視覺系統(tǒng)在檢測(cè)對(duì)稱器件倒反入載帶中的應(yīng)用

（英飛凌科技（無錫）有限公司，江蘇 無錫 214028）

視覺系統(tǒng)在檢測(cè)對(duì)稱器件倒反入載帶中的應(yīng)用

唐明津，張 君

（英飛凌科技（無錫）有限公司，江蘇 無錫 214028）

針對(duì)傳統(tǒng)分立器件測(cè)試包裝時(shí)，自動(dòng)視覺檢測(cè)一般只檢測(cè)器件塑封體和引腳等外觀，對(duì)稱器件在替補(bǔ)時(shí)可能存在方向倒反的問題，引入了視覺檢測(cè)的方法。通過檢測(cè)器件打印碼來判斷器件方向是否正確。通過具體設(shè)計(jì)并在實(shí)際設(shè)備上安裝和實(shí)驗(yàn)分析，闡述了如何通過視覺檢測(cè)出載帶中的倒反器件，有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

視覺檢測(cè)；對(duì)稱器件；倒反

1 引言

傳統(tǒng)分立器件測(cè)試包裝，經(jīng)過多年發(fā)展，產(chǎn)量越來越高。由于人們對(duì)汽車電子等涉及安全性領(lǐng)域的要求越來越高，對(duì)分立器件的質(zhì)量要求也越發(fā)嚴(yán)苛。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量及減少人工干預(yù)，提高設(shè)備自動(dòng)化程度，自動(dòng)視覺檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于分立器件測(cè)試包裝設(shè)備中。但是視覺檢測(cè)通常只檢測(cè)器件的外觀，如果對(duì)稱器件外觀良好，只是方向倒反，就很難發(fā)現(xiàn)，這就對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量帶來了隱患。

2 視覺檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)機(jī)理

高性能的視覺檢測(cè)設(shè)備——工業(yè)相機(jī)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)視覺檢測(cè)的基礎(chǔ)，它具有高圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，市面上大多數(shù)工業(yè)相機(jī)是基于CCD芯片的相機(jī)，在本文所涉及的機(jī)器視覺檢測(cè)中，選用型號(hào)為VC4038的高速單色CCD智能工業(yè)相機(jī)。該智能相機(jī)采用Texas Instrument TMS320C64XX系列DSP處理器，其工作頻率高達(dá)400 MHz，運(yùn)算速度高達(dá)3200 MIPS，提供了32 MB DRAM和4 MB Flash EPROM；具有小巧而堅(jiān)固的工業(yè)用外殼，抗震動(dòng)、抗沖擊能力強(qiáng)，并且集成了多路數(shù)字I/O，以及SVGA視頻輸出等硬件接口，可滿足各種工業(yè)用機(jī)器視覺系統(tǒng)的要求。

該智能相機(jī)不僅可以獲取圖像，還可以通過輸入/輸出接口接受控制或控制其他設(shè)備。其檢測(cè)機(jī)理如圖2所示。調(diào)入編譯好的測(cè)試程序，等待機(jī)器發(fā)出開始檢測(cè)的信號(hào)，收到開始檢測(cè)的信號(hào)后，抓取器件圖像，根據(jù)圖像和程序算法標(biāo)準(zhǔn)判斷所抓圖像是否合格，然后反饋給機(jī)器是否合格的結(jié)果和檢測(cè)結(jié)束的信號(hào)，回到等待狀態(tài)。

圖1 工業(yè)相機(jī)VC4038的性能參數(shù)

圖2 自動(dòng)視覺檢測(cè)機(jī)理

3 視覺檢測(cè)在測(cè)試包裝中的應(yīng)用

分立器件的測(cè)試包裝是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，必須充分滿足功能要求、可靠性要求和大批量生產(chǎn)的工藝性要求。由于分立器件尺寸非常小，不同封裝形式的器件引腳的成型也有差別，所以對(duì)分立器件的測(cè)試不僅要測(cè)試它的電性能參數(shù)是否合格，還要檢測(cè)產(chǎn)品的外觀（包括引腳和塑封體）是否合格。

器件在測(cè)試包裝設(shè)備上主要有以下幾個(gè)工序：

（1）器件方向篩選并進(jìn)入軌道（對(duì)稱器件直接進(jìn)入軌道，經(jīng)過第一個(gè)測(cè)試站測(cè)試后才能確定方向，再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)）；

（2）器件電參數(shù)性能測(cè)試，通過測(cè)試夾給器件加電壓電流等測(cè)試條件，測(cè)試夾有可能對(duì)器件引腳的成形造成破壞；

（3）電參數(shù)性能測(cè)試合格的器件塑封體激光打印；

（4）器件外觀（引腳，塑封體）視覺檢測(cè)，如圖3、圖4所示。

（5）器件裝進(jìn)載帶，引腳視覺檢測(cè)；

（6）載帶封燙，產(chǎn)品進(jìn)卷盤。

圖3 視覺檢測(cè)器件引腳（投影）

在整個(gè)測(cè)試包裝過程中，器件裝進(jìn)載帶前后都會(huì)用到視覺檢測(cè)，前者檢測(cè)器件投影，看引腳長(zhǎng)度和間距是否符合質(zhì)量要求，并檢測(cè)器件塑封體表面，看塑封體有無缺損情況和是否有打??；后者在裝進(jìn)載帶后，再次確認(rèn)器件引腳有沒有受傷或變形，以保證包裝的器件沒有外觀質(zhì)量問題。

圖4 視覺檢測(cè)塑封體表面

4 對(duì)稱器件在包裝時(shí)存在的問題

由于器件放入載帶過程中可能放偏，引腳和載帶接觸導(dǎo)致飛腳等缺陷，所以器件放進(jìn)載帶中后，還會(huì)再次進(jìn)行垂直視覺檢測(cè)，根據(jù)圖像判斷器件外觀存在問題，機(jī)器會(huì)報(bào)警并停機(jī)，此時(shí)會(huì)通過人工把這粒器件從載帶中拿出，并替換一粒通過檢測(cè)的合格器件放進(jìn)載帶中。再次通過視覺檢測(cè)合格后，機(jī)器會(huì)繼續(xù)運(yùn)行生產(chǎn)。

對(duì)于封裝尺寸小于2 mm×1.2 mm的器件，人工替補(bǔ)器件過程中難免會(huì)存在鑷子夾不穩(wěn)、器件掉落、器件方向倒反等問題。對(duì)于外觀不對(duì)稱的器件，作業(yè)員很容易發(fā)現(xiàn)器件方向倒反，可以及時(shí)重新替補(bǔ)，視覺檢測(cè)也能根據(jù)外觀輕松識(shí)別不對(duì)稱器件的方向倒反問題。但是對(duì)于對(duì)稱器件，作業(yè)員很難識(shí)別器件的方向，標(biāo)示器件引腳的圓點(diǎn)也是打印而成，視覺檢測(cè)外觀由于是垂直檢測(cè)，引腳和塑封體表面有一定高度差，垂直檢測(cè)相機(jī)不能同時(shí)聚焦在引腳和塑封體表面上，在引腳成像清晰的前提下，檢測(cè)圖像上幾乎看不見塑封體表面打印碼內(nèi)容（包括標(biāo)示點(diǎn)），如圖6所示，不能以此來辨別器件方向。因此，對(duì)稱器件在包裝過程中如果要做替補(bǔ)，就存在器件方向倒反的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)質(zhì)量來說是不能接受的。

圖5 載帶中器件視覺檢測(cè)

圖6 垂直視覺檢測(cè)無法檢測(cè)打印碼

5 傾斜視覺檢測(cè)的引入

通過大量對(duì)比試驗(yàn)和可行性研究分析發(fā)現(xiàn)，如果不將視覺檢測(cè)的相機(jī)垂直安裝于被檢測(cè)器件的上方，而是以一定的角度傾斜觀察器件，這樣能清楚看到被檢測(cè)器件塑封體表面的打印碼。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，塑封體材料不同，需要以不同的傾斜角度來獲取圖像，才能得到最清晰的打印碼圖像。以本公司所用的不同塑封體材料為例，能看到最清晰打印碼圖像時(shí)相機(jī)的安裝傾斜角度范圍為60°～75°。

圖7 傾斜安裝相機(jī)下打印碼成像清晰

通過工業(yè)相機(jī)能獲得清晰的打印碼圖像，設(shè)置一個(gè)正確方向的打印碼圖像作為模板，以模板圖像各像素點(diǎn)的灰度值為參考，計(jì)算所抓取圖像和模板的相似度，就可以判斷器件的方向是否倒反，這就為解決外觀對(duì)稱器件在包裝過程中存在方向倒反風(fēng)險(xiǎn)的問題指明了方向。

6 外觀對(duì)稱器件包裝倒反視覺檢測(cè)解決方法

如上一節(jié)所述，只要能看到器件的打印碼，就可以根據(jù)打印碼的內(nèi)容判斷器件的方向是否倒反。所以在其他檢測(cè)都不變的前提下，給測(cè)試包裝機(jī)加裝一個(gè)傾斜角度視覺檢測(cè)，這樣就能有效防止外觀對(duì)稱器件包裝時(shí)放置方向倒反。

圖8 傾斜視覺檢測(cè)工作流程

測(cè)試包裝機(jī)防止外觀對(duì)稱器件包裝倒反傾斜視覺檢測(cè)工作流程如圖8所示。在每個(gè)批次產(chǎn)品開始生產(chǎn)時(shí)，第一顆器件進(jìn)入載帶時(shí)，機(jī)器就強(qiáng)制停下要求操作人員設(shè)置該器件打印碼圖像為模板，完成設(shè)置并通過視覺檢測(cè)后開始正常生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中，每一顆產(chǎn)品進(jìn)載帶后都會(huì)通過垂直視覺檢測(cè)引腳有無問題，如果沒問題進(jìn)行封裝同時(shí)下一顆產(chǎn)品到位繼續(xù)檢測(cè)；如果引腳有問題，垂直視覺反饋信號(hào)讓機(jī)器自動(dòng)停止，操作人員替補(bǔ)好的器件進(jìn)載帶。在人工替補(bǔ)器件進(jìn)載帶后，傾斜視覺檢測(cè)器件的打印碼內(nèi)容是否正確（打印碼內(nèi)容不正確可能存在混批的風(fēng)險(xiǎn)），方向是否與正常放置的一致，如果內(nèi)容正確且方向一致，則再次垂直視覺檢測(cè)引腳合格后可以正常繼續(xù)生產(chǎn)；如果不一致，則檢測(cè)報(bào)警，機(jī)器不能生產(chǎn)，操作人員重新更換替補(bǔ)器件，再進(jìn)行視覺檢測(cè)，直到通過傾斜視覺檢測(cè)，機(jī)器才能繼續(xù)生產(chǎn)。

7 傾斜視覺檢測(cè)能力研究與實(shí)例

如上所述，機(jī)器上已經(jīng)裝有垂直視覺檢測(cè)的相機(jī)和對(duì)應(yīng)的光源，垂直視覺檢測(cè)硬件安裝如圖9所示。

圖9 垂直視覺檢測(cè)相機(jī)和光源

傾斜角度視覺檢測(cè)也需要光源，為了不跟垂直視覺檢測(cè)的光源沖突，傾斜視覺的光源裝在沿載帶行進(jìn)方向的蓋板上。傾斜視覺檢測(cè)硬件安裝如圖10所示。

安裝好傾斜視覺檢測(cè)的硬件后，取3種不同打印碼的對(duì)稱器件進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖11所示：

（1）垂直視覺檢測(cè)獲取的圖像看不見器件塑封體表面的打印碼；

（2）傾斜視覺檢測(cè)獲取的圖像中打印碼清晰，器件反向放置，則傾斜視覺檢測(cè)提示打印碼錯(cuò)誤（Error Mark）；

（3）器件放置正確，能通過傾斜視覺檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果為Good。

以上測(cè)試結(jié)果表明，傾斜視覺檢測(cè)達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

Application of Vision Inspection System for Symmetrical Device Misplacement on Packing Tape

TANG Mingching,ZHANG Jun
（Infineon Technologies（Wuxi）Co.,Ltd.Wuxi 214028,China）

During the testing and packaging process of traditional discrete devices,the auto vision inspection system only detects plastic packages and lead defects.For symmetric devices,misplacement or incorrect placement may be a problem.The vision detection method proposed in the paper determines the direction of the devices by the marking codes.Experiment results show that the method effectively solve the problem and thereby improve the product quality.

vision inspection;symmetric device;incorrect placement

TN 407

A

1681-1070（2016）12-0020-03

2016-06-28