专利名称：视觉检查系统和利用该系统检查工件的方法
技术领域：
本发明涉及一种视觉检查系统和利用该系统检查工件的方法，更具体的， 涉及一种用于获取和检查工件的图像数据的视觉检查系统和利用该系统检查 工件的方法。
背景技术：
视觉检查系统包括用于取得各种目标的图像以获取图像数据的摄像机和 用于利用图像处理程序处理从摄像机输入的图像数据的计算机。该视觉检查系 统应用在各个领域，包括目标识别、目标检查、目标测量以及合格品和次品的 分类。
美国专利No.7，030,351、美国专利公开No.2003/0197925Al以及许多其它 专利文献公开了视觉检查系统。这些专利文献中公开的视觉检查系统由工件载 台、摄像机载台、控制器、摄像机和计算机形成。为了装载、卸载和定位工件， 工件载台设计成能沿X轴和Y轴方向直线运动。摄像机载台布置在工件载台 上方。为了使摄像机定位和聚焦，摄像机载台配置成能沿X轴、Y轴和Z轴 方向做直线运动并能关于Z轴做旋转运动。该计算机与计算机连接，以便能 控制工件载台和摄像机载台的操作。
上述引用专利文献中教导的视觉检查系统可能产生严重错误，因为图像数 据是通过固定工件和摄像机中的一个并移动另一个而获得的。在当工件被固定 就位时摄像机反复移动和停止来取得工件的图像的情况下，视觉检查系统中产 生大量振动，这从而增加了图像数据的误差。另一个缺点是，通过相对于固定 的工件反复移动和停止摄像机来取得工件的影像是费时的。
在摄像机被固定就位并且通过相对于固定的摄像机移动工件取得工件的 图像的情况下，存在的问题是工件运动期间产生的振动极大地降低了图像数据 的可靠性，并且取得工件影像的任务是费时的。特别的，上述引用专利文献中 教导的视觉检查系统不适合用于准确地检查和测量大尺寸工件，比如形成平台显示——比如TFT-LCD (薄膜晶体管-液晶显示器)、PDP (等离子显示器)或
EL (电致发光)显示器——的玻璃基板、元件和模块。
发明内容
技术问题
考虑到现有技术所固有的上述问题，本发明的目的是提供一种视觉检查系 统和一种利用该系统检查工件的方法，所述视觉检查系统能够通过彼此相向地 移动工件和摄像机获得图像数据、然后总体上最小化施加在所述系统中的扭矩 并大大地提高所获得图像数据的可靠性。
本发明的另 一个目的是提供一种能够缩短检查工件所需时间的视觉斗全查 系统和利用该系统4企查工件的方法。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种视觉检查系统，包括 具有上表面的平台，所述上表的相对端区域定义为第一位置和第二位置； 具有用于支撑工件的工作台的第一移送装置，第一移送装置安装在平台的 上表面上，用于在第一位置和第二位置之间直线移动工作台； 布置在平台上用于取得工件的图像以输出图像数据的摄像机； 安装在平台的上表面用于在第一位置和第二位置之间直线移动所述摄係-机的第二移送装置；和
连接到第一移送装置、摄像机和第二移送装置上的计算机，计算机用来以 将工作台从第 一位置向第二位置移动的方式控制第一移送装置，并用来以将摄 像机从第二位置向第一位置移动的方式控制第二移送装置，所述计算机设置有 用于处理从所述摄像机输入的图像数据的图像处理程序。
根据本发明的另一方面，提供一种利用视觉检查系统检查工件的方法，所 述视觉检查系统包括具有上表面的平台，所述上表面的相对端区域定义为第一 位置和第二位置；安装在所述平台的上表面上并设置有能够在第一位置和第二 位置之间作直线运动的工作台的第一移送装置；至少一个摄像才几，其布置在所 述平台上面；安装在平台的上表面用于在第一位置和第二位置之间直线移动所 述摄像机的第二移送装置；和用于处理从所述摄像机输入的图象数据的计算 机，该方法包括以下步骤
5使所述第 一移送装置将所述工作台带入所述第 一位置；
将所述工件装载在保持在所述第一位置的所述工作台上； 使所述第二移送装置将所述摄像机带入所述第二位置； 使所述第 一移送装置将所述工作台从所述第 一位置向所述第二位置移动， 同时使所述第二移送装置将所述摄像机从所述第二位置向所述第 一位置移动； 通过使所述摄像机拍摄所述工件的图像获得所述工件的图像数据；以及 使所述计算机处理从所述摄像机输入的所述图像数据。 -有益效果
采用上述的视觉检查系统和工件检查方法，可能使施加到所述系统上的扭 矩整体上减到最小并大大地提高图〗象数据的可靠性，同时缩短;险查工件所需要 的时间。
本发明的上述及其他目的和特点从以下结合附图对优选实施例的说明中
将更加清楚，其中
图l是示出根据本发明的视觉检查系统的正视图2是示出根据本发明的视觉检查系统的側视图3是说明根据本发明的视觉检查系统的运行的示意性正视图4是表示本视觉检查系统中的工作台和摄像机的相对位移以及平台的
垂直振动位移的图形，两者均是通过彼此相对移动工作台和摄4象机而测量的； 图5是表示本视觉检查系统中的工作台和摄像机的相对位移以及平台的
垂直振动位移的图形，两者都是通过固定工作台并使^W象机向工作台移动而测
量的；以及
图6是阐明根据本发明的工件检查方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的目的、有益效果和创造性特点通过附图和以下优选实施例将被清 楚地理解。现在将参照附图对根据本发明的一见觉检查系统和工件检查方法的优 选实施例作详细说明。
首先参考图1和2，本发明的视觉检查系统IO设计用于检查和测量平台 工件2中存在的缺陷，工件2比如是形成平台显示的玻璃基板、元件和才莫块。视觉检查系统10包括具有加工精密和平滑的上表面的平台20，该加工精密和 平滑的上表面是为了保证精确检查和测量工件2。平台20的上表面上的相对 端区域分别定义为第一位置Pl和第二位置P2。尽管第一位置Pl和第二位置 P2沿图1和2中平台20的X轴方向布置，但其也可以沿平台20的Y轴方向 布置。平台20通过吸震和减振的多个基部隔振体22稳定地支承在基部24的 上表面上。
在平台20的上表面上设置有用于在第一位置P1和第二位置P2之间移送 工件2的第一移送装置30。第一移送装置30由工作台32和线性致动器34组 成。工作台32布置在平台20上面以使其能在第一位置Pl和第二位置P2之 间移动。工件2;^文置在工作台32上。
线性致动器34安装在平台20的上表面和工作台32的下表面之间。线性 致动器34使得工作台32在第一位置P1和第二位置P2之间作直线往复运动。 线性致动器34包括:设置在平台20的上表面和工作台32的下表面之间的一对 直线运动导向装置36和布置在直线运动导向装置36之间并操作地连接到工作 台32的直线电机38。每个直线运动导向装置36包括固定到平台20的上表面 的导轨36a和可滑动地设置在导轨36a上并固定到工作台32的下表面的多个 滑块36b，导轨36a延伸跨越第一位置Pl和第二位置P2。通过直线电机38 的驱动力并在直线运动导向装置36的引导下，工作台32在第一位置P1和第 二位置P2之间直线移动。
可选择的，线性致动器34可包括伺服电动机、丝杠、滚珠螺母和一对直 线运动导向装置。第一移送装置30可由包括用于使工作台32沿平台20的X 轴和Y轴方向作直线往复运动的X轴致动器和Y轴致动器的直角坐标^L器手 组成。此外，第一移送装置30可由能够使工作台32沿平台20的X轴、Y轴 和Z轴方向作直线往复运动并也能够使工作台32关于X轴、Y轴和Z轴中的 一个旋转和倾斜的多轴机器手组成。通过利用直角坐标才几器手或多轴机器手， 工件2可以准确地定位在工作台32上。
摄像机40布置在平台20上面，以在第一位置P1和第二位置P2之间移 动。摄像机40用来通过取得工件2的图像输出图像数据。每台摄像机40可由 CCD (电荷耦合装置)摄像机组成。尽管在图2中有五台摄像机40沿平台20
7的Y轴方向布置，但摄像机40的数量和布置位置可根据具体情况进行任意的 变化。
参照图1和3，视觉检查系统10包括安装在平台20的上表面上以4吏其能 从第二位置P2向第一位置Pl移送摄像机40的第二移送装置50。第二移送装 置50由能沿与工件2的移动方向相反的方向移送摄傳^几40的线性致动器52 组成。线性致动器52包括托架54、 一对直线运动导向装置56和直线电才几58。
托架54布置在平台20上面以使其能在第一位置Pl和第二位置P2之间 移动。摄像机40附装在托架54上。直线运动导向装置56以互相平行的关系 布置在平台20的上表面和托架54的下表面之间，以使其能够引导托架54的 直线运动。直线电机58设置在直线运动导向装置56之间以使其能使托架54 沿直线运动导向装置56移动。每个直线运动导向装置56包括固定到平台20 的上表面的导轨56a和可滑动地设置在导轨56a上并固定到托架54的下表面 的多个滑块56b，导轨56a延伸跨越第一位置Pl和第二位置P2。如同第一移 送装置30的线性致动器34,第二移送装置50的线性致动器52可由直角坐标 机器手或多轴机器手组成。为了完成精确定位和聚焦任务，摄像机40附装在 台上，所述台依次设置在托架54上。
返回到图l，视觉检查系统10包括连接到第一移送装置30的直线电机38 上的计算机60、摄像机40和第二移送装置50的直线电机58。计算机60用来 控制第一移送装置30、摄像机40和第二移送装置50的运行。计算机60以将 放置在工作台32上的工件2从第一位置Pl移送至第二位置P2的方式控制第 一移送装置30的运行，并还控制第二移送装置50的运行以将附装在托架54 上的摄像机40从第二位置P2移送至第一位置Pl。计算机60用于通过利用图 像处理程序处理从摄像机40输入的图像数据。因此，所获得的工件2的图像 数据被输出到监-见器62或其它显示设备。
现在，将参照图6对利用具有上述结构的视觉检查系统的工件检查方法进 行说明。
同时参考图1和2，通过操作线性致动器34,工作台32进入平台20上的 第一位置PI(SIO)，然后将工件2装载在工作台32上(S12)。装卸和卸载工 件2的任务由移送进料器、处理机、运输机或其它装置实施。接着，通过操作线性致动器52,摄像机40进入平台20上的第二位置P2 (S14 )。 一旦载入工件2且摄像机40就位，计算机60以将工作台32从第一 位置P1向第二位置P2移动的方式控制第一移送装置30的运行(S16)。在计 算机60的控制下，线性致动器34的直线电机38被驱动，由此，工作台32 从第一位置P1被移送至第二位置P2。此时，工作台32的直线运动由直线运 动导向装置36引导。
同时，当通过第一移送装置30移送工作台32时，计算机60以将托架54 从第二位置P2移送至第一位置Pl的方式控制第二移送装置50的运行(S18 )。 当线性致动器52的直线电机58在计算机60的控制下被驱动时，托架54通过 直线电机58的运行从第二位置P2被移送至第一位置P1。此时，托架54的直 线运动由直线运动导向装置56引导。因此，摄像机40以与工件2的移动方向 相反的方向移动以使工件2和摄像机40能彼此相向移动。
计算机60控制第一移送装置30和第二移送装置50的运行，以便保证》丈 置在第一移送装置30的工作台32上的工件2逐渐与附装在第二移送装置50 的托架54上的摄像机40对准(S20 )。 一旦摄像机40对准在用于检查工件2 的位置，第一移送装置30的直线电机38和第二移送装置50的直线电机58 在计算机60的控制下停止。
参照图3，第二移送装置50在平台20的上表面移动期间，减速到零速度 或从零速度加速。此时，作用在第二移送装置50的重心G2上的作用力F,由 方程式F,^m,xa,表示，其中m,是第二移送装置50的质量，a,是第二移送装 置50的加速度。反作用力F2和反作用力矩T与作用力F,相反作用在视觉抬r 查系统10的重心Gi上。
假定基部隔振体22保持平台20没有任何旋转，工件2由第一移送装置 30从第一位置P1移送至第二位置P2。与工件2的移动相对应，摄像机40由 第二移送装置50在与工件2的移动方向相反的方向被移送。由于第一移送装 置30和第二移送装置50在相反方向上移动，因此，作用在视觉检查系统10 中的反作用力和反作用力矩互相抵销。这减小了作用在视觉检查系统10的重 心G,上的作用力和扭矩。
第二移送装置50的加速度a,与工作台32的加速度a2 (能使作用在一见觉检查系统10的重心G!的扭矩减到最小)的比值建立在下面的方程式中 mjxa产h产m2xa2xh2,其中，h,是视觉检查系统10的重心G,和第二移送装置 50的重心G2之间的高度，ni2是工作台32的质量，h2是^L觉检查系统10的重 心Gi和工作台32的重心G3之间的高度。如果工作台32的加速度a2和第二移 送装置50的加速度a!隶属于a口2的比值，则作用在-见觉4全查系统10的重心 Gj的扭矩减到最小。
通过利用视觉检查系统10实施样本和比较例的实验，以确认当摄像机40 以a口2的比值沿与工件2的移动方向相反的方向移送时，视觉检查系统10的 扭矩是否减小。在样本的实验中，摄像机40以a"a2的比值沿与工件2的移动 方向相反的方向移送以使工件2和摄像机40能相向移动。在比较例的实验中， 在工件2固定就位的状态下，只有摄像机40被移送。
在样本和比较例的实验中，通过电容传感器测量工作台32和摄像机40 的相对位移。通过激光位移传感器测量平台20的垂直振动位移。样本的实验 结果示出在图4中，比较例的实验结果示出在图5中。
参照图4，在样本的实验中，对应于工作台32和摄像机40的相对位移的 电压差等于0.2V，对应于平台20的垂直振动位移的电压差等于0.45V。参考 图5,在比较例的实-睑中，对应于工作台32和摄像机40的相对位移的电压差 等于0.33V，对应于平台20的垂直振动位移的电压差等于3.34V。
可以看出，在样本的实验中获得的对应于平台20的垂直振动位移的电压 差比在比较例中获得的小2.89V，而且，在样本的实验中获得的对应于工作台 32和摄像机40的相对位移的电压差比在比较例中获得的小0.25V。这意味着， 与比较例的实验相比，样本的实验中的工作台32和摄像机40的振动急剧减小。
如果工件2和摄像机40停止在检查位置，摄像机40拍摄工件2的图像以 获得图像数据(S22 )。由于视觉检查系统10的工作台32和托架54彼此相向 移动从而减小平台20、工作台32和摄像机40的振动，因此更可能大大地提 高由摄像机40获得的图像数据的可靠性。此外，由于视觉检查系统IO的工作 台32和托架54彼此相向移动，因此与只有托架54移动的情况相比，可能大 大地缩短工件2的冲企查时间。
最后，计算机60利用图像处理程序处理从摄像机40输入的工件2的图像数据(S24)。通过利用存储在计算机60中的图像处理程序，执行^f全查以查明 工件2的缺陷，然后将工件2归类进合格品和废品中。工件2的^r查结果显示 在监视器62上。如果完成对工件2的检查，计算机60控制第一移送装置30 和第二移送装置50的运行以使工作台32和托架54能返回其初始位置。
以上所示和所述的实施例不应解释为限制本发明的保护范围。本领域技术 人员可以理解，对本发明所做的各种变化和改进都没有脱离权利要求所限定的 本发明的范围。
工业实用性
利用如上所述的视觉检查系统和工件检查方法，通过允许第一移送装置和 第二移送装置同时彼此相向地移动工件和摄像机来获得图像数据。这帮助在整 体上使作用在视觉检查系统上的扭矩减到最小，从而阻止产生振动并大大地提 高所获得图像数据的可靠性。还可能急剧地减少检查工件所需的时间。
ii
权利要求
1. 一种视觉检查系统，包括平台，所述平台具有上表面，该上表面的相对的两末端区域定义为第一位置和第二位置；第一移送装置，所述第一移送装置具有用于支撑工件的工作台，该第一移送装置安装在所述平台的上表面上，用于在所述第一位置和所述第二位置之间直线移动所述工作台；摄像机，所述摄像机布置在所述平台上，用于取得所述工件的图像以输出图像数据；第二移送装置，所述第二移送装置安装在所述平台的上表面，用于在所述第一位置和所述第二位置之间直线移动所述摄像机；以及计算机，所述计算机连接到所述第一移送装置、所述摄像机和所述第二移送装置上，所述计算机用来以将所述工作台从所述第一位置向所述第二位置移动的方式控制所述第一移送装置，并用来以将所述摄像机从所述第二位置向所述第一位置移动的方式控制所述第二移送装置，所述计算机设置有用于处理从所述摄像机输入的图像数据的图像处理程序。
2. 如权利要求1所述的视觉检查系统，其中，所述第一移送装置包括 一对直线运动导向装置，所述直线运动导向装置安装在所述平台的所述上表面上，用于在所述第一位置和所述第二位置之间引导所述工作台的直线运 动，以及直线电机，所述直线电机布置在所述直线运动导向装置之间并连接到所述 工作台上，用于沿所述直线运动导向装置移动所述工作台。
3. 如权利要求2所述的视觉检查系统，其中，所述第二移送装置包括 托架，所述托架布置在所述平台上面，用于在所述第一位置和所述第二位置之间移动，所述摄像机附装在所述托架上；一对直线运动导向装置，所述直线运动导向装置安装在所述平台的所述上 表面上，用于在所述第一位置和所述第二位置之间引导所述托架的直线运动， 以及直线电机，所述直线电机布置在直线运动导向装置之间并连接到所述托架 上，用于沿所述直线运动导向装置移动所述^l乇架。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的视觉检查系统，还包括用于支撑所述平台的多个基部隔振体。
5. —种利用视觉检查系统检查工件的方法，所述一见觉检查系统包括平台， 所述平台具有上表面，该上表面的相对的两末端区域定义为第一位置和第二4立 置；第一移送装置，所述第一移送装置安装在所述平台的上表面上并设置有能 够在所述第一位置和所述第二位置之间作直线运动的工作台；至少一台掘/f象 机，其布置在所述平台上面；第二移送装置，所述第二移送装置安装在所述平 台的上表面上，用于在所述第一位置和所述第二位置之间直线移动所述li/f象 机；和计算机，所述计算机用于处理从所述摄像机输入的图象数据，该方法包 括以下步骤使所述第一移送装置将所述工作台带入所述第 一位置； 将所述工件装载在保持在所述第一位置的所述工作台上； 使所述第二移送装置将所述摄像机带入所述第二位置； 使所述第 一移送装置将所述工作台从所述第 一位置向所述第二位置移动， 同时使所述第二移送装置将所述摄像机从所述第二位置向所述第一位置移动； 通过使所述摄像机拍摄所述工件的图像获得所述工件的图像数据；以及 使所述计算机处理从所述摄像机输入的所述图像数据。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，当在获取所述工件的图像数据的步 骤中所述工件的图像通过所述摄像机获得时，所述工作台和所述摄像机停止以 保证所述工件和所述摄像机互相对准。
全文摘要
本发明提供一种视觉检查系统和用于检查各类工件的工件检查方法。该视觉检查系统包括平台、第一移送装置、摄像机、第二移送装置和计算机。该第一移送装置安装在平台的上表面上，具有用于支撑工件的工作台，并在第一位置和第二位置之间直线移动该工作台。摄像机布置在平台上面，用于取得工件的图像，以输出图像数据。第二移送装置安装在平台的上表面上，用于在第一位置和第二位置之间直线移动摄像机。计算机控制第一移送装置，以将工作台从第一位置移动至第二位置，并控制第二移送装置，将摄像机从第二位置移动至第一位置。
文档编号G02F1/13GK101427173SQ200780014478
公开日2009年5月6日 申请日期2007年7月10日 优先权日2007年3月28日
发明者安佑正, 柳希昱, 金正焕 申请人:株式会社Snu精密