6-ST65D2Moritex 光学倍率6倍物距：65mm3左侧视棱镜MML-PSV16L1Moritex 现是3mm间距，另有1.5间距可提供4右侧视棱镜MML-PSV16R1Moritex 现是3mm间距，另有1.5间距可提供5高亮度点光源MCEP-CW82Moritex白色亮度最高6点光源控制器MLEP-A035W3LR1Moritex 控制器可接3个光源，但只需要接2个就可以了7LED点延长线M-RCB402L2Moritex SMD可代用8CCD相机STC-E43A2Sentech静态隔行扫描相机9CCD相机电缆线12W022Sentech12针相机延长线全自动曝光机对位光学系统标准配置全自动PCB曝光机对位系统选型要点:PCB板比较厚,1~3mm,故选镜头时,要考虑镜头景深问题.光源,可考虑用背光,或均匀日光灯(加滤光片)PCB板面积比较大,Mark点也比较大,一般视野为8mm-5mm左右,CCD直接安装而不用棱镜.自动曝光机对位光学系统标准配置(参考表）注：实际情况会有变化名称型号数量品牌备注1对位主机FV2300-ENG(不带轴卡)1FAST控制方式需与外部通讯2普通CCTV镜头ML-5018MP4Computar可变焦,3CCD相机STC-E43A4Sentech静态隔行扫描相机4CCD相机电缆线12W024Sentech12针相机延长线(带电源) 5CCD视频延长线BNC同轴线4一般电脑城有卖6789三.视觉自动对位系统应用钢印机（钢板印刷等）切割机（晶片、陶瓷、玻璃等）贴合机（LCD 、FPC 等）曝光机（LCD 、PCB 等）光罩印刷机（晶片，LCD 、PCB 等）贴附机（TAB 、ACF 等）动画演示0123PC BVU W2.1曝光機－流程－1.移动玻璃面板至平台2.检出模板上的标志3.自动定位4.确认最终精度5.用紫外线灯进行露光6.排出玻璃面板紫外线灯相机平台模板2.2玻璃贴合机－流程－1.将玻璃面板Ⅱ上的标志移动到相机视野内2.检出并登录目标位置3.将玻璃面板Ⅰ移动至平台4.检出玻璃面板Ⅰ上的标志并进行定位5.粘合玻璃面板ⅠⅡ6.排出玻璃面板平台玻璃面板Ⅱ控制头相机2.3点灯检查机－流程－1.检出并登录目标位置2.将玻璃面板ⅠⅡ移动至平台检查机3.检出玻璃面板ⅠⅡ的标志并进行定位4.点灯检查5.排出玻璃面板ⅠⅡ平台2.4ACF热贴机－流程－1.登录预先调试好的玻璃面板ⅠⅡ的最佳位置 4.移动加热头进行粘贴2.将玻璃面板ⅠⅡ移动至平台 5.排出玻璃面板3.检出标志并进行定位处理平台加热加压头导电带相机谢谢!工程部郑工136********zhenggong@。
