1 引言 裝片機是電子元器件生產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設備, 舊有的設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），且數量極多（約9×104個），由此對裝片機的電機定位精度、工作穩定性和速度提出了較高要求。傳統的不帶機器視覺檢測技術的裝片機存在以下幾個重要弊病: （1） 定位不準 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偏差，導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節邊界傳感器位置，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數量的壞料或空料，傳統的光電傳感器識別準確度不高，導致后期成品合格率下降，影響生產效率。 引入機器視覺技術的裝配機采用圖像識別技術進行實時定位、分析及導航，有效地避免了上述的種種問題，使得生產精度，穩定性及效率得到極大的提高。 2 整機結構及工作原理 采用機器視覺技術的裝片機結構框圖如圖2所示: [align=center] 圖2 帶機器視覺技術的裝片機結構框圖[/align] 工作原理:由工業計算機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，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，輸出相機視野內所有實例（Instance）晶片的位置信息，如X、Y坐標，晶片相對于圖像坐標系的旋轉角度等等。由視覺系統完成晶片的定位后，導航程序根據晶片分布，按照“先上后下，先左后右”的導航策略（詳見第三節“導航”部分），確定將哪一顆晶片作為下一個抓取目標，并將該晶片的坐標換算成XY平臺的運動步長，由串口發送到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何時發出相機拍照觸發信號，由取料桿位置傳感器的狀態決定。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 軟件系統分析 （1） 功能需求 IPC進行視覺定位及導航控制，在該控制系統中被稱為上位機。IPC軟件要求實現對圖像的采集、定位、黑點（Ink Die）分析，對晶片的導航，與下位機的通信，報警記錄，生產情況記錄等功能。定位精度要求達到0.004mm，圖像處理及導航時間必須控制在100ms以內。生產情況記錄必須每天以不同文件采用數據庫形式保存。 （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） 實現方案 視覺定位部分是在HexSight視覺軟件包的基礎上進行的二次開發，導航部分采用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。 （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，它實現采集卡的軟件接口，圖像的捕獲，鏡頭參數的調校及補償等諸多功能，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，它主要提供圖像引入，模板制作及匹配參數設定等功能，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，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] ＊ 導航 導航方法為自行設計的拾取晶片時的優先規則。大致原理:在捕獲圖像并經過HexSight的定位及檢測操作后，系統根據分析結果找出當前晶片周圍的八個晶片，并以從上到下、從中間到兩邊的優先規則定位下一個晶片，如若晶片周圍沒有晶片，則定位到屏幕內任一離當前晶片最近的晶片，如若屏幕內無一晶片，即系統報告晶片已經全部拾取完畢。 ·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。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 應用狀況及測試結果分析 （1） 程序主界面圖 應用程序采用VC++6.0實現，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設置模式;部分設置采用密碼限制，保護程序的使用安全;每天的生產數據自動以數據庫形式保存，方便查看和統計。 經過一段時間的使用測試，統計得出性能如附表: 該系統能快速定位并識別合格與不合格晶片，各項性能指標都可以滿足甚至超出生產的預期要求。 5 結束語 本系統采用了以機器視覺系統IPC為上位機，運動控制及過程控制PLC為下位機的控制系統體系結構，視覺系統PC提供定位信息，PLC控制運動及生產過程，兩者通過RS－232串口通訊和GPIO，傳遞運動數據和狀態檢測/控制信號。集成的系統有效地克服了原有系統的種種問題，使得生產精度，穩定性及效率得到了極大的提高。該裝片機已批量生產，投產后性能一直十分穩定。 本文介紹了用先進的機器視覺技術改造傳統的生產設備，將PC式視覺系統引入原來由PLC控制系統，使之發揮更大的效能，具有一定的代表性。 參考文獻 [1] 顏發根,丁少華,陳樂,劉建群. 基于PC的機器視覺系統[J]. PLC & FA , 2004,（7）:129～140. [2] HexSight 用戶手冊[Z].