CN101336072A - 表面贴装对位装置及其对位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面贴装对位方法，其包括以下步骤：利用第一影像感测装置感测电子元器件的轮廓的图像，并利用中央控制处理装置得到电子元器件的几何中心坐标；利用第二影像感测装置感测印刷电路板的焊盘的轮廓的图像，并利用中央控制处理装置得到焊盘的几何中心坐标；根据电子元器件和焊盘的几何中心坐标移动拾取贴片装置拾取电子元器件进行对位贴片，从而实现大尺寸电子元器件的准确自动对位贴片，有效提高大尺寸的电子元器件的表面贴装对位贴片的效率和精确度。本发明还涉及一种表面贴装对位装置。

Description

表面贴装对位装置及其对位方法
技术领域
本发明涉及表面贴装技术，尤其涉及一种表面贴装对位装置及其对位方法。
背景技术
表面贴装技术(Surface Mount Technology，SMT)由于可靠性高、易于实现自动化等特点，已被广泛应用于电子元器件与印刷电路板的组装。
目前，电子元器件可采用自动贴片设备实现电子元器件与印刷电路板的焊盘的自动对位贴片，从而实现精确表面贴装。参见文献Capson，D.W.；Tsang，R.M.C，Automatic visual measurement ofsurface-mount device placement，Robotics and Automation，IEEETransactions on，1990，6(1)，44-52。自动贴片设备通常具有视觉对位系统，在电子元器件与印刷电路板的自动表面贴装过程中，视觉对位系统的影像传感器装置，例如电荷耦合(charged coupleddevice，CCD)摄像装置，会对整个待贴装的电子元器件进行图像感测及坐标采集，再根据采集的待贴装的电子元器件的整个图像的坐标，将待贴装的电子元器件与在自动贴片设备中设定的坐标点预先固定的印刷电路板的焊盘进行对位贴片。
但是，视觉对位系统的影像传感器装置通常的视野范围仅为50mm×50mm。由于视野范围的限制，影像传感器装置通常只能直接获取小尺寸(尺寸规格小于50mm×50mm)的电子元器件的整个图像坐标，因此也只能实现对小尺寸的电子元器件进行自动对位贴片。当待贴装的电子元器件的尺寸较大时，例如尺寸规格为62mm×6mm的连接器零件(Connector)，由于该尺寸已经超出了视觉对位系统的影像传感器装置的视野范围，因此无法准确获得电子元器件的整个图像坐标，从而无法实现准确地自动对位贴片。因此，目前对于大尺寸电子元器件的对位贴片通常需要人工来完成，这不仅耗费较多的人力和时间，而且在对位贴片过程中还容易造成人为的对位误差，从而影响待贴装的电子元器件表面贴装的质量。
发明内容
因此，有必要提供一种表面贴装对位装置及其对位方法，以实现大尺寸电子元器件的准确自动对位贴片。
以下将以实施例说明一种表面贴装对位装置及其对位方法。
所述表面贴装对位装置，用于将待贴装的电子元器件表面对位贴装于印刷电路板的焊盘，该表面贴装对位装置包括第一影像感测装置，用于感测待贴装的电子元器件的轮廓的图像；第二影像感测装置，用于感测印刷电路板的焊盘的轮廓的图像；拾取贴片装置，用于拾取并移动待贴装的电子元器件；以及中央控制处理装置，该中央控制处理装置分别与第一影像感测装置、第二影像感测装置及拾取贴片装置相连，用于控制第一影像感测装置及第二影像感测装置并进行图像感测数据处理，从而得到待贴装的电子元器件的几何中心坐标和焊盘的几何中心坐标，及用于控制拾取贴片装置移动到待贴装的电子元器件的几何中心坐标拾取待贴装的电子元器件，并移动到焊盘的几何中心坐标进行对位贴片。
所述表面贴装对位方法，用于将待贴装的电子元器件表面对位贴装于印刷电路板的焊盘，其包括以下步骤：利用第一影像感测装置感测待贴装的电子元器件的轮廓的图像，并利用中央控制处理装置处理所采集的图像感测数据，从而得到待贴装的电子元器件的几何中心坐标；利用第二影像感测装置感测印刷电路板的焊盘的轮廓的图像，并利用中央控制处理装置处理所采集的图像感测数据，从而得到待贴装的电子元器件的几何中心坐标；移动拾取贴片装置到待贴装的电子元器件的几何中心坐标以拾取待贴装的电子元器件，并移动到焊盘的几何中心坐标进行对位贴片。
与现有技术相比，所述表面贴装对位装置及其对位方法，首先，分别对待贴装的电子元器件的轮廓以及印刷电路板的焊盘的轮廓进行图像感测，克服了影像感测装置的视野范围的限制，实现了大尺寸电子元器件的准确自动对位贴片，从而有效提高了大尺寸电子元器件的表面贴装对位贴片的效率；其次，通过对待贴装的电子元器件以及印刷电路板的焊盘进行图像感测，处理获得待贴装的电子元器件的几何中心坐标和焊盘的几何中心坐标，根据获得的坐标移动拾取贴片装置不仅可准确拾取电子元器件，而且可以实现待贴装的电子元器件的几何中心和焊盘的几何中心的准确对位，从而提高了大尺寸电子元器件的表面贴装对位贴片的精确度。
附图说明
图1是本技术方案实施例提供的第一种表面贴装对位装置的示意图。
图2是本技术方案实施例提供的第二种表面贴装对位装置的示意图。
图3是本技术方案实施例提供的待贴装的电子元器件的示意图。
图4是本技术方案实施例提供的待贴装电子元器件的印刷电路板的示意图。
图5是本技术方案实施例提供的表面贴装对位方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本技术方案提供的表面贴装对位装置及其对位方法作进一步说明。
请参阅图1，本技术方案实施例提供的第一种表面贴装对位装置10。该表面贴装对位装置100包括工作台110、中央控制处理装置120、第一影像感测装置130、第二影像感测装置140及拾取贴片装置150。
该工作台110用于放置被感测物件，例如待贴装的电子元器件和印刷电路板。该工作台110与第一影像感测装置130、第二影像感测装置140及拾取贴片装置150相对设置，使得第一影像感测装置130和第二影像感测装置140可以从工作台110的上方对放置于工作台110的被感测物件进行图像感测，并使得拾取贴片装置150可以从工作台110的上方对放置于工作台110的被感测物件进行拾取和贴片等操作。
该中央控制处理装置120分别与第一影像感测装置130、第二影像感测装置140及拾取贴片装置150相连，用于控制第一影像感测装置130及第二影像感测装置140移动并进行图像感测；用于处理第一影像感测装置130及第二影像感测装置140所采集的图像感测数据，根据第一影像感测装置130及第二影像感测装置140所采集的图像感测数据，分别计算得到第一影像感测装置130感测的物件和第二影像感测装置140感测的物件的几何中心在同一个坐标系中的坐标；及用于控制拾取贴片装置150移动并进行对位贴片。
该第一影像感测装置130和第二影像感测装置140用于感测图像数据。本实施例中，该第一影像感测装置130用于感测待贴装的电子元器件的轮廓的图像数据，例如待贴装的电子元器件的相对两端部的轮廓的图像数据；该第二影像感测装置140用于感测印刷电路板的焊盘的轮廓的图像数据，例如焊盘的相对两端部的轮廓的图像数据。该第一影像感测装置130包括一个第一摄像感测头131，例如电荷耦合(charged coupled device，CCD)摄像头，该第二影像感测装置140包括一个第二摄像感测头141，例如电荷耦合摄像头。该第一影像感测装置130在中央控制处理装置120的控制下沿被感测物件的轮廓移动并利用第一摄像感测头131从被感测物件的上方分别对被感测物件(例如待贴装的电子元器件)的轮廓进行图像感测。该第二影像感测装置140在中央控制处理装置120的控制下沿被感测物件的轮廓移动并利用第二摄像感测头141从被感测物件的上方分别对被感测物件(例如印刷电路板的焊盘)的轮廓进行图像感测。由第一影像感测装置130和第二影像感测装置140采集到的图像感测数据传输到中央控制处理装置120进行数据处理。根据第一影像感测装置130和第二影像感测装置140采集到的图像感测数据计算得到被感测物件如待贴装的电子元器件和焊盘的几何中心坐标，并对获得的坐标进行存储。
该拾取贴片装置150可以为真空吸附式或机械式的，其用于拾取被感测物件并进行移动对位贴片。例如拾取待贴装的电子元器件移动到印刷电路板的焊盘进行对位贴装。该拾取贴片装置150可在中央控制处理装置120的控制下移动到待贴装的电子元器件对应坐标位置，对待贴装的电子元器件以真空吸附或机械方式进行拾取，并可在该中央控制处理装置120的控制下移动到印刷电路板的焊盘的对应坐标位置，将待贴装的电子元器件和焊盘进行对位贴片。
请参阅图2，本技术方案实施例提供的第二种表面贴装对位装置20。该表面贴装对位装置20与表面贴装对位装置10的不同之处在于，该第一影像感测装置230包括两个第一摄像感测头231，该第二影像感测装置240包括两个第二摄像感测头241。该第一影像感测装置230和第二影像感测装置在中央控制处理装置220的控制下移动并从被感测物件的上方进行图像感测。此时，该两个第一摄像感测头231之间的距离可以调节，使两个第一摄像感测头231分别位于被感测物件(例如待贴装的电子元器件)的相对两端部的轮廓，中央控制处理装置220根据两个第一摄像感测头231所感测的图像数据计算得到被感测物件的几何中心坐标。该两个第二摄像感测头241之间的距离也可以调节，使两个第二摄像感测头241分别位于被感测物件(例如印刷电路板的焊盘)的相对两端部的轮廓，中央控制处理装置220根据两个第二摄像感测头241所感测的图像数据计算得到被感测物件的几何中心坐标。当然，对于其它不规则形状的被感测物件，该第一影像感测装置230可以设置两个以上的第一摄像感测头231，该多个第一摄像感测头231可调节沿被感测物件(例如待贴装的电子元器件)的轮廓设置。该第二影像感测装置240可以设置两个以上的第二摄像感测头241，该多个第二摄像感测头241可调节沿被感测物件(例如焊盘)的轮廓设置。
当然，也可以是该第一影像感测装置230包括一个第一摄像感测头231，且该第二影像感测装置240包括多个第二摄像感测头241，或该第一影像感测装置230包括多个第一摄像感测头231，且该第二影像感测装置240包括一个第二摄像感测头241。
本技术方案实施例采用表面贴装对位装置10将待贴装的电子元器件30和印刷电路板40的焊盘410进行对位，并将待贴装的电子元器件30贴装到印刷电路板40的焊盘410。
请参阅图3，本技术方案实施例提供的待贴装的电子元器件30为大尺寸的电子元器件，例如连接器零件。该待贴装的电子元器件30的俯视图呈矩形。该待贴装的电子元器件30具有第一端部310和与第一端部310相对的第二端部320，该第一端部310和第二端部320呈轴对称。
请参阅图4，本技术方案实施例提供的的印刷电路板40为软性电路板。该印刷电路板40具有焊盘410，该焊盘410的形状及尺寸与待贴装的电子元器件30的形状及尺寸相对应，用于贴装电子元器件30。本实施例中，该焊盘410对应待贴装的电子元器件30为矩形焊盘，该焊盘410具有第一端部411和与第一端部411相对的第二端部412，该第一端部411和第二端部412呈轴对称。
在进行表面对位贴装之前，待贴装的电子元器件30和印刷电路板40可同时直接放置于表面贴装对位装置10的工作台110相应位置，也可以通过相应的承载装置承载后同时放置于表面贴装对位装置10的工作台110相应位置。优选地，为了提高表面贴装的效率以及对位的精确度，可将多个待贴装的电子元器件30放置排列于相应的承载装置中，多个印刷电路板40也可放置排列于相应的承载装置中。分别用于承载待贴装的电子元器件30和印刷电路板40的承载装置可同时直接固定于表面贴装对位装置10的工作台110相应位置，以使得第一影像感测装置130可以在承载待贴装的电子元器件30的承载装置范围上方进行图像感测，第二影像感测装置140可以在承载印刷电路板40的承载装置范围上方进行图像感测。
请参阅图5，结合本技术方案实施例提供的第一种表面贴装对位装置10对本技术方案实施例表面贴装对位方法进行具体说明。该表面贴装对位方法包括如下步骤。
第一步，利用第一影像感测装置130感测待贴装的电子元器件30的轮廓的图像；并利用中央控制处理装置120处理所采集的图像感测数据，从而得到该待贴装的电子元器件30的几何中心坐标。
首先，中央控制处理装置120控制第一影像感测装置130的第一摄像感测头131移动到待贴装的电子元器件30的第一端部310，感测第一端部310的轮廓图像。由第一影像感测装置130采集到的待贴装的电子元器件30的第一端部310的轮廓图像感测数据传输到中央控制处理装置120进行数据处理，从而得到待贴装电子元器件30的第一端部310的轮廓的坐标，并对获得的坐标进行存储。
其次，中央控制处理装置120控制第一影像感测装置130的第一摄像感测头131移动到该待贴装的电子元器件30的第二端部320感测第二端部320的轮廓图像。由第二影像感测装置140采集到的待贴装的电子元器件30的第二端部320的轮廓图像感测数据传输到中央控制处理装置120进行数据处理，从而得到第二端部320与第一端部310在同一个坐标系中的坐标，并对获得的坐标进行存储。当然，如果待贴装的电子元器件30为不规则形状，可以使第一摄像感测头131沿待贴装的电子元器件30的轮廓移动，以获取更多的轮廓图像数据，从而得到待贴装的电子元器件30的几何中心坐标。
当然，如果采用本实施例提供的第二种表面贴装对位装置20，第一影像感测装置230包括两个第一摄像感测头231时，可以通过调节两个第一摄像感测头231距离，使得两个第一摄像感测头231分别位于待贴装的电子元器件30的第一端部310和第二端部320，从而同时得到待贴装电子元器件30的第一端部310和第二端部320的轮廓在同一个坐标系中的坐标，提高图像感测的效率。当然，如果待贴装的电子元器件30为不规则形状，可以使多个第一摄像感测头131沿待贴装的电子元器件30的轮廓设置，以获取更多的轮廓图像数据，从而得到待贴装的电子元器件30的几何中心坐标。
再次，利用中央控制处理装置120计算处理待贴装电子元器件30的第一端部310和第二端部320的轮廓在同一个坐标系中的坐标，由于待贴装的电子元器件30的第一端部310和第二端部320呈轴对称，因此，根据所得到的第一端部310和第二端部320的轮廓的坐标，可以计算得到待贴装的电子元器件30几何中心的坐标。
第二步，利用第二影像感测装置140感测印刷电路板40的焊盘410的轮廓的图像；并利用中央控制处理装置120处理所采集的图像感测数据，从而得到焊盘410的几何中心坐标。
首先，中央控制处理装置120控制第二影像感测装置140的第二摄像感测头141移动到印刷电路板40的焊盘410的第一端部411，感测第一端部411的轮廓图像。由第二影像感测装置140采集到的焊盘410的第一端部411的轮廓图像感测数据传输到中央控制处理装置120进行数据处理，从而得到焊盘410的第一端部411与待贴装的电子元器件30的第一端部310和第二端部320的轮廓坐标在同一个坐标系中的坐标，并对获得的坐标进行存储。
其次，中央控制处理装置120控制第二影像感测装置140的第二摄像感测头141移动到焊盘410的第二端部412，感测第二端部412的轮廓图像。由第二影像感测装置140采集到的焊盘410的第二端部412的轮廓图像感测数据传输到中央控制处理装置120进行数据处理和存储，从而得第二端部412与焊盘410的第一端部411的轮廓坐标在同一个坐标系中的坐标，并对获得的坐标进行存储。当然，如果焊盘40为不规则形状，可以使第二摄像感测头141沿焊盘40的轮廓移动，以获取更多的轮廓图像数据，从而得到焊盘40的几何中心坐标。
同样地，如果采用本实施例提供的第二种表面贴装对位装置20，第二影像感测装置240包括两个第二摄像感测头241，可以通过调节两个第二摄像感测头241距离，使得两个第二摄像感测头241分别位于焊盘410的第一端部411和第二端部412，从而同时得到焊盘410的第一端部411和第二端部412在同一个坐标系中的坐标，提高图像感测的效率。当然，如果焊盘40为不规则形状，可以使多个第二摄像感测头141沿焊盘40的轮廓设置，以获取更多的轮廓图像数据，从而得到焊盘40的几何中心坐标。
再次，利用中央控制处理装置120计算处理焊盘410的第一端部411和第二端部412的轮廓在同一个坐标系中的坐标，由于焊盘410为矩形，其第一端部411和第二端部412呈轴对称，因此，根据两次感测所得到的焊盘410的第一端部310和第二端部320的轮廓的坐标值，可以计算得到焊盘410的几何中心的坐标值。由于第一影像感测装置130和第二影像感测装置140所感测的图像数据均由中央控制处理装置120换算成在同一个坐标系中的坐标，因此，中央控制处理装置120计算处理后可以得到与待贴装的电子元器件30的几何中心坐标在同一个坐标系中的焊盘410的几何中心坐标。
第三步，移动拾取贴片装置150到待贴装的电子元器件30的几何中心坐标以拾取待贴装的电子元器件30，并移动到焊盘410的几何中心坐标进行对位贴片。
首先，中央控制处理装置120可控制拾取贴片装置150在表面贴装对位装置10的工作台110上方的移动，使得拾取贴片装置150的轴线移动到预定的坐标位置。根据中央控制处理装置120处理并存储的待贴装的电子元器件30几何中心坐标，中央控制处理装置120控制拾取贴片装置150移动，使得拾取贴片装置150的轴线移动到待贴装的电子元器件30几何中心坐标位置，以使拾取贴片装置150可拾取待贴装的电子元器件30。
其次，根据中央控制处理装置120处理并存储的焊盘410的几何中心坐标，中央控制处理装置120控制拾取贴片装置150移动，使得拾取贴片装置150的轴线移动到焊盘410几何中心坐标位置，进行贴片。这样，待贴装的电子元器件30的几何中心就会与焊盘410的几何中心重合，从而实现待贴装的电子元器件30与焊盘410之间的准确对位。
重复上述步骤，就可实现其它待贴装的电子元器件与焊盘之间的对位贴片，进而实现大量大尺寸电子元器件的自动快速对位贴片。

Claims (10)

1.一种表面贴装对位方法，用于将待贴装的电子元器件表面对位贴装于印刷电路板的焊盘，其包括以下步骤：利用第一影像感测装置感测待贴装的电子元器件的轮廓的图像，并利用中央控制处理装置处理所采集的图像感测数据，从而得到待贴装的电子元器件的几何中心坐标；利用第二影像感测装置感测印刷电路板的焊盘的轮廓的图像，并利用中央控制处理装置处理所采集的图像感测数据，从而得到焊盘的几何中心坐标；移动拾取贴片装置到待贴装的电子元器件的几何中心坐标以拾取待贴装的电子元器件，并移动到焊盘的几何中心坐标进行对位贴片。
2.如权利要求1所述的表面贴装对位方法，其特征在于，所述第一影像感测装置包括一个第一摄像感测头，沿待贴装的电子元器件的轮廓移动该第一摄像头感测待贴装的电子元器件的轮廓图像。
3.如权利要求2所述的表面贴装对位方法，其特征在于，所述第二影像感测装置包括一个第二摄像感测头，沿焊盘的轮廓移动该第二摄像感测头感测焊盘的轮廓图像。
4.如权利要求3所述的表面贴装对位方法，其特征在于，移动第一影像感测装置分别对待贴装的电子元器件的第一端部及与该第一端部相对的第二端部的轮廓进行图像感测；移动第二影像感测装置分别对焊盘的第一端部与该第一端部相对的第二端部的轮廓进行图像感测。
5.如权利要求1所述的表面贴装对位方法，其特征在于，所述第一影像感测装置包括多个第一摄像感测头，调整该多个第一摄像感测头使其沿待贴装的电子元器件的轮廓设置，利用该多个第一摄像感测头同时感测待贴装的电子元器件的轮廓图像。
6.如权利要求5所述的表面贴装对位方法，其特征在于，所述第二影像感测装置包括多个第二摄像感测头，调整该多个第二摄像感测头使其沿焊盘的轮廓设置，利用该多个第二摄像感测头同时感测焊盘的轮廓图像。
7.如权利要求6所述的表面贴装对位方法，其特征在于，所述多个第一摄像感测头分别设置于待贴装的电子元器件的第一端部及与该第一端部相对的第二端部，同时对待贴装的电子元器件的第一端部和第二端部的轮廓进行图像感测；所述多个第二摄像感测头分别设置于焊盘的第一端部及与该第一端部相对的第二端部，同时对焊盘的第一端部和第二端部的轮廓进行图像感测。
8.一种表面贴装对位装置，用于将待贴装的电子元器件表面对位贴装于印刷电路板的焊盘，所述表面贴装对位装置包括：
第一影像感测装置，其包括至少一个第一摄像感测头，用于感测待贴装的电子元器件的轮廓的图像；
第二影像感测装置，其包括至少一个第二摄像感测头，用于感测印刷电路板的焊盘的轮廓的图像；
拾取贴片装置，用于拾取并移动待贴装的电子元器件；以及
中央控制处理装置，该中央控制处理装置分别与第一影像感测装置、第二影像感测装置及拾取贴片装置相连，用于控制第一影像感测装置及第二影像感测装置并进行图像感测数据处理，从而得到待贴装的电子元器件的几何中心坐标和焊盘的几何中心坐标，及用于控制拾取贴片装置移动到待贴装的电子元器件的几何中心坐标拾取待贴装的电子元器件，并移动到焊盘的几何中心坐标进行对位贴片。
9.如权利要求8所述的表面贴装对位装置，其特征在于，所述第一影像感测装置包括多个第一摄像感测头，该多个第一摄像感测头可调整地设置于第一影像感测装置。
10.如权利要求9所述的表面贴装对位装置，其特征在于，所述第二影像感测装置包括多个第二摄像感测头，该多个第二摄像感测头可调整地设置于第二影像感测装置。
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