一種面向片式元件多節點檢測的卷到卷轉移系統的製作方法

2023-10-11 22:38:49 4

本發明屬於電子封裝設備相關領域，更具體地，涉及一種面向片式元件多節點檢測的卷到卷轉移系統。

背景技術：

元器件表面貼裝技術(Surface Mount Technology，簡稱SMT)是電子製造的主流技術，要保證其工藝精細化和產品高可靠性，離不開高質量、高效率檢測技術。在從貼裝元器件上線到組件組裝完畢下線的整個SMT組裝流程中，檢測主要被設置在三個主要節點：即組裝前的來料檢測、組裝過程中檢測、以及組裝後的組件檢測。

現有技術中關於來料檢測環節的電子元件檢測方案中，大多都是從檢測功能角度和結構組成角度進行設計。例如，CN105555123A中公開了一種面向料盤的SMD抽檢及清點設備，其可完成SMD料盤上元件的快速抽檢及檢後回收，此外還能快速準確地完成料盤上元件個數的清點和分切。但該技術方案主要是從滿足元件抽檢和清點的角度提出相應的結構組成，卻未提供檢測環節中涉及元件精確定位及轉移的具體實施方式。相應地，本領域亟需針對上述技術問題尋求更為完善的解決方案，以滿足目前日益提高的工藝要求。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種面向片式元件多節點檢測的卷到卷轉移系統，其中通過對該卷到卷轉移系統的整體構造組成及其關鍵組件進行重新設計，不僅可實現待檢片式元件的高效進給，而且能夠結合需求對整個進給過程中的多節點執行高精度的全面檢測；此外，本發明還分別針對元件拾取環節、元件返回放置環節均設計了不同的優化補償算法，同時對轉移精度也提出了評價算法，相應能夠進一步確保在連續檢測過程中實現片式元件的精確拾取和返回放置操作。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種面向片式元件多節點檢測的卷到卷轉移系統，該卷到卷系統包括底座，以及安裝在該底座上的料卷輸送裝置、元件拾取裝置、夾持裝置以及上視檢測裝置，其特徵在於：

所述料卷輸送裝置包括放料模塊、收料模塊、揭膜模塊和覆膜模塊，其中物料從該放料模塊以卷到卷的方式朝著該收料模塊執行單向進給，並在進給過程中首先經由所述揭膜模塊揭開表面所封裝的薄膜且露出待檢測的片式元件，然後在完成檢測後再經由所述覆膜模塊對該片式元件重新予以覆膜封裝；

所述元件拾取裝置包括拾取頭和下視觀測相機，其中該拾取頭具有XYZ三軸自由度和繞著Z軸旋轉的W向自由度，並用於將待檢測的片式元件執行拾取以轉移到所述夾持裝置予以檢測，然後將完成檢測的片式元件返回放置至所述料卷輸送裝置的料帶料槽內；該下視觀測相機固連於所述拾取頭且可隨之一同沿著X軸和Y軸運動，並用於對所述拾取頭所拾取/返回放置的片式元件執行下視拍攝以獲得位置及姿態信息；

所述夾持裝置設置處於所述料卷輸送位置的水平一側，並用於將所述拾取頭所轉移過來的片式元件予以夾持和通電處理，然後對其電學性能執行檢測，從而判斷此片式元件的電學性能是否滿足需求；

所述上視檢測裝置設置處於所述料卷輸送裝置與所述夾持裝置之間，並用於對所述拾取頭所拾取/返回放置的片式元件執行上視拍攝以獲得其位置及姿態信息。

作為進一步優選地，所述夾持裝置呈板式結構，並在其表面兩側各自安裝有可伸縮的彈性頂針，該彈性頂針用於將所述拾取頭轉移至此的片式元件接觸抵壓，然後與電學性能檢測儀器相連通，由此執行電學性能的檢測。

作為進一步優選地，對於所述下視觀測相機而言，當待檢測的片式元件被所述拾取頭執行拾取或者完成檢測的片式元件被所述拾取頭執行返回放置時，該片式元件均完全處於該下視觀測相機的視野範圍之內；此外，對於所述上視檢測裝置而言，其優選為上視觀測相機，並且在旋轉零位狀態下其視野正中心正好與所述拾取頭的中心保持一致。

作為進一步優選地，當所述拾取頭將待檢測的片式元件執行拾取以轉移到所述夾持裝置予以檢測時，優選依照下列公式對其拾取操作執行位置補償：

其中，分別是預設的拾取基準點N1的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是執行位置補償後的實際拾取點N2的X軸坐標值和Y軸坐標值；kDx、kDy分別用於表示X軸方向、Y軸方向上針對所述下視相機的補償比例因子，其可通過對所述下視觀測相機執行視覺標定而獲得；分別是待檢測的片式元件幾何中心的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是所述下視觀測相機所拍攝的圖像中心的X軸坐標值和Y軸坐標值；此外，δx1,δy1分別用於表示所述拾取頭在拾取狀態下相對旋轉零位狀態在X軸方向、Y軸方向上的位置變化，其可通過對所述上視觀測相機執行實際標定而獲得。

作為進一步優選地，當所述拾取頭將已完成檢測的片式元件返回放置至所述料卷輸送裝置的料帶料槽內時，優選依照下列公式組對其返回放置操作執行位置補償：

其中，分別是預設的返回放置基準點M1的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是執行位置補償後的實際返回放置點M2的X軸坐標值和Y軸坐標值；kEx、kEy分別用於表示X軸方向、Y軸方向上針對所述上視相機的補償比例因子，其可通過對所述上視觀測相機執行視覺標定而獲得；分別是所述已完成檢測的片式元件幾何中心的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是所述上視觀測相機所拍攝的圖像中心的X軸坐標值和Y軸坐標值；θ用來表示片式元件相對所述料卷輸送裝置的料帶在進給方向上的偏角，且0≤θ≤90°；此外，假設所述拾取頭在此返回放置操作位置下以10°為間隔旋轉一周，其運動軌跡將擬合獲得一斜橢圓，其中，Ra、Rb分別用來表示該斜橢圓的長軸和短軸，Cx、Cy分別用於表示該斜橢圓圓心的坐標，γ用於表示該斜橢圓相對標準橢圓的旋轉角，上述5個參數作為斜橢圓擬合結果得到。

作為進一步優選地，當所述拾取頭將已完成檢測的片式元件返回放置至所述料卷輸送裝置的料帶料槽內時，優選依照下列公式組首先計算得出所述片式元件的最大允許偏轉角其中a、b分別表示所述已完成檢測的片式元件的長和寬，m、h分別表示此時該片式元件將被返回放置的料帶料槽的長和寬：

並且在該最大允許偏轉角時，依照下列簡化公式對其返回放置操作執行位置補償：

其中，θ用來表示片式元件相對所述料卷輸送裝置的料帶在進給方向上的偏角，且0≤θ≤90°；分別是預設的返回放置基準點M1的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是執行位置補償後的實際返回放置點M2的X軸坐標值和Y軸坐標值；kEx、kEy分別用於表示X軸方向、Y軸方向上的補償比例因子，其可通過對所述上視觀測相機執行視覺標定而獲得；分別是所述已完成檢測的片式元件幾何中心的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是所述上視觀測相機所拍攝的圖像中心的X軸坐標值和Y軸坐標值。

作為進一步優選地，上述卷到卷轉移系統還包括中央處理單元，該中央處理單元用於對片式元件執行位置補償後所達到的轉移精度進行評價，並且優選依照下列公式組來計算轉移精度評價值kx、ky：

其中，a、b分別表示所述已完成檢測的片式元件的長和寬，m、h分別表示此時該片式元件將被返回放置的料帶料槽的長和寬；Ex、Ey分別用來表示被返回放置至所述料帶料槽內的片式元件在X軸方向、Y軸方向相對於此料帶料槽中心的偏差值；β用來表示被返回放置至所述料帶料槽內的片式元件在相對於物料進給方向的夾角；此外，kx、ky的值越小，則表明轉移精度越高。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備下列技術優點：

1、其中通過對該卷到卷轉移系統的整體構造組成及其關鍵組件進行重新設計，不僅可實現待檢片式元件的高效進給，而且能夠結合需求對整個進給過程中的多節點執行高精度的全面檢測；

2、本發明還分別針對元件拾取環節、元件返回放置環節分別獨立設計了不同的優化補償算法，其中在涉及到拾取頭對元件的定位拾取環節時，通過引入下視觀測相機，下視觀測相機採圖獲取片式元件位姿信息，結合元件位姿信息與下視視覺補償方法計算出補償偏差，基於拾取基準點驅動拾取頭補償相應偏差以完成對元件幾何中心的定位拾取；

3、此外，在涉及到拾取頭對元件的精確放回料槽環節時，通過引入上視觀測相機來消除拾取過程造成的誤差，上視觀測相機採圖獲取片式元件位姿信息來計算出補償偏差，由此可以保證拾取頭對元件準確放回；

4、本發明中還專門針對對轉移精度提出了評價算法，由此能夠定量評價採用上述視覺補償方法對不同規格元件進行誤差補償後所達到的轉移精度效果。

附圖說明

圖1是按照本發明優選實施例所構建的面向片式元件多節點檢測的卷到卷轉移系統的整體構造示意圖；

圖2是按照本發明的整體轉移過程的工藝流程圖；

圖3是按照本發明優選實施方式的轉移精度量化評價示意圖；

圖4是示範性解釋說明按照本發明的下視觀測相機的原理示意圖；

圖5是示範性解釋說明按照本發明的上視觀測相機的原理示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

圖1是按照本發明優選實施例所構建的面向片式元件多節點檢測的卷到卷轉移系統的整體構造示意圖。如圖1所示，該卷到卷轉移系統主要包括底座1，以及安裝在該底座上的料卷輸送裝置2、元件拾取裝置3、夾持裝置4以及上視檢測裝置5等組件，下面將對其逐一進行具體說明。

料卷輸送裝置2可包括放料模塊21、收料模塊26、揭膜模塊22和覆膜模塊27，其中物料從該放料模塊21以卷到卷的方式朝著該收料模塊26執行單向進給(圖中顯示為沿著Y軸方向)，並在進給過程中首先經由揭膜模塊22揭開表面所封裝的薄膜且露出待檢測的片式元件24，然後在完成檢測後再經由覆膜模塊27對該片式元件重新予以覆膜封裝。

元件拾取裝置3主要包括拾取頭32和下視觀測相機31，其中該拾取頭32可具有XYZ三軸自由度和繞著Z軸旋轉的W向自由度，並用於將待檢測的片式元件執行拾取以轉移到夾持裝置4予以檢測，主要是涉及電學性能方面的質量檢測，然後將完成檢測的片式元件返回放置至所述料卷輸送裝置的料帶料槽內。該下視觀測相機31固連於拾取頭32且可隨之一同沿著X軸和Y軸運動，並用於對所述拾取頭所拾取/返回放置的片式元件執行下視拍攝以獲得位置及姿態信息。

夾持裝置4設置處於所述料卷輸送位置的水平一側，並用於將拾取頭32)所轉移過來的片式元件予以夾持和通電處理，然後對其電學性能執行檢測，從而判斷此片式元件的電學性能是否滿足需求。更具體地，該夾持裝置譬如呈板式結構，並在其表面兩側各自安裝有可伸縮的彈性頂針，該彈性頂針用於將所述拾取頭轉移至此的片式元件接觸抵壓，然後與電學性能檢測儀器相連通，由此執行電學性能的檢測。片式元件在該夾持裝置中的位置可優選設計為與其在料帶上的位置相垂直。

此外，上視檢測裝置5譬如設置處於料卷輸送裝置2與夾持裝置之間，並用於對所述拾取頭所拾取/返回放置的片式元件執行上視拍攝以獲得其位置及姿態信息。

換而言之，如圖1中所示，在整個系統中一共包括3個觀測位即觀測位A、觀測位B和觀測位C；按照本發明的一個優選實施方式，下視觀測相機31對應於觀測位A和觀測位B，並且當待檢測的片式元件被所述拾取頭執行拾取或者完成檢測的片式元件被所述拾取頭執行返回放置時，該片式元件均完全處於該下視觀測相機的視野範圍之內。上視檢測裝置5在本發明中優選為上視觀測相機，其對應於觀測位C，並且在旋轉零位狀態下其視野正中心正好與所述拾取頭的中心保持一致。

更具體地，如圖4中所示，為下視觀測相機在下視觀測位B處對元件的觀測示意圖，藉助該示意圖具體講解下視視覺補償方法。下視相機坐標係為XDODYD，片式元件幾何中心為點下視採圖圖像中心為點該點隨下視觀測位固定而固定且拾取頭與下視相機間距固定。故只要基於當前觀測位對帶下視視覺拾取裝置(3)進行該固定間距的距離移動，就可以把拾取頭運動到圖中點ND1，該點在世界坐標系中對應於點取N1為拾取基準點。但是由於圖1所示位置布局拾取頭從料帶位到夾具位要旋轉90°且拾取頭自身旋轉引入位置偏差，實際拾取基準點對應與圖中點

類似的，如圖5中所示，為拾取頭在上視觀測位B處對元件的觀測示意圖，藉助該示意圖具體講解上視視覺補償方法。上視相機坐標係為XEOEYE，拾取頭幾何中心與上視採圖圖像中心重合於點拾取頭旋轉軌跡中心即為圖中橢圓中心點NE。上視採圖時元件在圖中位置處，元件中心為點與料槽的角度偏差為θ。

此外，本發明中還針對拾取環節、返回放置環節分別獨立地設計了具體算法處理來執行位置補償，以便更進一步地提高轉移精度。當然，在本發明的上述基礎方案基礎上，也可以選擇其他適當的優化算法，或者是將各環節的優化算法合併處理。

按照本發明的一個優選實施方式，當所述拾取頭32將待檢測的片式元件執行拾取以轉移到所述夾持裝置4予以檢測時，優選依照下列公式對其拾取操作執行位置補償：

其中，分別是預設的拾取基準點N1的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是執行位置補償後的實際拾取點N2的X軸坐標值和Y軸坐標值；kDx、kDy分別用於表示X軸方向、Y軸方向上針對所述下視相機的補償比例因子，其可通過對所述下視觀測相機執行視覺標定而獲得；分別是待檢測的片式元件幾何中心的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是所述下視觀測相機所拍攝的圖像中心的X軸坐標值和Y軸坐標值；此外，δx1,δy1分別用於表示所述拾取頭在拾取狀態下相對旋轉零位狀態在X軸方向、Y軸方向上的位置變化，其可通過對所述上視觀測相機執行實際標定而獲得。

按照本發明的另一優選實施方式，當所述拾取頭32將已完成檢測的片式元件返回放置至所述料卷輸送裝置的料帶料槽內時，優選依照下列公式組對其返回放置操作執行位置補償：

其中，分別是預設的返回放置基準點M1的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是執行位置補償後的實際返回放置點M2的X軸坐標值和Y軸坐標值；kEx、kEy分別用於表示X軸方向、Y軸方向上的補償比例因子，其可通過對所述上視觀測相機執行視覺標定而獲得；分別是所述已完成檢測的片式元件幾何中心的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是所述上視觀測相機所拍攝的圖像中心的X軸坐標值和Y軸坐標值；θ用來表示片式元件相對所述料卷輸送裝置的料帶在進給方向上的偏角，且0≤θ≤90°；此外，假設所述拾取頭在此返回放置操作位置下以10°為間隔旋轉一周，其運動軌跡將擬合獲得一斜橢圓(譬如，該斜橢圓的一般參數方程在本領域中通常可表示為x＝Racost*cosγ-Rbsint*sinγ+Cx，y＝Racosθ*sinγ+Rbsinθ*cosγ+Cy，其中，Ra、Rb分別用來表示該橢圓的長軸和短軸，Cx、Cy分別用於表示該橢圓圓心的坐標，γ用於表示該橢圓相對標準橢圓的旋轉角，上述5個參數均作為斜橢圓擬合結果得到；t(0≤t≤2π)為橢圓的離心角，是該斜橢圓參數方程的自變量參數，在所述工況中t的值即為θ)。

更進一步地，當所述拾取頭32將已完成檢測的片式元件返回放置至所述料卷輸送裝置的料帶料槽內時，可以依照下列公式組首先計算得出所述片式元件的最大允許偏轉角其中a、b分別表示所述已完成檢測的片式元件的長和寬，m、h分別表示此時該片式元件將被返回放置的料帶料槽的長和寬：

並且在該最大允許偏轉角時，依照下列簡化公式對其返回放置操作執行位置補償：

其中，θ用來表示片式元件相對所述料卷輸送裝置的料帶在進給方向上的偏角，且0≤θ≤90°；分別是預設的返回放置基準點M1的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是執行位置補償後的實際返回放置點M2的X軸坐標值和Y軸坐標值；kEx、kEy分別用於表示X軸方向、Y軸方向上針對所述上視相機的補償比例因子，其可通過對所述上視觀測相機執行視覺標定而獲得；分別是所述已完成檢測的片式元件幾何中心的X軸坐標值和Y軸坐標值，分別是所述上視觀測相機所拍攝的圖像中心的X軸坐標值和Y軸坐標值。而當該最大允許偏轉角時，則仍然保持上述未簡化的公式對其其返回放置操作執行位置補償。

參看圖3，顯示了按照本發明優選實施方式的轉移精度量化評價示意圖。在該圖中，Δx表示Xz軸方向的誤差邊界，Δy表示Y軸方向向的誤差邊界，a、b、m、h分別為片式元件和料槽的長寬，β為元件相對料槽的偏轉角。則

以封裝尺寸為0201的貼片電阻元件為例，元器件尺寸長寬高為0.6mm×0.3mm×0.3mm，該SMD所對應元器件槽的尺寸為0.7mm×0.4mm。當元件相對槽的偏轉角β＝0時，累計誤差允許邊界最大，則可求得最大累計誤差允許邊界，即Δxmax＝0.05mm，Δymax＝0.05mm。那麼在元件從夾具位到料槽轉移時，轉移過程中造成的X向和Y向累計偏差均需小於50μm,才能保證成功放回。

相應地，按照本發明的又一優選實施方式，上述卷到卷轉移系統還可以包括中央處理單元，該中央處理單元用於對片式元件執行位置補償後所達到的轉移精度進行評價，並且優選依照下列公式組來計算轉移精度評價值kx、ky：

其中，a、b分別表示所述已完成檢測的片式元件的長和寬，m、h分別表示此時該片式元件將被返回放置的料帶料槽的長和寬；Ex、Ey分別用來表示被返回放置至所述料帶料槽內的片式元件在X軸方向、Y軸方向相對於此料帶料槽中心的偏差值；β用來表示被返回放置至所述料帶料槽內的片式元件在相對於物料進給方向的夾角；此外，kx、ky的值越小，則表明轉移精度越高。

下面將參照圖2對按照本發明的整體轉移工藝進行解釋說明。

首先，料卷輸送裝置2預先將待檢測的片式元件24進給到下視觀測相機31的視野範圍內，移動下視觀測相機31到下視觀測位A採圖，並利用圖像處理獲取片式元件的幾何中心

接著，將帶入補償計算公式得到料帶處實際拾取點坐標；然後拾取頭移動到完成對待檢片式元件定位拾取，並移動到夾具處拾取基準點放置元件，從而將元件轉移到夾持裝置4處；

接著，夾持裝置4上兩側的頂針伸出，將被檢片式元件接通於檢測迴路，實現對片式元件電學性能的檢測；待片式元件檢測完畢，頂針縮回，移動下視觀測相機31至下視觀測位B採圖，並利用圖像處理獲取元件的幾何中心

接著，將帶入補償計算公式得到夾具處實際拾取點坐標；拾取頭移動到完成對已檢片式元件定位拾取，並將合格的片式元件轉移放回料帶23的空料槽中，將不合格的片式元件丟棄；其中對於需要放回料帶上料槽的片式元件，在放回前還需將拾取頭移動到上視觀測位C，利用上視視覺裝置5對拾取頭上的片式元件採圖並通過圖像處理獲取片式元件的幾何中心和元件相對料帶進給方向偏角θ(0≤θ≤90°)；

接著，根據θ和元件允許最大偏轉角判斷上視糾偏環節的角度偏差補償可否省略。若則可省略對元件的角度糾偏，將帶入不帶旋轉糾偏的上視視覺補償計算公式，得到料帶處實際放置點坐標；若則拾取頭(32)通過W軸向旋轉完成元件的角度偏差補償，並將帶入帶旋轉糾偏的上視視覺補償計算公式，得到料帶處實際放置點坐標。拾取頭移動到實際放置點由此完成對片式元件的準確放回。

綜上，本發明通過對該卷到卷轉移系統的整體構造組成及其關鍵組件進行重新設計，不僅可實現待檢片式元件的高效進給，而且能夠結合需求對整個進給過程中的多節點執行高精度的全面檢測；此外，本發明還分別針對元件拾取環節、元件返回放置環節均設計了不同的優化補償算法，同時對轉移精度也提出了評價算法，相應能夠進一步確保在連續檢測過程中實現片式元件的精確拾取和返回放置操作。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。