專利名稱：一種焊頭定位精度檢測系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊頭定位精度檢測系統(tǒng)及其方法。
技術(shù)背景IC芯片粘片機(jī)的焊頭機(jī)構(gòu)具有高速往復(fù)運行、精度高、運動軌跡復(fù)雜、機(jī)構(gòu)裝配零件多、焊頭吸嘴體積小等特點。焊頭吸嘴的任務(wù)是^l巴拾片點上的由晶 圓已切割分離的晶片拾起，在傳動才幾構(gòu)的作用下將晶片傳送到粘片點的引線框 架上焊牢，從而完成拾取晶片、傳送晶片及粘焊晶片等動作。在拾取和粘焊晶片時所需要的垂直運動行程很小，僅為l 3mm，而傳送晶片的行程卻很大，一 般與晶圓的直徑有關(guān)，目前晶圓直徑已達(dá)12英寸以上，即超過250mm。為了提高 生產(chǎn)效率，焊頭機(jī)構(gòu)均具備高速往復(fù)運行的特點，而對于此種高速運行的焊頭 機(jī)構(gòu)，常常出現(xiàn)定位精度差，從而存在粘片質(zhì)量低的缺陷。現(xiàn)有技術(shù)中，常用 接觸式位置傳感器對焊頭的定位進(jìn)行測量，然而由于接觸式傳感器會干涉甚至 影響焊頭的工作狀態(tài)，使得檢測的精度大大降低，從而難以滿足檢測的要求。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中接觸式位置傳感器對焊頭的定位測量精度差的缺點， 本發(fā)明提出一種非接觸式的焊頭定位精度檢測系統(tǒng)及其方法，該檢測系統(tǒng)及方 法對焊頭吸嘴的定位測量精度高、不干涉焊頭運動且實時性強。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為 一種焊頭定位精度檢測系統(tǒng)，包括焊頭吸嘴 及控制焊頭吸嘴在拾片點拾取晶片、傳送晶片和在粘片點粘焊晶片的傳動機(jī)構(gòu)， 其中，粘片點下安裝有反光鏡，上述焊頭吸嘴中心設(shè)有一中空通孔，中空通孔
的上方設(shè)置有向反光鏡發(fā)光的光源，及采集由反光鏡反射信號的圖像采集器， 圖像采集器還連接一處理上述光信號的計算機(jī)處理系統(tǒng)。焊頭吸嘴上方還設(shè)置有一與其中空通孔同軸的鏡筒，圖像采集器位于鏡筒 上方，鏡筒內(nèi)設(shè)置有半透鏡，光源位于半透鏡的一側(cè)，光源發(fā)出的光線經(jīng)半透 鏡折射到反光鏡，由反光鏡反射，經(jīng)由中空通孔及鏡筒射向圖像采集器，圖像 采集器得到的是吸嘴內(nèi)孔的輪廓圖像。上述中空通孔的孔徑約為0. 2mm。該光源通過半透鏡形成垂直光束。該圖像采集器、鏡筒、焊頭粘片點和反 光鏡的幾何中心處于同 一光軸上。上述圖像采集器由將光信號轉(zhuǎn)換成圖像信號的CCD攝^^幾構(gòu)成，檢測系統(tǒng) 由圖像處理單元、圖像采集器及控制單元組成。另外，本發(fā)明還提供了一種焊頭定位精度檢測方法，其包括以下步驟位 于焊頭吸嘴上方的光源發(fā)出光信號，光信號經(jīng)由位于粘片點的反光鏡反射，射 向焊頭吸嘴上的圖像采集器；當(dāng)依程序焊頭吸嘴應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)粘片點時，控制單元 發(fā)出觸發(fā)脈沖，圖像采集器采集光信號，并將其轉(zhuǎn)換為吸嘴內(nèi)孔輪廓的圖像信 號；將圖像信號傳送至檢測系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理，將圖像中的像素單位轉(zhuǎn)化為測 量單位，并得到圖像的幾何中心坐標(biāo)信息，從而實現(xiàn)對焊頭吸嘴定位精度的檢 測。上述圖像采集器為CCD攝像機(jī)，上述計算機(jī)處理系統(tǒng)包括圖^f象處理單元及 控制單元，該控制單元對圖像采集器及圖像處理單元發(fā)出觸發(fā)脈沖后，該圖像 采集器將采集到的光信號轉(zhuǎn)換為圖像信號，該圖像處理單元對圖像信號進(jìn)行處 理，將其像素單位轉(zhuǎn)化為測量單位，得到圖像的幾何中心坐標(biāo)信息。上述焊頭吸嘴每兩次到達(dá)粘片點時，控制單元對圖像采集器及圖像處理單
元發(fā)送一次觸發(fā)脈沖，完成圖像的采集及處理過程。對圖像的處理時，采用游標(biāo)卡尺標(biāo)定方式對所采集到的圖像進(jìn)行標(biāo)定，調(diào) 整游標(biāo)卡尺的兩尺鉗開口的距離，采集兩尺鉗開口的圖像，將兩尺鉗開口的距 離與兩尺鉗開口圖像的像素作對比，得到測量尺寸與像素之間的比例關(guān)系。該檢測系統(tǒng)對圖像進(jìn)行處理時還包括以下步驟圖像增強采用直方圖指數(shù)化處理，并采用LUT (Look-Up Table)變換， 對圖像灰度進(jìn)行特定計算及轉(zhuǎn)換，其中設(shè)定指數(shù)為1.5;圖像閾值分割(二值化)對此圖像再進(jìn)行一次二值化，將灰度圖像轉(zhuǎn)化成 黑白圖像，二值化處理后目標(biāo)物體:f又白色，背景耳又黑色；圖像數(shù)學(xué)形態(tài)化區(qū)域填充，本系統(tǒng)采用形態(tài)學(xué)的基本運算對二值化后的 圖像進(jìn)行區(qū)域填充，以使圖像中不連續(xù)部分封閉；閉運算，本系統(tǒng)采用形態(tài)學(xué) 的閉運算對圖像進(jìn)行進(jìn)一步處理，使圖像在閾值化后所得到邊界平滑，閉運算 采用3 x 3結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行邏輯運算；凸殼函數(shù)運算，閉運算后圖像進(jìn)一步平滑， 再對圖像進(jìn)行凸殼函數(shù)運算；粒子分析(求中心坐標(biāo))將目標(biāo)物所需要的檢測幾何信息通過電子表格列出；焊頭檢測系統(tǒng)界面和誤差分析系統(tǒng)每采集一次圖像，均對圖像進(jìn)行一次 上述圖像處理，并把粒子分析后的結(jié)果顯示并保存在Excel表格中。本發(fā)明的焊頭定位精度檢測系統(tǒng)及其方法，利用了圖像采集器對焊頭吸嘴 到達(dá)粘片點的吸嘴內(nèi)孔圖像信號進(jìn)行采集，并由圖像處理單元對圖像進(jìn)行處理， 從而得出吸嘴內(nèi)孔圖像的幾何中心坐標(biāo)信息，以非接觸的檢測方式實現(xiàn)對高速 運動焊頭機(jī)構(gòu)定位精確的測量，且對圖像的處理時，是采用游標(biāo)卡尺標(biāo)定方式 對所采集到的圖像進(jìn)行標(biāo)定，所獲得的圖像精度較高；該焊頭定位精度檢測系
統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，僅需對控制系統(tǒng)的參數(shù)及程序進(jìn)行設(shè)定即可對該檢測系統(tǒng)進(jìn)行控制。


圖l為本發(fā)明實施例l的焊頭定位精度^r測系統(tǒng)的組成圖； 圖2為本發(fā)明的焊頭定位精度檢測方法的工作流程； 圖3為本發(fā)明的圖像處理流程圖；圖4為本發(fā)明實施例2的焊頭定位精度;^測系統(tǒng)的組成圖。
具體實施方式
實施例l如圖l所示， 一種焊頭定位精度檢測系統(tǒng)，包括焊頭吸嘴3及控制焊頭吸嘴3 在拾片點2拾取晶片、傳送晶片和在粘片點粘焊晶片的傳動機(jī)構(gòu)8，其中，該粘 片點2下安裝有反光鏡1，為了實施焊頭吸嘴3在真空負(fù)壓狀態(tài)下吸拾晶片，上述 焊頭吸嘴3中心設(shè)有一中空通孔，中空通孔的上方設(shè)置有向反光鏡l發(fā)射光信號 的光源4，及采集由反光鏡1反射信號的圖像采集器6，該圖像采集器6還連接一 處理上述光信號的計算機(jī)處理系統(tǒng)7 。該光源4向反光鏡1發(fā)射出光信號，并在反光鏡l上形成光斑，光斑圖像再反 射回圖像采集器6。當(dāng)依程序焊頭吸嘴3應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)粘片點2時，系統(tǒng)發(fā)出檢測脈沖。 圖像采集器6將采集到的光信號轉(zhuǎn)換為吸嘴內(nèi)孔輪廓的圖像信號，并傳送至計算 機(jī)處理系統(tǒng)7，計算機(jī)處理系統(tǒng)7對圖像信號進(jìn)行處理，得到吸嘴3定位的幾何坐 標(biāo)信息。在焊頭吸嘴3中空通孔的上方還設(shè)置有一與中空通孔同軸的鏡筒5,圖像 采集器6位于鏡筒5上方，鏡筒5內(nèi)設(shè)置有半透鏡9，光源4位于半透鏡9 一側(cè)， 光源4發(fā)出的光線經(jīng)半透鏡9折射，在鏡筒5中形成與鏡筒5同軸的光線，光
線再經(jīng)由中空通孔射向反光鏡l，并在反光鏡l形成中空通孔內(nèi)徑輪廓光斑，光斑圖像再經(jīng)由中空通孔反射到圖像采集器6上。上述中空通孔的孔徑約為0. 2mm。 上述光源4通過半透鏡9形成垂直光束，且該圖像采集器、鏡筒、焊頭粘片 點和反光鏡的幾何中心處于同 一光軸上。上述圖像采集器6由將光斑圖像轉(zhuǎn)換成圖像信號的CCD攝像才幾構(gòu)成，該計 算機(jī)處理系統(tǒng)7由圖像處理單元IO、圖像采集器6及控制單元11組成。其中， 該控制單元11通過向圖像采集器6及圖像處理單元10發(fā)送觸發(fā)脈沖的方式， 來控制其工作。本發(fā)明還提供了一種焊頭定位精度檢測方法，如圖2所示，其包括以下步驟1) 開始檢測系統(tǒng)開始運行，設(shè)于鏡筒5內(nèi)半透鏡9一側(cè)的光源4發(fā)射出光線，在 半透鏡9的作用下，在鏡筒5中形成與鏡筒5同軸的光線，光線再經(jīng)由中空通 孔射向反光鏡l，并經(jīng)反光鏡1反射至圖像采集器6。傳動機(jī)構(gòu)8將焊頭吸嘴3 傳送到粘片點2上，當(dāng)焊頭吸嘴3依程序應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)粘片點2的時刻，控制單元 發(fā)11出觸發(fā)脈沖，圖像采集器6采集焊頭吸嘴中空通孔的內(nèi)徑輪廓光斑圖像。 其中，焊頭吸嘴3在粘片點2停留的時間約為3 Oms(在10至10Oms范圍內(nèi)可調(diào))。2) 系統(tǒng)初始化對計算機(jī)處理系統(tǒng)7及圖像采集器6進(jìn)行初始化處理。3) 圖像標(biāo)定圖像標(biāo)定是該檢測系統(tǒng)進(jìn)行測量的J^出。由于圖像采集器6采集的圖像是 以像素為單位，而現(xiàn)實中物體以毫米為單位，必須把像素單位轉(zhuǎn)化為測量單位， 因此需要對圖像測量系統(tǒng)進(jìn)行合理和精確的標(biāo)定，通過圖像標(biāo)定把圖像的像素
單位轉(zhuǎn)化為實際測量單位。將圖像采用游標(biāo)卡尺標(biāo)定的方式進(jìn)行標(biāo)定。測量前先調(diào)整游標(biāo)卡尺的兩尺鉗開口的距離，本實施例中開口的距離設(shè)為2ram,采集兩尺鉗開口的圖像，通過 兩尺鉗開口的距離與兩尺鉗開口圖像的像素之比，得到兩尺鉗開口之間像素距 離。本實施例中，由兩尺鉗開口邊緣之間的距離中有像素544. 61pixel，而實際 卡尺為標(biāo)準(zhǔn)2mm,即可得出本系統(tǒng)中一個像素為0. 0037mm。 4)判斷是否有觸發(fā)信號當(dāng)判斷到控制單元11有觸發(fā)脈沖時，該圖像釆集器6開始采集圖像，并 將采集到的光信號轉(zhuǎn)換為圖像信號，且傳送至圖像處理單元10進(jìn)行處理。當(dāng)判斷到控制單元11無觸發(fā)脈沖時，檢測系統(tǒng)回到步驟4)，等待觸發(fā)脈沖 的到來。5)圖像處理該圖像處理單元10將^|妻收到的圖<象信號進(jìn)行處理，如圖3所示的圖像處理 流程，其包括以下步驟a) 圖像增強圖^象增強用于調(diào)整圖像的對比度，突出圖^象中的重要細(xì)節(jié)，改善視覺質(zhì)量。 本系統(tǒng)采用直方圖指數(shù)化處理，以增強圖像對比度，減少因爆光不足與振動產(chǎn) 生的模糊。采用查找表(Look-Up Table)變換，對圖像灰度進(jìn)行特定計算及 轉(zhuǎn)換。其中設(shè)定指數(shù)為1.5。b) 圖像閾值分割，進(jìn)行二值化處理經(jīng)過LUT處理后的圖像輪廓已經(jīng)比較清楚，但仍有小量模糊與不連續(xù)。對此 圖像再進(jìn)行一次二值化，將灰度圖像轉(zhuǎn)化成黑白圖像，以便后面目標(biāo)圖像的分 析，同時也便于對圖像中部分干擾因素的處理。二值化處理后目標(biāo)圖像取白色，
背景取黑色，從而使目標(biāo)的特征更明顯。本系統(tǒng)調(diào)整灰度選用的是雙峰法手動閾值，設(shè)置閾值范圍為150-255。 c)圖像數(shù)學(xué)形態(tài)化 區(qū)fe戈填充(Fill holes)本系統(tǒng)采用形態(tài)學(xué)的基本運算對二值化后的圖像進(jìn)行區(qū)域填充，以使增強后 的圖像中不連續(xù)部分封閉。 閉運算(closing )為了使圖像在閾值化后所得到邊界平滑，本系統(tǒng)采用形態(tài)學(xué)的閉運算對圖像 進(jìn)行進(jìn)一步處理。閉運算采用3 x 3結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行邏輯運算。 凸殼函數(shù)運算(Convex Hull)閉運算后圖像進(jìn)一步平滑，再對圖像進(jìn)行凸殼函數(shù)運算。
d) 粒子分析，求中心坐標(biāo)粒子分析是將目標(biāo)圖像所需要檢測的幾何信息通過電子表格列出。
e) 焊頭檢測系統(tǒng)界面和誤差分析系統(tǒng)每采集一次圖像，均對圖像進(jìn)行一次上述圖像處理，并把粒子分析后 的結(jié)果顯示并保存在Excel表格中。 6)判斷檢測是否完畢根據(jù)計算機(jī)處理系統(tǒng)7設(shè)定的參數(shù)判斷檢測是否完畢，當(dāng)檢測完畢時，該 計算機(jī)處理系統(tǒng)7輸出結(jié)果，并結(jié)束采集與處理圖像，結(jié)束檢測；當(dāng)檢測未完 畢時，回到步驟3)。
上述焊頭定位精度檢測方法中，由于焊頭吸嘴3是高速運動的，圖像采集器6采集及轉(zhuǎn)換圖像的速度跟不上焊頭吸嘴3的運動。因此，該檢測系統(tǒng)采用焊頭吸嘴3每兩次到達(dá)粘片點2時，該控制單元11發(fā)送一次觸發(fā)脈沖給圖像采
集器6,從而解決圖像采集器6采集及轉(zhuǎn)換圖像速度跟不上的問題，即采用焊頭 吸嘴3每兩次到達(dá)粘片點2時沖全測一次焊頭吸嘴3的位置精度，而不是每次都 檢測的方法，從而能有效地解決圖像采集器6采集及轉(zhuǎn)換后的圖像模糊的問題。 實施例2如圖4所示，本實施例中可省去鏡筒5和設(shè)置于鏡筒5內(nèi)的半透鏡9，利用設(shè) 于焊頭吸嘴3兩側(cè)的對稱光源4照明，使得圖像采集器6能準(zhǔn)確地采集到吸嘴在粘 片點2上的內(nèi)孔幾何坐標(biāo)的信息，完成焊頭吸嘴3的定位檢測。當(dāng)然，上述光源4的位置可進(jìn)行手動調(diào)整，即可對光源4發(fā)出光信號的方向 和角度進(jìn)行調(diào)整，形成良好的照明效果和避免焊頭吸嘴3在高速運行中對光源的 干涉，從而影響采集圖像信號。
權(quán)利要求
1.一種焊頭定位精度檢測系統(tǒng)，包括焊頭吸嘴(3)及控制焊頭吸嘴(3)在拾片點(2)拾取晶片、傳送晶片和在粘片點粘焊晶片的傳動機(jī)構(gòu)(8)，其特征在于粘片點(2)下安裝有反光鏡(1)，上述焊頭吸嘴(3)中心設(shè)有一中空通孔，中空通孔的上方設(shè)置有向反光鏡(1)發(fā)光的光源(4)，及采集由反光鏡(1)反射的光信號的圖像采集器(6)，圖像采集器(6)還連接一處理上述光信號的計算機(jī)處理系統(tǒng)(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊頭定位精度檢測系統(tǒng)，其特征在于焊頭吸嘴 (3)上方設(shè)置一與其中空通孔同軸的鏡筒(5)，圖像采集器(6)位于鏡筒(5)上方， 鏡筒(5)內(nèi)設(shè)置有半透鏡(9)，光源(4)位于半透鏡(9)的一側(cè)，且其發(fā)出的光線 經(jīng)半透鏡(9)折射并經(jīng)由中空通孔射向反光鏡(1),經(jīng)反射后仍經(jīng)由該中空通孔 及鏡筒(5)射向圖像采集器(6)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊頭定位精度檢測系統(tǒng)，其特征在于光源(4) 通過半透鏡(9)形成垂直光束，該圖像采集器、鏡筒、焊頭粘片點和反光鏡的幾 何中心處于同一光軸上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊頭定位精度檢測系統(tǒng)，其特征在于圖像采集 器(6)由將光信號轉(zhuǎn)換成圖像信號的CCD攝像機(jī)構(gòu)成，該計算機(jī)處理系統(tǒng)(7)由 圖像處理單元(10)、圖^f象采集器(6)及控制單元(11)組成。
5. —種焊頭定位精度檢測方法，其特征在于使用權(quán)利要求1所述的焊頭定 位精度^r測系統(tǒng)，其包括以下步驟1)設(shè)于焊頭吸嘴(3)上方的光源(4)發(fā)出光線，光線經(jīng)由位于粘片點(2)下 的反光鏡(l)反射，射向設(shè)于焊頭吸嘴(3)上的圖像采集器(6)。當(dāng)依程序焊頭吸 嘴(3)應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)粘片點時，控制單元(ll)發(fā)出觸發(fā)脈沖，圖像采集器(6)采集得 到吸嘴內(nèi)孔的輪廓圖像；2) 圖像采集器(6)采集光信號，并將其轉(zhuǎn)換為圖像信號；3) 將圖像信號傳送至計算機(jī)處理系統(tǒng)(7)進(jìn)行圖像處理，將圖像中的像素 單位轉(zhuǎn)化為測量單位，并得到圖像的幾何中心坐標(biāo)信息，從而實現(xiàn)對焊頭吸嘴 (3)定位精度的檢測。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的焊頭定位精度檢測方法，其特征在于在步驟2) 和3)中，該圖像采集器(6)為CCD攝^^幾，該計算機(jī)處理系統(tǒng)(7)包括圖像處理單 元(IO)及控制單元(11),該控制單元(11)對圖像釆集器(6)及圖像處理單元(10) 發(fā)出觸發(fā)脈沖后，圖像處理單元(10)對圖像信號進(jìn)行處理，將其像素單位轉(zhuǎn)化 為測量單位，得到圖像的幾何中心坐標(biāo)信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的焊頭定位精度檢測方法，其特征在于焊頭吸嘴 (3)每兩次到達(dá)粘片點(2)時，該控制單元(11)對圖像采集器(6)及圖像處理單元 (IO)發(fā)送一次觸發(fā)脈沖，完成圖像的采集及處理過程。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的焊頭定位精度檢測方法，其特征在于在步驟(3) 中，對圖像的處理時，采用游標(biāo)卡尺標(biāo)定方式對所采集到的圖像進(jìn)行標(biāo)定，調(diào) 整游標(biāo)卡尺的兩尺鉗開口的距離，采集兩尺鉗開口的圖像，通過兩尺鉗開口的 距離尺寸與相應(yīng)兩尺鉗開口圖像的像素，得到測量圖像的尺寸與像素之間的比 例關(guān)系。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8任一項所述的焊頭定位精度檢測方法，其特征在于 該計算機(jī)處理系統(tǒng)(7)對圖像進(jìn)行處理時還包括以下步驟a.圖像增強采用直方圖指數(shù)化處理，對圖像灰度進(jìn)行特定計算及轉(zhuǎn)換； b. 圖像閾值分割，進(jìn)行二值化處理對此圖像再進(jìn)行一次二值化，將灰度圖像轉(zhuǎn)化成黑白圖像，二值化處理后 目標(biāo)物體取白色，背景取黑色；c. 圖像數(shù)學(xué)形態(tài)化本系統(tǒng)采用形態(tài)學(xué)的基^il算對二值化后的圖像進(jìn)行區(qū)域填充，以使圖像 中不連續(xù)部分封閉；本系統(tǒng)采用形態(tài)學(xué)的閉運算對圖像進(jìn)行進(jìn)一步處理，使圖像在閾值化后所 得到邊界平滑，閉運算采用3 x 3結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行邏輯運算；閉運算后圖像進(jìn)一步平滑，再對圖像進(jìn)行凸殼函數(shù)運算；d. 粒子分析，求中心坐標(biāo)將目標(biāo)物所需要的檢測幾何信息通過電子表格列出；e. 焊頭檢測系統(tǒng)界面和誤差分析系統(tǒng)每采集一次圖像，均對圖像進(jìn)行一次上述圖像處理，并把粒子分析后 的結(jié)果顯示并保存。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種焊頭定位精度檢測系統(tǒng)，包括焊頭吸嘴及控制焊頭吸嘴在拾片點拾取晶片、傳送晶片和在粘片點粘焊晶片的傳動機(jī)構(gòu)，其中，粘片點下安裝有反光鏡，上述焊頭吸嘴中心設(shè)有一中空通孔，中空通孔的上方設(shè)置有向反光鏡發(fā)光的光源，以及采集由反光鏡反射的光信號的圖像采集器，該圖像采集器還連接一處理上述光信號的計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)。該焊頭定位精度檢測系統(tǒng)的測量精度高、不干預(yù)焊頭運動且實時性強。另外，本發(fā)明還公開了一種焊頭定位精度檢測方法。
文檔編號H01L21/66GK101159242SQ20071003137
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者劉吉安, 李克天, 新 陳, 黃向修 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)