利用视觉系统检查表面贴装电阻器 - ENVISAGE SYSTEMS

表面贴装电阻器的制造方法是在陶瓷基片上沉积金属氧化物薄膜，然后使用光刻工艺形成电阻元件和端面，之后再由激光将每个电阻器修整为特定大小。与晶圆一样薄的陶瓷基片本身相对较小，却可以容纳几百个电阻器，在将基片上的单个电阻器切割成单个元件之前，必须检查所有这些电阻器有无任何缺陷。人工检查这些小组件的缺陷，例如瑕疵、裂纹和划痕等，然后标出有缺陷的组件，这个过程不仅耗时，而且容易出错。为了减轻操作员的负担，Envisage Systems 的工程师专门针对这一目的开发了一套新的全自动系统。该系统不仅采用机器视觉系统来自动检查缺陷部件，而且会在检出任何有缺陷的电阻器之后用激光刻划，使其无法使用。在生产工艺后面对电阻器进行电气测试时，就可以立即识别并剔除陶瓷基片上的故障电阻器。

视觉检查

检查系统本身由四个工作站组成，每个工作站在嵌入式 PC 和 Omron PLC 的控制下协同工作，装载、检查、烧蚀并最终卸载电阻器基片。在检查流程开始前，将 25 块 2 英寸见方的陶瓷基片（每块基片包含数百个电阻器）手动装入一个开口盒中，然后将其插入机器。检查程序开始后，致动器将开口盒降低，直到开口盒顶部的基片边缘与 Festo 气动短冲程气缸齐平。然后，PLC 指示气缸将第一块基片移动到机器内部的装载工作站。

基片需要从该处运送到检查工作站，通过视觉系统检查电阻器的完整性。系统采用一条直接安装在基片上方的直线轨道来移动基片，轨道上装有一对真空夹持器。基片进入系统后，轨道将第一个真空夹持器直接移动到基片上方，然后将其降低，直到夹持器与基片接触。然后向夹持器施加真空，直线轨道将夹持基片的夹持器向上直线移动到检查工作站。

在检查工作站，安装在基片下方的 LED 光源照亮整块基片，突出显示基片表面和电阻器主体上的激光蚀刻。光源将光线透过基片投射到配有 Navitar 电动变焦镜头的 Baumer TXG13 相机中。在检查过程中，工作站上的检查台沿其 X 轴和 Y 轴渐进式地移动基片，让系统能够一次采集操作员所需数量的电阻器图像。

图像处理

图像采集后，通过 GigE 接口传输到 PC，由 MVTec 的 HALCON 图像处理软件进行动态处理。图像处理软件会执行几项重要功能。首先，它能够确定图像中电阻器的位置。确定之后，就可以计算电阻器每条最长边的长度和中点。其次，使用简单的亮度阈值算子来处理电阻器主体图像中的像素，确定它们的强度。通过分析像素的强度，系统可以确定是否存在任何会影响电阻器完整性的瑕疵、裂纹和划痕。对图像进行分析时，会将任何被认为有缺陷的部分标记为不合格品，并将基片上这些部分的边缘点坐标存储到软件映射图中。对整个电阻器阵列进行映射之后，由机动台将基片移动到烧蚀工作站。然后，PC 将缺陷部件边缘的坐标传输到 Datalogic 6W Ulyxe 激光二极管泵浦固体 (DPSS) 激光器。使用之前确定的坐标，将激光器光束从一个边缘到另一个边缘地移过每个缺陷部分。然后，由激光产生的热能会蒸发中间部分的电阻材料，使其失效。

对所有缺陷电阻器完成烧蚀之后，使用安装在与第一个真空夹持器同一条轨道上的第二个真空夹持器，将基片传送回检查工作站，然后从检查工作站传送到卸载工作站。系统中使用两个真空夹持器提高了检查速度，因为可以在将一块基片装载到检查工作站中的同时将另一块基片从系统中移出。卸载工作站的工作方式与装载工作站类似。在这里，另一个与基片边缘齐平的 Festo 气动短冲程气缸被驱动，将基片边缘移动到空的开口盒中。基片装载到开口盒中之后，机器就升起开口盒，形成空位，以便将另一块基片卸载到其中。

适应变体

因为基片上的电阻器可能会制造成许多不同的大小，所以机器必须能够适应所有变体。为此，系统在 PC 上针对要检查的每种产品存储了一套配置。每套配置都包含电阻器大小的详细信息和相关的机器检查参数，这些参数在检查之前由机器自动配置。其中包括镜头为了一次采集特定数量电阻器图像而需要应用的变焦量，以及相机视场下基片在检查台上需要移动的步进数量和长度。系统非常灵活，操作员可以通过触摸屏人机界面 (HMI) 软件界面方便地选择要检查的新电阻器变体，而系统会在检查基片之前自动自行配置以适应要求。实践已经证明，该机器之前的一个版本可以有效地从电阻器制造商的生产工艺中剔除有缺陷的电阻器。旧版本已经非常实用，但新系统可望进一步增强生产工艺，因为它的能力更为强大，可以一次检查成批（而不是单个）电阻器基片。

作者：Dave Wilson Envisage Systems 是 MVTec 认证集成商。

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