（续2000年第3期）


　　1.2.4 关于定位精度的讨论


　　以上的定位方法归纳起来均是采用定位孔套准在定位销钉的销钉／孔定位方式。其定位精度主要是根据基板定位孔孔径尺寸精度，定位销钉加工的尽雨精度、孔距之间的距离的公差和定位孔与定位销钉的公差配合等因素来决定。


　　1）定位销钉与定位孔的公差配合。


　　首先定位孔孔径精度和定位销钉尺寸精度及公差配合的选择和设定要根据网印图形的精度来确定。定位孔套在定位销钉上要有一个过盈量，既能达到保证网印精度的要求，又在网印过程中固定配合紧密、可靠、方便，同时现有设备加工的精度能达到设定公差配合的要求，如果配合精度过高，虽然能保证网印精度，但加工过于困难、也是不合理和不可取的。


　　2）两定位孔孔距的公差配合：


　　两定位孔孔距的公差配合是和定位孔和定位销钉的公差配合是有关连的。如果两定位孔和定位销钉的公差配合要求高，则两定位孔孔距的公差要求亦高，反之则亦低。但两定位孔孔距误差过大时，印制板套准就较困难。选用双轴定位孔钻床或冲床加工一般来说都能达到公差要求，叵采用图像处理式二轴或四轴定位孔钻床、数控钻床加工的定位孔精度及孔距公差则更精确。


　　3）定位孔与图形位置误差


　　定位孔与图形位置精度要求精确并且一致性好，如果图形车定位孔存在偏差且一块与另一块印制板不一致，就难以确保精确的对位，同时丝网感光膜版与导线图形标记对准中的目测产生的重叠误差都是机械定位方法的不足。


　　4）操作工艺的影响


　　虽然印制板定位加工不必考虑特别的加工技术，但是在实际操作中定位精度还是受到许多加工因素的影响，如钻也铜箔边缘毛刺，环氧腻污，钻孔钻头为磨切削角不对称，钻出的孔不呈园形而是椭园形或偏孔以及钻孔设备的精度如钻床的重复精度，钻轴的径向跳动；销订磨损，折弯和钻头磨损等。（因环氧树脂玻璃布覆箔层压板对钻头和销钉的磨损特别快）


　　总之这种定位方法易受上述因素的影响，其定位精度是有限的。对于精度与密度要求高的表面安装技术用的印制板（SMB）来说，一般焊膏印刷允许的位置偏移误差大约是引线间距的1／5～1／7，在安装0．65～0．3引线间距的多脚IC沓多数都要求其偏差控制在0．1mm之内，传统的销钉／孔定位方式是观难以达到这种要求的。


　　2. 非机械定位方法


　　非机械定位方法是一种新颖的定位方法，它完全摈弃传统的机械定位概念，而采用高新科技手段。非机械定位方法有二种：光电检测定位和CCD（光电耦合器件）光学视觉对位。


　　2.1 光电检测定位方法


　　光电检测定位方法的定位采用高精度的光电跟踪套准方法，整个系统由四部分组成（1）传感器部分；（2）自动匹配装置的控制部分；（3）驱动器部分；（4）定位平台（即匹配器），其简单的工作原理及定位过程如下：


　　首先采用图像控制的高精度的双轴钻床在基板上钻出两只检测孔（定位孔），其孔径约为￠1.6～￠2.0mm，要求孔壁光滑无毛刺。基板钻好孔之后即由传送装置把基板送入定位平台（即匹配台）采用机械夹持方式进行预定位。然后二组传感器的发光部分和受光部分对基板上的二个检测孔同时进行扫描，传感器的发光部分位于基板检测孔上方，而受光部分位于下方。发光器发出的光为平行光，通过基板上的检测孔而发射到受光部分，受光部分按受光能并把光能转换成电信号能。受光部分配置高精度的受光元器件，当受光部分接收到发光部分的能量后，立即把光能转换成电气信号，在传感放大器上利用运算元件进行高速运算，并判断运算结果的数据值以确定检测孔的位置精确与否，当运算结果出现偏差时，自动匹配装置控制部分会自动控制驱动部件调整检测孔位置。直至达到运算得到正确的数据即精确的定位要求。这种方法使用在精密的全自动网印机上，但目前的应用很少。


　　2.2 CCD光学视觉对位的定位方法


　　CCD光学视觉对位的定位方法采用全新的定位概念－图像识别的定位方法，它是使用具有图像识别功能的CCD（光电耦合器件），通过摄像机镜头对网版的掩膜漏版基准标记和基板上基准标记加以识读并处理上述的图像数据，用两者的差（补偿量）进行位置演算，从而达到精确的对位。所谓CCD（charge0coupled Device)即光电耦合器件是一长条状感光元件，在扫描过程中用来将图像反射过来的光波转化成数位电信号。这种方法是实现高精度的自动定位方法，主要使用在表面安装印制板（SMB）上进行焊膏分配的全自动印刷机上。通常都具有影像探测，影像显示及处理，影像存贮及处理系统。


　　通过掩膜漏版、基板、摄像机三者间相互关系以及定位补偿软件进行配合，在实际选择中有多种操作方式，见下表。

	图像识别定位方法		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
掩膜位置 操作练习	自己练习 掩膜直接	移动摄像式／ 固定掩膜式		√	√
		固定摄像式／ 移动掩膜式	√
	目测判读试结果设定输入数据		√
基板位置的识别 （其板块数的识别）	移动摄像式结果设定输入数据			√
	固定摄像式／移动工作台（双孔式）		√
	固定摄像式／移动工作台（单孔式）				√
固定补偿	补正掩膜式			√
	补正工作台式		√		√

　　光学视觉对位系统可分为手动和全自动二种。


　　手动校准是由两台（或一台）摄像机、两个监测器和两组十字线发生器以及手动螺杆组成。在印制板被夹持进行适当的定位后，摄像机检查印制板上一个具体的标记并和掩膜漏版上的标记对准，然后用可调十字线框住标记。对于每块要印刷的印制板可迅速通过显示二维图像的监测器进行监测任何定位误差。如果标记在交叉十字线之外（在X、Y轴及Q轴上产生偏移）便可通过S、Y、Q轴的手工杆快速调节来消除重合度的误差。


　　全自动印刷机如采用表中Ⅰ类方式时它们的定位程序简述如下：


　　为了使掩膜的具体标记读出精度高，通过移动标记使两个可视标记到摄像机距离为基准进行直接练习，采用移动式印刷平台通过识别部位读出基板标记，进行补偿量演算后，输送到印刷部位指令印刷。掩膜练习后在对每块印制板进行识读之前因摄像机镜头，掩膜漏版都完全被固定、故定位精度高。当进行印刷时基板被图像观测系统中的摄像机对准以后，基标记信息被输入到定位用处理装置中，定位用处理装置中信息处理机进行积分计算任何的位置误差，并进行补偿。然后把补偿量数据输入到智能定位系统。智能定位系统由步进电机、驱动装置，闭合回路的伺服轴控系统组成，而在每根轴上都安装有智能编码器，通过智能定位系统迅速消除偏差，达到自动准确定位。


　　具有图像识别定位功能的定位装置的组织结构如图6。





图6 具有图像识别定位功能装置的织结构图


　　在精细间距，高密度、高精度的表面贴装情况下,定位孔是不能用作印制板和元器件的精确定位，表面安装印制板（SMB）的定位、定向是由光学基准校正标记即基准标识确定。


　　在印制板的贴装面（单面或双面）都要设置板级基准和校正光学识别标记（标识点），在精细器件（FPD）和44脚以上的PLCC器件设置两个光学校正标识点。


　　板级基准标识是在印刷板的贴装面三个角或两个对角距板边缘5mm以上设置光学基准校正标记，器件基准标识是设备在该器件附近的两个对角线上（见图7）





图7 板级和器件的光学基准校正标记


　　常用的光学基准校正标记即标识点有实心圆点，边长为2.0mm的实心正方形，边长为2.0mm的实心菱形，2.0mm高的单十字线，2.0mm高的双十字线（井字线），推荐使用（优选）的光学基准校正标记符号为直径1.5mm的实心圆。


　　光学基准校正标记应亮度均匀并对于背景（印制板基材）有较大的反差，同时其镀覆层平整、厚度均匀，在标识点上不应有任何字符、阻焊剂和其他污物。字符图形，阻焊剂与光学基准校正记图形之间有相当于其半径或直径的距离，其间隙要求见图8。





图8 标识符号推荐间隙


　　应用CCD光学视觉对位系统定位方法有以下的优点：


　　（1）采用图像识别定位对掩膜漏版的安装精度没有特殊要求，使用起来很方便。


　　（2）这种定位方法只要求图形位置和光学识别标记间的精度,而不受基板加工精度的影响，完全消除了机械加工因素给定位精度带来的干扰。


　　（3）印制板采用机械夹持方式，印制板被固定在平台上，即使是多孔的基板也能牢牢被固定，在印刷时不会引起滑动和距板。


　　今后，采用CCD光学视觉对位系统定位方法，是精细间距、高精度、高密度网印定位方法的发展方向。

　　（作者单位：江西华声通信集团有限公司退休办，343005；）

[时间：2001-03-26  作者：叶洪勋  来源：中国网印工业2000-4]