芯片全自动拾放视觉定位装置及其定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种芯片全自动拾放视觉定位装置及其定位方法，解决了现有技术存在的准确度不高、灵活性差的问题。包括工控机和芯片拾放工作台（1）上设置的悬臂支架（2），在悬臂支架（2）上设置有可在X、Y、Z三个方向上进行调整定位的俯视相机，该俯视相机还配备有可更换的两个大小倍数镜头，在芯片拾放工作台（1）上设置有仰视相机和带有对位孔（26）的对位旋转板（25），以对位旋转板（25）的外端设置的对位孔（26）为基准，通过俯视相机的两组镜头的精确切换校验两组镜头的相对位置参数，此参数的校验通过仰视相机完成，可计算出两组镜头间的机械偏移量。实现了芯片初始定位，精度能达到2个像素误差。
【专利说明】芯片全自动拾放视觉定位装置及其定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微组装中芯片全自动拾放的一种视觉定位装置，特别涉及一种芯片自动拾放的芯片定位装置及其定位方法。
【背景技术】
[0002]在微组装设备中，芯片的全自动拾放是设备的主要工作内容，在实际操作中，由于芯片尺寸小，电路图形种类多，对芯片的初始定位特别重要，关系到拾放的准确度。在微组装设备中，现有的芯片初始定位通常用一台固定位置的CCD系统完成，适应的芯片尺寸范围有限，不适用于多吸嘴、多工位的相对位置校验，定位准确度不高，灵活性差。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种芯片全自动拾放视觉定位装置及其定位方法，解决了现有技术存在的准确度不高、灵活性差的问题。
[0004]本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的:
一种芯片全自动拾放视觉定位装置，包括工控机和芯片拾放工作台，在芯片拾放工作台的后端固定设置有悬臂支架，在芯片拾放工作台的左侧前端固定设置有仰视相机，在仰视相机的后侧设置有对位旋转板支架，在芯片拾放工作台上设置有芯片上料台，在芯片上料台上活动设置有芯片；在悬臂支架上设置有左右方向上的X轴移动导轨，在X轴移动导轨上设置有X轴直线电机定子和X轴直线电机动子，在X轴直线电机动子上设置有前后方向上的Y轴移动导轨，在Y轴移动导轨上设置有Y轴直线电机定子和Y轴直线电机动子，在Y轴直线电机动子上设置有Z轴导轨丝杠，在Z轴导轨丝杠上设置有Z轴丝杠螺母，在Z轴丝杠螺母上设置有俯视相机安装支架，沿水平方向设置的镜头切换旋转轴承外圈固定设置在俯视相机安装支架上，在镜头切换旋转轴承内圈上设置有切换镜头安装台，在切换镜头安装台上分别设置有大倍数镜头和小倍数镜头，大倍数镜头和小倍数镜头是设置在以镜头切换旋转轴承内圈的中心为圆心的同一圆弧上的，在大倍数镜头的正上方的俯视相机安装支架上设置有俯视相机，镜头切换旋转轴承内圈上设置有旋转驱动带轮，旋转驱动带轮通过同步驱动皮带与设置在俯视相机安装支架上的步进驱动电机连接在一起,在对位旋转板支架的顶端设置有铰轴，在铰轴上铰接有对位旋转板，在对位旋转板的外端设置有对位孔，对位孔设置在仰视相机的上方，步进驱动电机、仰视相机和俯视相机分别与工控机电连接在一起。
[0005]一种芯片全自动拾放视觉定位方法，包括以下步骤:
第一步、移动对位旋转板到左侧前端固定设置的仰视相机上方，使对位孔在仰视相机的视场内清晰成像，并记录对位孔中心在仰视相机中的视场坐标；
第二步、移动俯视相机到对位孔上方，使对位孔在俯视相机中清晰成像，并使对位孔中心位于视场中心；
第三步、工控机控制步进驱动电机驱动镜头切换旋转轴承内圈带动切换镜头安装台转动，使切换镜头安装台上的大倍数镜头与俯视相机对中；
第四步、工控机驱动X轴直线电机动子、Y轴直线电机动子和Z轴丝杠螺母，使移动俯视相机到对位孔上方，使对位孔在俯视相机中清晰成像，并使对位孔中心位于视场中心，记录此时机械坐标值；
第五步、俯视相机的机械坐标加上对位孔中心在仰视相机视场中相对于视场中心的偏移量，即为仰视相机的机械坐标，即仰视相机在工作台上的物理位置坐标；
第六步、移动俯视相机与大倍数镜头，使其视场中心与仰视相机视场中心重合，记录此时的机械坐标X1、Yl ；
第七步、控制系统驱动镜头切换旋转轴承内圈带动切换镜头安装台转动，使切换镜头安装台上的小倍数镜头与俯视相机对中；
第八步、移动俯视相机与小倍数镜头，使其视场中心与仰视相机视场中心重合，记录此时的机械坐标X2、Y2 ；
第九步、计算坐标Χ1、Υ1与Χ2、Υ2的偏差，此偏差即为大倍数镜头与小倍数镜头的物理偏移量；
第十步、通过仰视相机与俯视相机的大倍数镜头、小倍数镜头的校验数据，可以定位拾取工作台上任意位置的芯片。
[0006]本发明的芯片全自动拾放的视觉定位方法应用于多功能精密组装系统设备上，可实现芯片的全自动拾放自动定位。此方法采用仰视与俯视双相机、俯视相机双镜头切换方式，实现了芯片初始定位，精度能达到2个像素误差。此方法可广泛应用于微组装设备，如全自动点胶机、共晶贴片机、晶圆芯片拾放机等设备中。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的俯视相机16的定位机构的结构示意图；
图3是本发明的切换镜头安装台19的结构示意图；
图4是本发明的切换镜头安装台19在俯视方向上的结构示意图；
图5是本发明的仰视相机3与对位旋转板支架4之间的配合关系图。
【具体实施方式】
[0008]一种芯片全自动拾放视觉定位装置，包括工控机和芯片拾放工作台1，在芯片拾放工作台I的后端固定设置有悬臂支架2，在芯片拾放工作台I的左侧前端固定设置有仰视相机3，在仰视相机3的后侧设置有对位旋转板支架4，在芯片拾放工作台I上设置有芯片上料台5，在芯片上料台5上活动设置有芯片6 ;在悬臂支架2上设置有左右方向上的X轴移动导轨7，在X轴移动导轨7上设置有X轴直线电机定子8和X轴直线电机动子9，在X轴直线电机动子9上设置有前后方向上的Y轴移动导轨10，在Y轴移动导轨10上设置有Y轴直线电机定子11和Y轴直线电机动子12，在Y轴直线电机动子12上设置有Z轴导轨丝杠13，在Z轴导轨丝杠13上设置有Z轴丝杠螺母14，在Z轴丝杠螺母14上设置有俯视相机安装支架15，沿水平方向设置的镜头切换旋转轴承外圈17固定设置在俯视相机安装支架15上，在镜头切换旋转轴承内圈18上设置有切换镜头安装台19，在切换镜头安装台19上分别设置有大倍数镜头20和小倍数镜头21，大倍数镜头20和小倍数镜头21是设置在以镜头切换旋转轴承内圈18的中心为圆心的同一圆弧上的，在大倍数镜头20的正上方的俯视相机安装支架15上设置有俯视相机16，镜头切换旋转轴承内圈18上设置有旋转驱动带轮，旋转驱动带轮通过同步驱动皮带22与设置在俯视相机安装支架15上的步进驱动电机23连接在一起，在对位旋转板支架4的顶端设置有铰轴24，在铰轴24上铰接有对位旋转板25，在对位旋转板25的外端设置有对位孔26，对位孔26设置在仰视相机3的上方，步进驱动电机23、仰视相机3和俯视相机16分别与工控机电连接在一起。
[0009]一种芯片全自动拾放视觉定位方法，包括以下步骤:
第一步、移动对位旋转板25到左侧前端固定设置的仰视相机3上方，使对位孔26在仰视相机的视场内清晰成像，并记录对位孔26中心在仰视相机中的视场坐标；
第二步、移动俯视相机到对位孔26上方，使对位孔26在俯视相机中清晰成像，并使对位孔26中心位于视场中心；
第三步、工控机控制步进驱动电机23驱动镜头切换旋转轴承内圈18带动切换镜头安装台19转动，使切换镜头安装台19上的大倍数镜头20与俯视相机16对中；
第四步、工控机驱动X轴直线电机动子9、Y轴直线电机动子12和Z轴丝杠螺母14，使移动俯视相机16到对位孔26上方，使对位孔26在俯视相机16中清晰成像，并使对位孔26中心位于视场中心，记录此时机械坐标值；
第五步、俯视相机16的机械坐标加上对位孔26中心在仰视相机3视场中相对于视场中心的偏移量,即为仰视相机的机械坐标,即仰视相机3在工作台I上的物理位置坐标；第六步、移动俯视相机16与大倍数镜头20，使其视场中心与仰视相机3视场中心重合，记录此时的机械坐标X1、Yl ；
第七步、控制系统驱动镜头切换旋转轴承内圈18带动切换镜头安装台19转动，使切换镜头安装台19上的小倍数镜头21与俯视相机16对中；
第八步、移动俯视相机16与小倍数镜头21，使其视场中心与仰视相机3视场中心重合，记录此时的机械坐标Χ2、Υ2 ;
第九步、计算坐标Χ1、Υ1与Χ2、Υ2的偏差，此偏差即为大倍数镜头20与小倍数镜头21的物理偏移量；
第十步、通过仰视相机3与俯视相机16的大倍数镜头20、小倍数镜头21的校验数据，可以定位拾取工作台I上任意位置的芯片。
【权利要求】
1.一种芯片全自动拾放视觉定位装置，包括工控机和芯片拾放工作台(1)，在芯片拾放工作台(I)的后端固定设置有悬臂支架(2)，在芯片拾放工作台(I)的左侧前端固定设置有仰视相机(3)，在仰视相机(3)的后侧设置有对位旋转板支架(4)，在芯片拾放工作台(I)上设置有芯片上料台(5)，在芯片上料台(5)上活动设置有芯片(6);在悬臂支架(2)上设置有左右方向上的X轴移动导轨(7)，在X轴移动导轨(7)上设置有X轴直线电机定子(8)和X轴直线电机动子(9 )，在X轴直线电机动子(9 )上设置有前后方向上的Y轴移动导轨(10 )，在Y轴移动导轨(10)上设置有Y轴直线电机定子(11)和Y轴直线电机动子(12)，在Y轴直线电机动子(12)上设置有Z轴导轨丝杠(13)，在Z轴导轨丝杠(13)上设置有Z轴丝杠螺母(14)，在Z轴丝杠螺母(14)上设置有俯视相机安装支架(15)，其特征在于，沿水平方向设置的镜头切换旋转轴承外圈(17)固定设置在俯视相机安装支架(15)上，在镜头切换旋转轴承内圈(18)上设置有切换镜头安装台(19)，在切换镜头安装台(19)上分别设置有大倍数镜头(20)和小倍数镜头(21)，大倍数镜头(20)和小倍数镜头(21)是设置在以镜头切换旋转轴承内圈(18)的中心为圆心的同一圆弧上的，在大倍数镜头(20)的正上方的俯视相机安装支架(15)上设置有俯视相机(16)，镜头切换旋转轴承内圈(18)上设置有旋转驱动带轮，旋转驱动带轮通过同步驱动皮带(22)与设置在俯视相机安装支架(15)上的步进驱动电机(23 )连接在一起，在对位旋转板支架(4 )的顶端设置有铰轴(24 )，在铰轴(24 )上铰接有对位旋转板(25 )，在对位旋转板(25 )的外端设置有对位孔(26 )，对位孔(26 )设置在仰视相机(3 )的上方，步进驱动电机(23 )、仰视相机(3 )和俯视相机(16 )分别与工控机电连接在一起。
2.一种芯片全自动拾放视觉定位方法，包括以下步骤: 第一步、移动对位旋转板(25)到左侧前端固定设置的仰视相机(3)上方，使对位孔 (26)在仰视相机的视场内清晰成像，并记录对位孔(26)中心在仰视相机中的视场坐标；第二步、移动俯视相机到对位孔(26)上方，使对位孔(26)在俯视相机中清晰成像，并使对位孔(26)中心位于视场中心；第三步、工控机控制步进驱动电机(23)驱动镜头切换旋转轴承内圈(18)带动切换镜头安装台(19)转动，使切换镜头安装台(19)上的大倍数镜头(20)与俯视相机(16)对中；第四步、工控机驱动X轴直线电机动子(9)、Y轴直线电机动子(12)和Z轴丝杠螺母(14)，使移动俯视相机(16)到对位孔(26)上方，使对位孔(26)在俯视相机(16)中清晰成像，并使对位孔(26)中心位于视场中心，记录此时机械坐标值； 第五步、俯视相机(16)的机械坐标加上对位孔(26)中心在仰视相机(3)视场中相对于视场中心的偏移量，即为仰视相机的机械坐标，即仰视相机(3)在工作台(I)上的物理位置坐标； 第六步、移动俯视相机(16)与大倍数镜头(20)，使其视场中心与仰视相机(3)视场中心重合,记录此时的机械坐标X1、Yl ； 第七步、控制系统驱动镜头切换旋转轴承内圈(18)带动切换镜头安装台(19)转动，使切换镜头安装台(19)上的小倍数镜头(21)与俯视相机(16)对中； 第八步、移动俯视相机(16)与小倍数镜头(21)，使其视场中心与仰视相机(3)视场中心重合,记录此时的机械坐标X2、Y2 ； 第九步、计算坐标X1、Yl与Χ2、Υ2的偏差，此偏差即为大倍数镜头(20)与小倍数镜头(21)的物理偏移量； 第十步、通过仰视相机(3)与俯视相机(16)的大倍数镜头(20)、小倍数镜头(21)的校验数据，可以定 位拾取工作台(I)上任意位置的芯片。
【文档编号】H01L21/68GK104051312SQ201410272871
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】侯一雪, 王雁, 曹国斌, 田志峰, 张永聪 申请人:中国电子科技集团公司第二研究所