贴片头视觉传感器

　　目前常用的图像传感器为电荷耦合器件（Charge Couple Device，CCD），分为线阵CCD和面阵CCD两种。前者用于尺寸和位移的测量，后者用于平面图形和文字的传递等。目前面阵CCD已作为数码相机（DC）、数码摄像机（DV）以及各种数码摄像头和工业视觉系统等。贴片机中用于识别PCB基准和检测元器件的照相机，就属于用于工业视觉系统。

　　（1）CCD的作用原理

　　是由许多光敏像元组成的。每一个像元就是一个MOS（金属一氧化物一半导体）电容器，如图1所示。在P型硅衬底上通过氧化形成一层S102，再在SiO2表面蒸镀一层金属层（多晶硅）作为电极。P型硅中的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子。当电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。于是，带正电荷的空穴被排斥到远离电极处，带负电荷的电子被吸引到紧靠S102层的表面上来。这种现象便形成了对电子而言的陷阱，电子一旦进入就不能复出，故又称为电子势阱。

　　图1 CCD基本结构示意图

　　当一束光线投射到MOS电容上时，光子穿过多晶硅电极及SiO2层，进入P型硅衬底，光子的能量被半导体吸收，产生电子一空穴对，这时出现的电子被吸引并储存在势阱中。射入的光线越强，势阱中收集的电子就越多，从而实现了光和电的转换。而势阱中的电子处于被储存状态，即使停止光照，一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。

　　（2）面型传感器的构成

　　面型传感器通常称为图像传感器。如图2所示，由光电二极管的二维阵列组成的面型传感器。为了取出各光电二极管的电荷，配置了在图的垂直方向进行电荷转移的垂直CCD。来自光电二极管的电荷通过场效应管（转移控制栅）的控制被垂直CCD读入。转移到垂直CCD的电荷然后向水平CCD转移，进行水平方向的传送，信号从MOS场效应管读出。读出各光电二极管电荷的脉冲由3部分组成，即由加到控制栅上的脉冲、加到各CCD像素上的脉冲以及加在输出MOS场效应管栅极上的联合控制脉冲。

　　图2 CCD构成的视觉传感器示意图

　　在上面所介绍的实例中，光电二极管部分（感光部分）和CCD部分（转移部分）是在半导体衬底上同一体制作出来的，这种电荷转移方式称为行间（Inter－line）、转移方式。这种方式有利于得到高速度的图像处理。但由于每个像素上不感光部分占用了较大的面积，感光效率不高。与行间方式相对应，感光部分与转移部分分离制作的方式称为帧转移方式。

　　（3）与图像处理技术的结合

　　照相机只能将二维光强度分布转换成一连续随时间变化的模拟电信号（称为图像信号），但仅此还不是人类视觉器官能感知的视觉信号。为得到视觉信号，必须依靠计算机作进一步的信号处理。通常图像信号被转换成数字信号，这些数字信号很容易存储在计算机的存储器中，然后根据需要进行图像处理。

　　贴片机视觉检测系统有专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置和长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格／不合格和有／无等，实现自动识别功能。