1 引言 裝片機是電子元器件生產(chǎn)廠家用于將晶片從料盤（Wafer）取放到料帶上的一種自動化生產(chǎn)設(shè)備, 舊有的設(shè)計是不待機器視覺功能的，對晶片的檢測是采用一種價格昂貴的光電傳感器，其工作原理如圖1所示: [align=center] 圖1 裝片機工作原理示意圖[/align] 料盤上的單個晶片面積非常小（約0.078mm2），且數(shù)量極多（約9×104個），由此對裝片機的電機定位精度、工作穩(wěn)定性和速度提出了較高要求。傳統(tǒng)的不帶機器視覺檢測技術(shù)的裝片機存在以下幾個重要弊病: （1） 定位不準(zhǔn) 晶片切割及料盤貼膜等原因很容易造成晶片在料盤上位置分布不均，而不帶視覺檢測技術(shù)的裝片機以固定步距及方向走動，所以機器在取料時必定會出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致無法正常拾取晶片; （2） 晶片浪費 晶片在料盤上呈圓形分布，采用傳感器定位邊界的方法勢必會造成邊界定位不準(zhǔn)而致使一些晶片拾取不到，從而在料盤上殘留一些晶片; （3） 操作較為麻煩 由于機器以固定步距及方向行走，所以料盤與電機的水平一致性要求非常高，極小的角度偏差都會導(dǎo)致累加誤差過大，這就要求操作員在每次換料時耐心的將料盤與電機位置調(diào)到最佳，而且每次開始時都需要操作員手工進行晶片對位，因為邊界定位采用傳感器，機器需要操作員不斷手工調(diào)節(jié)邊界傳感器位置，較為繁瑣; （4） 效率較低 由制作工藝本身造成的料盤上存在相當(dāng)數(shù)量的壞料或空料，傳統(tǒng)的光電傳感器識別準(zhǔn)確度不高，導(dǎo)致后期成品合格率下降，影響生產(chǎn)效率。 引入機器視覺技術(shù)的裝配機采用圖像識別技術(shù)進行實時定位、分析及導(dǎo)航，有效地避免了上述的種種問題，使得生產(chǎn)精度，穩(wěn)定性及效率得到極大的提高。 2 整機結(jié)構(gòu)及工作原理 采用機器視覺技術(shù)的裝片機結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示: [align=center] 圖2 帶機器視覺技術(shù)的裝片機結(jié)構(gòu)框圖[/align] 工作原理:由工業(yè)計算機IPC、CCD攝像頭、圖像采集卡和光源、鏡頭等組成的基于PC的機器視覺子系統(tǒng)，對料盤（Wafer）上的晶片（Die）進行拍照，然后由視覺分析軟件對采集到的圖像（Image）進行模式匹配，輸出相機視野內(nèi)所有實例（Instance）晶片的位置信息，如X、Y坐標(biāo)，晶片相對于圖像坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度等等。由視覺系統(tǒng)完成晶片的定位后，導(dǎo)航程序根據(jù)晶片分布，按照“先上后下，先左后右”的導(dǎo)航策略（詳見第三節(jié)“導(dǎo)航”部分），確定將哪一顆晶片作為下一個抓取目標(biāo)，并將該晶片的坐標(biāo)換算成XY平臺的運動步長，由串口發(fā)送到PLC。 攝像機的拍照是由PLC通過GPIO（General Purpose Input and Output, 通用IO信號）傳遞給IPC的，IPC通過查詢檢測到該信號后，控制圖像采集卡采集一幀圖像。PLC何時發(fā)出相機拍照觸發(fā)信號，由取料桿位置傳感器的狀態(tài)決定。如此，可以避免取料桿擋住相機的視線。采用GPIO握手信號在PLC和IPC之間傳遞信息, 可以提高通訊速度。 3 軟件系統(tǒng)分析 （1） 功能需求 IPC進行視覺定位及導(dǎo)航控制，在該控制系統(tǒng)中被稱為上位機。IPC軟件要求實現(xiàn)對圖像的采集、定位、黑點（Ink Die）分析，對晶片的導(dǎo)航，與下位機的通信，報警記錄，生產(chǎn)情況記錄等功能。定位精度要求達到0.004mm，圖像處理及導(dǎo)航時間必須控制在100ms以內(nèi)。生產(chǎn)情況記錄必須每天以不同文件采用數(shù)據(jù)庫形式保存。 （2） 軟件主框圖 主程序框圖如圖3所示。 [align=center] 圖3 主程序框圖[/align] （3） 實現(xiàn)方案 視覺定位部分是在HexSight視覺軟件包的基礎(chǔ)上進行的二次開發(fā)，導(dǎo)航部分采用Visual C＋＋進行編程。 HexSight軟件包是Adept公司出品的一款高性能的機器視覺開發(fā)包，其定位精度高，一次識別只需不到30ms，支持VB，VC＋＋等流行編程軟件，容易進行二次開發(fā)。 （4） 子模塊介紹 ＊ 圖像采集 圖像采集模塊通過Hexsight里面提供的的HSAcquisitionDevice控件實現(xiàn)，它實現(xiàn)采集卡的軟件接口，圖像的捕獲，鏡頭參數(shù)的調(diào)校及補償?shù)戎T多功能，是第一道工序，也是必做的工序。其部分界面如圖4所示。 [align=center] 圖4 圖像采集部分界面[/align] ＊ 晶片定位 通過Hexsight的HSLocator實現(xiàn)，它主要提供圖像引入，模板制作及匹配參數(shù)設(shè)定等功能，其部分界面如圖5所示。 [align=center] 圖5 晶片定位部分界面[/align] ＊ 晶片合格分析（Ink Die的查找） 通過Hexsight里的HSPatternLocator實現(xiàn)，其主要進行模板圖與搜索圖間的匹配操作，并得出兩者間的匹配值，即相似度，部分界面如圖6所示。 [align=center] 圖6 晶片合格分析部分界面[/align] ＊ 導(dǎo)航 導(dǎo)航方法為自行設(shè)計的拾取晶片時的優(yōu)先規(guī)則。大致原理:在捕獲圖像并經(jīng)過HexSight的定位及檢測操作后，系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果找出當(dāng)前晶片周圍的八個晶片，并以從上到下、從中間到兩邊的優(yōu)先規(guī)則定位下一個晶片，如若晶片周圍沒有晶片，則定位到屏幕內(nèi)任一離當(dāng)前晶片最近的晶片，如若屏幕內(nèi)無一晶片，即系統(tǒng)報告晶片已經(jīng)全部拾取完畢。 ·通信模塊 上下位機間的通信主要有兩種方式進行:一種是GPIO方式，另一種為Rs-232串行通信方式。相機拍照觸發(fā)等信號以I/O方式進行，晶片偏移值、晶片合格信號及報警信號等則以串行通信方式實現(xiàn)。通過采用高速的GPIO握手方式，可以彌補串行通訊在速度上的不足。 4 應(yīng)用狀況及測試結(jié)果分析 （1） 程序主界面圖 應(yīng)用程序采用VC++6.0實現(xiàn)，主界面如圖7所示: [align=center] 圖7 主界面[/align] （2） 效果 該程序界面簡潔友好，使用方便，功能較為齊全。分為普通用戶級和高級用戶級兩種參數(shù)設(shè)置模式;部分設(shè)置采用密碼限制，保護程序的使用安全;每天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動以數(shù)據(jù)庫形式保存，方便查看和統(tǒng)計。 經(jīng)過一段時間的使用測試，統(tǒng)計得出性能如附表: 該系統(tǒng)能快速定位并識別合格與不合格晶片，各項性能指標(biāo)都可以滿足甚至超出生產(chǎn)的預(yù)期要求。 5 結(jié)束語 本系統(tǒng)采用了以機器視覺系統(tǒng)IPC為上位機，運動控制及過程控制PLC為下位機的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，視覺系統(tǒng)PC提供定位信息，PLC控制運動及生產(chǎn)過程，兩者通過RS－232串口通訊和GPIO，傳遞運動數(shù)據(jù)和狀態(tài)檢測/控制信號。集成的系統(tǒng)有效地克服了原有系統(tǒng)的種種問題，使得生產(chǎn)精度，穩(wěn)定性及效率得到了極大的提高。該裝片機已批量生產(chǎn)，投產(chǎn)后性能一直十分穩(wěn)定。 本文介紹了用先進的機器視覺技術(shù)改造傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備，將PC式視覺系統(tǒng)引入原來由PLC控制系統(tǒng)，使之發(fā)揮更大的效能，具有一定的代表性。 參考文獻 [1] 顏發(fā)根,丁少華,陳樂,劉建群. 基于PC的機器視覺系統(tǒng)[J]. PLC & FA , 2004,（7）:129～140. [2] HexSight 用戶手冊[Z].