外觀檢測系統(tǒng)在MLCC編帶中的應(yīng)用

杜永強(qiáng)

摘 要：0402、0201規(guī)格片式多層陶瓷電容器市場需求連年增加，但生產(chǎn)加工過程中又難免有外觀不合格品產(chǎn)生，不僅不符合外觀要求，而且影響電性能及可靠性。采用人工分選的方式不僅效率低，而且成本高，但在全自動(dòng)編帶機(jī)上安裝外觀檢測系統(tǒng)，不僅可以在編帶過程中將外觀不合品剔除，而且具有效率高、成本低的優(yōu)勢，所以此方式被各片式多層陶瓷電容器生產(chǎn)廠家廣泛采用。

關(guān)鍵詞：片式多層陶瓷電容器；外觀檢測系統(tǒng)；全自動(dòng)編帶機(jī)

中圖分類號：TM534+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）23-0161-02

近年來電子類產(chǎn)品發(fā)展迅猛，需求連年增加，作為三大無源元器件的MLCC（片式多層陶瓷電容器）市場需求更為明顯，尤其以0402規(guī)格、0201規(guī)格的小尺寸MLCC需求更為旺盛。為滿足市場需求各廠家都在不斷增加產(chǎn)能。但由于MLCC主要材料為陶瓷，且加工制作過程復(fù)雜，所以在加工制作過程中難免出現(xiàn)瓷體缺邊、瓷體缺角、外電極缺角等外觀不良品，不僅不符合外觀要求，而且嚴(yán)重影響MLCC的電性能及可靠性。為避免此類不良品進(jìn)入客戶端造成不良影響。各MLCC生產(chǎn)廠家均選擇使用帶有外觀檢測系統(tǒng)的編帶機(jī)，在編帶過程中剔除外觀不良品，且收到了理想的效果。本文的目的就是介紹外觀檢測系統(tǒng)，并與人工分選的方式做比較，找出外觀檢測系統(tǒng)被廣泛采用的原因。

1 片式陶瓷電容器的編帶過程

1.1 安裝適合尺寸的紙帶、底膠、面膠

將片式多層陶瓷電容器放入編帶機(jī)的振盤內(nèi)；由于振動(dòng)電容器在振盤的螺旋軌道槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)了逐粒有序排列的狀態(tài)，依次經(jīng)過直型振槽、光纖感應(yīng)器后進(jìn)入轉(zhuǎn)盤口，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤動(dòng)作后，MLCC隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)依次經(jīng)過容量檢測部檢測容值，容值不合格品被壓縮空氣排入不良品收納倉，容量合格品繼續(xù)前進(jìn)，到達(dá)外觀檢測區(qū)域，經(jīng)CCD攝像機(jī)采集圖像信息后，將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電流信號，經(jīng)圖像采集卡再將各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，與系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，不符合標(biāo)準(zhǔn)的MLCC被壓縮空氣排入不良品收納倉，合格品被吸嘴推送至封有底膠的紙帶方孔內(nèi)，熱封面膠后卷帶完成編帶過程。

1.2 外觀檢測系統(tǒng)的組成

外觀檢測系統(tǒng)主要由照明系統(tǒng)、CCD攝相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理模塊組成。

1.2.1 照明系統(tǒng)的光源主要有半導(dǎo)體激光器、LED燈（發(fā)光二極管）。光源形狀主要有環(huán)形光源、前照光源、背景光源。主要作用為是參與形成被分析的目標(biāo)圖像的特征。

1.2.2 CCD相機(jī)。CCD相機(jī)核心是CCD器件，即電荷耦合器件，基本構(gòu)成單元是MOS結(jié)構(gòu)，若干個(gè)MOS結(jié)構(gòu)排列在一起構(gòu)成一個(gè)CCD單元。每個(gè)MOS結(jié)構(gòu)可以獨(dú)立感受照射在其表面光的強(qiáng)度，并按照光的強(qiáng)弱將其成比例的轉(zhuǎn)換為電荷存儲(chǔ)在MOS結(jié)構(gòu)中，故MOS結(jié)構(gòu)的基本功能是完成光電荷的轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)。它是由具有光電轉(zhuǎn)換功能的半導(dǎo)體器件組成一個(gè)線陣或面陣單元，每個(gè)半導(dǎo)體器件能夠存儲(chǔ)隨景物變化而感受到的信號的電荷量，并能夠在控制信號的作用下，將存儲(chǔ)的信號按照一定順序輸出，形成數(shù)字圖像信號[1]。

CCD基本陣元是金屬-氧化物-半導(dǎo)體（Metal-Oxide-Sem iconductor）電容，或稱為MOS結(jié)構(gòu)，其基本結(jié)構(gòu)是一種密排的MOS電容器，能夠存儲(chǔ)由入射光在CCD像敏單元激發(fā)出的光信息電荷，并能在適當(dāng)相序的時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，把存儲(chǔ)的電荷以電荷包的形式定向傳輸轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)自掃描，完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。這種電信號通常是符合電視標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號，可在電視屏幕上復(fù)原成物體的可見光像，也可以將信號存儲(chǔ)在磁帶機(jī)內(nèi)或輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行圖像增強(qiáng)、識別、存儲(chǔ)等處理，因此CCD器件是一種理想的攝像器件[2]。

CCD具有體積小、功耗小、分辨率高、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)可以說帶來了非接觸測量技術(shù)領(lǐng)域的一場革命并為其它領(lǐng)域提供了有效的手段和工具，采用CCD器件能和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集，光學(xué)成像，機(jī)械運(yùn)動(dòng)組成的圖像測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光、機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精密的尺寸測量[3]。

1.2.3 圖像采集卡

圖像采集卡的工作過程：實(shí)時(shí)采集攝像機(jī)輸出的視頻信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后存放到圖像存儲(chǔ)單元的通道中，再根據(jù)接收到的計(jì)算機(jī)指令，將一幀幀圖像靜止在圖像存儲(chǔ)通道內(nèi)，然后計(jì)算機(jī)對采集到的圖像進(jìn)行對比處理。

1.2.4 圖像處理模塊

圖像處理模塊由計(jì)算機(jī)、顯示器、外觀檢測軟件、輸出接口組成。主要作用是對片式陶瓷電容器的外觀特征進(jìn)行分析和對比。

2 外觀檢測系統(tǒng)的工作過程

2.1 調(diào)整LED燈得到良好的照明效果

CCD攝相機(jī)將獲取的光信號轉(zhuǎn)變成電信號。圖像采集卡將采集到的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)內(nèi)的外觀檢測系統(tǒng)。形成待檢MLCC的外觀檢測數(shù)據(jù)，與系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，對比不符合標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)樣品，利用壓縮空氣吹至不良品收納倉。完成不良品的剔除動(dòng)作過程。外觀檢測系統(tǒng)的特點(diǎn)：精度高、速度快、不損壞檢測對象。

2.2 圖像處理軟件的主要流程

圖像的預(yù)處理、邊緣檢測、圖像的二值化處理、數(shù)據(jù)比較、顯示及輸出等。圖像的預(yù)處理是將CCD攝相機(jī)所采集到的光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電流信號，為圖像的二值化做準(zhǔn)備。

邊緣檢測的目的：確定待檢目標(biāo)所在位置的范圍，當(dāng)MLCC的任何部位超出此位置范圍時(shí)，均會(huì)被判為不合格。只有MLCC完全在此范圍內(nèi)時(shí)，外觀檢測系統(tǒng)才能夠?qū)ζ溥M(jìn)行正常檢測。

因?yàn)镃CD鏡頭捕捉到MLCC的影像后，外觀分選系統(tǒng)不能夠自動(dòng)識別待檢目標(biāo)的具體位置，所以首先需要人工根據(jù)轉(zhuǎn)盤口在畫面內(nèi)的位置，設(shè)定最佳的邊緣檢測范圍。

圖像的二值化就是將圖像上的點(diǎn)的灰度值調(diào)整為0或255，使整個(gè)圖像僅用白色和黑色顯示出目標(biāo)的形狀。其目的使圖像變得簡單，數(shù)據(jù)量減小，凸顯出MLCC的外觀輪廓特征。以便外觀檢測系統(tǒng)計(jì)算瓷體、外電極各檢測區(qū)域內(nèi)白色、黑色像素的面積、形狀是否符合標(biāo)準(zhǔn)值。

圖1為MLCC在CCD鏡頭下未進(jìn)行二值化的效果。

圖2為MLCC在CCD鏡頭下二值化后的效果。

MLCC外電極的形狀、尺寸大小，白色、黑色像素面積標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)定，直接影響外觀分選系統(tǒng)的分選質(zhì)量。因?yàn)镸LCC的瓷體、外電極的長、寬尺寸有一定的正常波動(dòng)范圍，所以使用外觀分選系統(tǒng)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際尺寸及時(shí)調(diào)整長、寬尺寸的標(biāo)準(zhǔn)值，以免出現(xiàn)誤判情況。

由于0402、0201規(guī)格小尺寸片式多層陶瓷電容器尺寸微小，具體尺寸見表1。

因瓷體缺邊、瓷體缺角、瓷體粘錫、外電極缺角等不良品，通常只占整個(gè)片式多層陶瓷電容器體積的一小部分，所以肉眼直接識別難度很大，而在顯微鏡下采用人工分選的方式速度很慢。而在編帶機(jī)上安裝外觀檢測系統(tǒng)，不僅可以克服人工分選時(shí)，尺寸小肉眼不易識別，分選速度慢的不足，而且還可以減少人工分選外觀所必須付出的時(shí)間、人工成本。0402、0201小規(guī)格MLCC外觀檢測系統(tǒng)與人工分選方式，各項(xiàng)指標(biāo)對比結(jié)果見表2：

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，外觀檢測系統(tǒng)在剔除0402、0201小規(guī)格MLCC外觀不良品方面，比采用人工分選的方式具有明顯的優(yōu)勢。所以才會(huì)被各MLCC生產(chǎn)廠家所選用，成為整個(gè)行業(yè)內(nèi)共同的選擇。

3 結(jié)束語

在編帶機(jī)上安裝外觀檢測系統(tǒng)，不僅可以在編帶過程中有效的剔除外觀不良品，保證產(chǎn)品出貨質(zhì)量，而且可以縮短MLCC加工生產(chǎn)周期，降低企業(yè)的人工成本，提高企業(yè)競爭力。所以使用帶有外觀檢測系統(tǒng)的編帶機(jī)，分選0402、0201小尺寸片式多層陶瓷電容器，已成為各生產(chǎn)廠家一致的選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉松林，哈長亮，郝向陽，等.基于機(jī)器視覺的陣線CCD相機(jī)成像幾何模型[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，5：386-390.

[2]劉崧，戚小平，鐘雙.CCD攝像機(jī)原理及應(yīng)用[J].中國有線電視，2005，14：1417-1419.

[3]楊小剛.圖像二值化方法在CCD圖像信息處理中的研究[J].邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，1：45-47.endprint