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06/14
2016
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模块化视觉系统简化印刷电路板的可追溯性
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2016-06-14 10:33:22来源: 中国机器视觉网

  为了充分利用已经投资的传统半导体设备,同时还要增加体积更小的PCB的加工吞吐量,制造厂商已经转向了一种被称为拼板的制程。在这里,许多相同的电路板印刷到可以由现有设备处理的大型面板上。在该制程后,这些面板被分离以进行最终测试。
  “不同于可能需要读取单个条码的单块主板,”Microscan公司电子高级解决方案工程师Steven King表示,“每块单独的PCB板以及其所包含的每个电路板,都必须有一个唯一的条码标识。”采用这样的方式,当PCB板在生产过程中移动时,可以一道识别每个单独的电路板与每块PCB板。
  该工艺中,在丝网印刷工艺之前,条码标签(或是利用激光打到PCB板上各电路板上的标识码)被附到PCB板和各块电路板上。为了确保每块PCB板和它们所包含的每块电路板在整个工艺中都是可跟踪的,这些条码必须在被附着或打标后被读取。
  不同的方法
  King表示:“过去,这往往由操作人员使用手持式条码扫描器来实现,该过程耗时且受人为失误的影响。为了使此过程自动化,PCB制造商可以采用自动条码读取器,可以在PCB板和电路板附着或打标条码后,对其进行读取。”
  “一种自动执行此任务的方法,”King说道,“是使用一大批相机或条码阅读器,放置在电路板上带有条码区域的上方。当制造大批量相同的产品时,这是一种有效的解决方案;但是如果需要处理具有不同电路尺寸的新一批PCB板使,必须重新设置每台相机或条码读取器的位置,因此在灵活性方面存在一定的限制。”
  为了克服这一限制,同时提高加工吞吐量和消除人为误差,Microscan公司已经开发出了基于线扫描的机器视觉系统——PanelScan(见图1)。PanelScan系统提供两种版本,能够安装到大多数进给(in-feed)或传送带上。第一种是PanelScan Standard,其采用单线扫描相机,能扫描宽度为10英寸的PCB;第二种是PanelScan Wide,配有两个线扫描相机,能扫描宽度为18英寸的PCB。

     图1:PanelScan设计用于读取PCB板上电路的多个条码,是一种基于线扫描的视觉系统,吞吐量约为每秒一块板。

  线扫描相机
  在PanelScan Wide系统的设计中,德国Basler公司的两台raL6144-16gm Racer线扫描千兆以太网(GigE)相机安装在距离PCB板13英寸的龙门架上。两台相机都配有尼康公司的AF 60mm Nikor镜头,当在系统内移动时,允许每台相机扫描PCB上10英寸范围内的样品。为确保整个18英寸的区域被扫描,将两台相机定位为两者的视场之间有1英寸的重叠(见图2)。King表示:“这种配置允许系统读取小至千分之3.3英寸的标准条码,或小至千分之5英寸的Data Matrix 2D代码。”

 

         图2:当PCB板在系统的视场中移动时,用两台GigE线扫描相机扫描18英寸宽的范围。

  为了对移动到相机视场下方的PCB板进行照明,Microscan公司在系统中集成了公司自己的两个NERLITE HI-BRITE LL-300系列白光线光源。这些300mm灯以离轴配置安装,对接在一起形成无缝的白光线光源,当PCB在双相机系统的视场下移动时,照亮该PCB。
  当一块电路板移动通过该系统时,其前沿由Tri-Tronics公司的一个反射式传感器探测,传感器的输出用于触发扫描过程。然后图像通过每台相机的GigE接口传送到主机PC。该数据以每线扫描6k×1、共256线缓冲到PC中。从两台相机传输五十条这些256,6k×1的线段,产生12k×12k×8位像素的图像。
  图像分析
  随后,必须对该数据进行处理,以探测每块PCB板上的条码,及每块单独电路板的独立条码。为了执行此任务,Microscan公司在该系统中集成了其Visionscape机器视觉软件包。除了包括自动识别工具用于解码线性码和二维码,该软件还集成了大量图像增强和分析工具。然而,与用于执行条码探测的软件工具同样重要的,是Microscan公司已为PanelScan系统开发的图形用户界面(GUI)。
  “在GUI的开发中,”Microscan公司销售主管John Agapakis说道,“需要在无需操作人员具备任何机器视觉软件知识的前提下,为配置系统及快速的条码读取提供简单的方法。”
  具体地说,每个批次的PCB板可能包含许多不同的电路,以多行和多列排列(见图3)。一些PCB板可能包含配置成3×4矩阵的12个电路,其他可能包含更多。为了识别哪种类型的PCB板需要被检查,GUI允许操作者在PCB板进行扫描前输入该矩阵格式。在输入此数据后,在示教模式下扫描单块PCB板。扫描好PCB板的完整图像后,每块电路板被自动处理以提高对比度,图像显示在GUI上。

        图3 :在示教模式,每块单独PCB上的条码位置被识别、读取,并以串联的字符串形式存储。
  在此操作完成之后,操作者突出显示图像内左上角和右下角条码的中心部分。然后,系统会自动搜索所有区域内,位于各个单独电路上的条码并读取。随后,所有的条码数据串联成一个字符串,并存储到PC主机上。该过程完成后,同样配置的多块PCB板能以每秒约一块板的速率通过该系统。
  在系统的整个示教过程或后续运行操作中,操作人员无需具体的机器视觉知识。
  跟踪查询 
  “当然,”King说道,“不但在PCB制造的初始阶段执行条码读取非常重要,在PCB板和电路移动通过焊膏检测、IC元件贴装、自动光学检测以及焊料回流的过程中监控PCB也是同样重要的。然而,在这些阶段中,不再需要读取每块PCB板和电路关联的条码,因为这些标识符都是相关联的。” 
  因此,仅需要在每个阶段执行一次条码读取,以确定哪块PCB板和电路正在处理中。该任务可以通过在每站安装单台智能相机或条码阅读器来完成。根据Agapakis的介绍,到目前为止,PanelScan系统已经获得了一些PCB制造商(包括一家一级汽车电子制造商以及一家位于全球十大EMS(电子制造服务)公司之类的公司)的认可。尽管现在系统配置为读取PCB板和电路上的条码,它同样可以部署在需要检查IC托盘的半导体应用系统中。

 

 

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