机器视觉技术在柔性线路板行业应用

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摘要：机器视觉技术通过对图像的采集与分析，提取有用的特征信息，可以实现柔性线路板的目标识别、定位、测量和矫正等。本文综述了机器视觉技术在柔性线路板生产过程的应用及主要成果，涉及印刷、冲孔、贴片和缺陷检测等工艺流程，指出目前视觉技术所遇到的困难和挑战，分析了未来机器视觉技术在劳动密集性行业的发展趋势。

关键词：柔性线路板 机器视觉 产业调整 工业制造

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00

1 FPC现状

信息化是衡量一个国家现代化水平和综合国力的重要标志，与电子制造业的普及、推广和发展密切相关[1-3]。全球电子工业在上世纪90年代得到了迅速的飞跃发展，已逐步形成了经济信息化为核心的电子信息产业，并成为国民经济战略性、基础性、先导性支柱产业。

在电子元器件产业中，柔性线路板（FPC）占据非常重要地位。目前，全球FPC生产主要集中在亚洲和美国，而亚洲主要以日，韩，台和大陆地区为主。其中，Mektron， Fujikura， Nitto Denko等几家占据全球60%的柔性板市场。

近些年，FPC板在PCB行业中所占的比重稳步增长，到2010年已超过18%以上[7]。但中国本土企业规模相对较小，企业在产品、技术和管理方面与世界先进水平还有不少差距。随着劳动力成本的不断攀升和欧美大国的机器人革命倒逼中国制造产业升级，中国FPC制造业面临重大技术革新挑战，需要大规模引入自动化生产线，全面提高行业的自动化水平。

一般地，柔性电路板[4，5]是用柔性的绝缘基材制成的印刷电路，具有许多硬性印刷电路板不具备的优点。易弯曲、卷绕、折叠。但由于柔性电路板具有易变形的特点，在加工的过程中易由静电和空气压力等因素产生弯曲，卷绕或缺陷，导致许多工序过程依靠人工解决，行业的自动化水平偏低。近年来，随着技术的发展，部分工序逐渐实现了自动化生产[6-9]，如焊接，电镀等，但仍有相当多工序依靠人工完成，如缺陷检测。

2 机器视觉在柔性板行业的应用

机器视觉应用非常广泛，目前已应用在印刷、冲孔、贴片、测量和缺陷检测等诸多环节：

2.1印刷

在印刷方面，传统手工控制印刷质量，需要熟练工，多层印刷难以对齐。采用基于机器视觉技术的自动校正平台，通过多个相机识别柔性板上的参照点，控制多轴电机移动印刷平台，使得多层材料之间充分对齐，能显著提高印刷精度4-8倍。

2.2冲孔

冲孔是必须环节，可用于后续的印刷、贴膜和对齐等工艺操作。传统冲孔由人工完成。采用专业冲孔机，通过多相机精确定位，并通过电机控制，实现并行进料，并行检测、多料平移校正及冲压。一般地，平均每3-4秒可冲一张柔性板，系统效率较以往提升3-5倍，完全可以取代人工冲孔。

2.3 贴片

贴片机是电子制造中常用设备之一，机械硬件和软件设计异常复杂，内部运用了大量的自动视觉检测技术。贴片机一般包含2个过程，点胶和贴片。点胶主要通过机器视觉设备检测MARK点位置，并以此为参照定位点胶位置，通过针孔点胶，包括导电胶和粘胶。贴片则是在点胶处贴上LED灯，包括单灯和双灯。

2.4测量

在线路板加工过程中，诸多环节需要严格检测，限于人工成本，部分环节仅进行抽查。在柔性板加工后期，接口的通电测试必不可少，关系到线路板内部电路是否完好无损。目前部分企业采用了键盘接口检测设备，利用自动化设备对材料进行接口固定，检测，平移，然后是压料，通电测试，依据测试结果判断线路是否工作正常。由于键盘接口的线宽较窄，在视觉校正平移过程中，往往需多次的校正平移。

2.5缺陷检测

由于企业关注的特性标准不同，缺陷检测的具体目标较多，如常见的断线检测，短路检测、线路过细或吸嘴检测。此类检测一般区域较大，且需逐个检测，系统平台往往采用多相机采集检测。如果前期缺陷没充分检测，可能导致整片柔性板报废，原料成本损失很高。

3不足

从工艺控制角度，视觉技术在该行业应用还存在技术难题，需重点解决，主要体现在： （1）企业工艺流程差异较大，机器视觉检测目标检测手段都有一定的差异。（2）与电路板不同，柔性线路板属软板，加工过程容易产生轻微变形，识别难度增加。（3）缺陷检测技术不成熟，缺乏全面有效的检测算法，而人工检测仅抽样检测，成本高。（4）行业利润偏低，设备成本控制较严，对技术成本有更高的要求。

4 结语

国内的机器视觉技术经过二十多年的快速发展，逐渐成为应用诸多领域的综合性技术。柔性电路板在电子制造行业中占据重要地位，工艺逐渐向小型化，高密化发展，工艺要求越来越严格，应用领域越来越广；另一方面，劳动力成本逐年提升，传统劳动密集型企业的自动化工艺必须提升以实现产业转型。

机器视觉检测方法具有非接触、无损伤、测量精确，适合检测非规则物体等优势，是未来中国制造继续深化的关键因素之一。随着机器视觉技术的逐渐成熟和国内自动化设备制造业的技术不断提升，智能化设备将更广泛应用于柔性线路板行业，实现从个别工艺的改进到企业全自动化流水线的建立，由初期的低端转向高端制造业，这是未来制造业发展的重要趋势，从中国制造变成中国智造。

参考文献

[1]陈世哲.微电子产品视觉检测中关键技术研究.哈尔滨工业大学博士学位论文，2006.

[2]龙绪明，王李，程，黄昊.先进电子制造技术的发展.电子工业专用设备，2009，172 （5）：1-10.

[3]工业和信息化部，关于集成电路产业“十二五”规划，2011.

[4]张家亮.全球挠性印制板的市场及其技术研究.印制电路信息，2011， 10（1）：7-15.

[5]冯培聪，陈安，胡跃明.FPC自动安装设备嵌入式视觉系统设计.制造业自动化，2010， 32（10）：38-41.

[6]徐丽，基于虚拟仪器的柔性线路板电镀生产线电流监控系统的研究与实现，苏州大学学报， 2005，25（6）：44-47.

[7]黄杰贤，李迪，叶峰，张舞杰.挠性印制电路板焊盘表面缺陷的检测.光学精密工程， 2010，18（11）：2443-2453.

[8]谢宏威，张宪民，邝泳聪，欧阳高飞.印刷电路板焊点的智能检测.光学精密工程2011，19（9）：2154-2162.

[9]罗露，胡跃明，陈安.基于DSP的柔性电路板视觉检测系统.仪表技术与传感器，2010.