外觀檢測系統在MLCC編帶中的應用

杜永強

摘 要：0402、0201規格片式多層陶瓷電容器市場需求連年增加，但生產加工過程中又難免有外觀不合格品產生，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，但在全自動編帶機上安裝外觀檢測系統，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、成本低的優勢，所以此方式被各片式多層陶瓷電容器生產廠家廣泛采用。

關鍵詞：片式多層陶瓷電容器；外觀檢測系統；全自動編帶機

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

近年來電子類產品發展迅猛，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規格、0201規格的小尺寸MLCC需求更為旺盛。為滿足市場需求各廠家都在不斷增加產能。但由于MLCC主要材料為陶瓷，且加工制作過程復雜，所以在加工制作過程中難免出現瓷體缺邊、瓷體缺角、外電極缺角等外觀不良品，不僅不符合外觀要求，而且嚴重影響MLCC的電性能及可靠性。為避免此類不良品進入客戶端造成不良影響。各MLCC生產廠家均選擇使用帶有外觀檢測系統的編帶機，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，并與人工分選的方式做比較，找出外觀檢測系統被廣泛采用的原因。

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的振盤內；由于振動電容器在振盤的螺旋軌道槽內實現了逐粒有序排列的狀態，依次經過直型振槽、光纖感應器后進入轉盤口，步進電機帶動轉盤動作后，MLCC隨轉盤轉動依次經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，容量合格品繼續前進，到達外觀檢測區域，經CCD攝像機采集圖像信息后，將光學信號轉換為數字電流信號，經圖像采集卡再將各項檢測數據發送給計算機，與系統內各項標準值進行比較，不符合標準的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，熱封面膠后卷帶完成編帶過程。

1.2 外觀檢測系統的組成

外觀檢測系統主要由照明系統、CCD攝相機、圖像采集卡、圖像處理模塊組成。

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

1.2.2 CCD相機。CCD相機核心是CCD器件，即電荷耦合器件，基本構成單元是MOS結構，若干個MOS結構排列在一起構成一個CCD單元。每個MOS結構可以獨立感受照射在其表面光的強度，并按照光的強弱將其成比例的轉換為電荷存儲在MOS結構中，故MOS結構的基本功能是完成光電荷的轉換與存儲。它是由具有光電轉換功能的半導體器件組成一個線陣或面陣單元，每個半導體器件能夠存儲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，將存儲的信號按照一定順序輸出，形成數字圖像信號[1]。

CCD基本陣元是金屬-氧化物-半導體（Metal-Oxide-Sem iconductor）電容，或稱為MOS結構，其基本結構是一種密排的MOS電容器，能夠存儲由入射光在CCD像敏單元激發出的光信息電荷，并能在適當相序的時鐘脈沖驅動下，把存儲的電荷以電荷包的形式定向傳輸轉移，實現自掃描，完成從光信號到電信號的轉換。這種電信號通常是符合電視標準的視頻信號，可在電視屏幕上復原成物體的可見光像，也可以將信號存儲在磁帶機內或輸入計算機，進行圖像增強、識別、存儲等處理，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、靈敏度高等優點。它的出現可以說帶來了非接觸測量技術領域的一場革命并為其它領域提供了有效的手段和工具，采用CCD器件能和計算機數據采集，光學成像，機械運動組成的圖像測量系統，實現光、機電一體化設計，實現精密的尺寸測量[3]。

1.2.3 圖像采集卡

圖像采集卡的工作過程：實時采集攝像機輸出的視頻信號，經過A/D轉換器轉換后存放到圖像存儲單元的通道中，再根據接收到的計算機指令，將一幀幀圖像靜止在圖像存儲通道內，然后計算機對采集到的圖像進行對比處理。

1.2.4 圖像處理模塊

圖像處理模塊由計算機、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行分析和對比。

2 外觀檢測系統的工作過程

2.1 調整LED燈得到良好的照明效果

CCD攝相機將獲取的光信號轉變成電信號。圖像采集卡將采集到的數據傳給計算機內的外觀檢測系統。形成待檢MLCC的外觀檢測數據，與系統內各項標準值進行比較，對比不符合標準的目標樣品，利用壓縮空氣吹至不良品收納倉。完成不良品的剔除動作過程。外觀檢測系統的特點：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

圖像的預處理、邊緣檢測、圖像的二值化處理、數據比較、顯示及輸出等。圖像的預處理是將CCD攝相機所采集到的光學信號轉換為數字電流信號，為圖像的二值化做準備。

邊緣檢測的目的：確定待檢目標所在位置的范圍，當MLCC的任何部位超出此位置范圍時，均會被判為不合格。只有MLCC完全在此范圍內時，外觀檢測系統才能夠對其進行正常檢測。

因為CCD鏡頭捕捉到MLCC的影像后，外觀分選系統不能夠自動識別待檢目標的具體位置，所以首先需要人工根據轉盤口在畫面內的位置，設定最佳的邊緣檢測范圍。

圖像的二值化就是將圖像上的點的灰度值調整為0或255，使整個圖像僅用白色和黑色顯示出目標的形狀。其目的使圖像變得簡單，數據量減小，凸顯出MLCC的外觀輪廓特征。以便外觀檢測系統計算瓷體、外電極各檢測區域內白色、黑色像素的面積、形狀是否符合標準值。

圖1為MLCC在CCD鏡頭下未進行二值化的效果。

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、黑色像素面積標準值的設定，直接影響外觀分選系統的分選質量。因為MLCC的瓷體、外電極的長、寬尺寸有一定的正常波動范圍，所以使用外觀分選系統時，需要結合實際尺寸及時調整長、寬尺寸的標準值，以免出現誤判情況。

由于0402、0201規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。而在編帶機上安裝外觀檢測系統，不僅可以克服人工分選時，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間、人工成本。0402、0201小規格MLCC外觀檢測系統與人工分選方式，各項指標對比結果見表2：

通過對比可以發現，外觀檢測系統在剔除0402、0201小規格MLCC外觀不良品方面，比采用人工分選的方式具有明顯的優勢。所以才會被各MLCC生產廠家所選用，成為整個行業內共同的選擇。

3 結束語

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

參考文獻：

[1]劉松林，哈長亮，郝向陽，等.基于機器視覺的陣線CCD相機成像幾何模型[J].測繪科學技術學報，2006，5：386-390.

[2]劉崧，戚小平，鐘雙.CCD攝像機原理及應用[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].邢臺職業技術學院學報，2011，1：45-47.endprint