专利名称：在差的对比背景下金属物体的计算机视觉识别的制作方法
技术领域：
本发明涉及在绝缘体或非金属的差的对比背景下实现含有金属物体的部件的目测。本发明对于借助计算机视觉来识别由浅色陶瓷衬底所携带的小焊接球的球栅阵列(BGA)、从而实现监视和在电路板或卡上对BGA进行表面安装特别有益，但并不排除其它情况。
在IBM应用记录中描述了传统的球栅阵列(BGA)，“陶瓷球栅阵列表面安装的装配与再处理”，2000年7月，可以从以下网址获得http//www-3.ibm.com/chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/852569B20050FF7785256996005B1D23/$file/bgaguide.pdf。
在该出版物的第10页指出如果BGA封装使用了白色陶瓷衬底，则焊接球和白色陶瓷衬底之间很差的光对比度会使显示系统很难调谐，从而导致不能正确识别BGA封装或者将其错误地报废。
BGA或者陶瓷球栅阵列(CBGA)是在表面安装技术(SMT)中经常使用的组件或者封装。该部件的底部由陶瓷衬底上按照预定图案(通常是矩形栅阵列)排列的高熔点小焊接球(例如直径零点几毫米)组成，它们被共晶焊接焊脚连接到该陶瓷衬底上。该部件被放置在具有匹配图案的接触焊点的电路板或者卡上，在这些焊点上涂有共晶焊剂。将电路板或卡快速通过烘烤炉，使焊剂形成焊脚，从而使焊接球和接触焊点结合。
目前，有一种挑选和安置机器被用于从存放位置挑选BGA及其它部件，并且此机器利用一个包括仰视摄影机和正面照明的计算机视觉设备来检查BGA。如果BGA不被剔除，就控制BGA在电路板或卡上的定位，使BGA上的焊球与电路板或卡上的电路焊点正确的对准。如果BGA缺少一个或更多的焊球、焊球的位置不正确或者焊球的尺寸不匀称，则应当被剔除。
大部分的BGA具有深色的陶瓷底部和银色的金属焊球。这种组合方式提供了球和背景之间良好的对比度。有些BGA在白色或非常浅颜色的陶瓷背景上具有银色或者金色的金属焊球。这样的部件无法为当前的计算机视觉系统提供足够的视觉对比度以便对BGA进行可靠识别。特别当利用当前的摄影机和照明对具有白色或浅色底部的BGA进行识别时，由于焊球的外观和陶瓷背景几乎显现同样的亮度，因而造成视觉系统不能区分焊球和背景。
有一种已知技术被用于试图改善白色陶瓷BGA的目测并从而改善对它的识别，该技术使用所谓的“同轴照明”来照射正被显现的部件，其中该照射光通过摄影机镜头前的分光器而被引入，以使所获得的照明与摄影机镜头同轴。这种“同轴照明”技术的使用被证明最多是勉强有效。当同轴照明和相当昂贵的远心摄影机镜头组合使用的时候，得到的识别效果虽然有所提高，但仍然达不到成功识别的标准。
本发明的目的是克服现有技术对于较差的对比度绝缘体背景下的金属物体的目测的上述缺点，特别是改善这种目测，从而提高识别白色或浅色陶瓷BGA的成功率。
利用一种方法和设备来满足本发明的以上目的和其它目的，其中正被显现的部件被线性偏振电磁辐射(例如通过偏振滤光器的光)照射，以及从该部件上反射并通过一个偏振滤光器的电磁辐射形成一幅图像，所述偏振滤光器被定向成用于通过具有基本上与照明该部件的辐射的偏振方向正交的偏振方向的辐射。因为从金属物体或者焊接球上反射的辐射与照明辐射的偏振方向相同，因此从金属物体上反射的辐射实际上不会通过后一偏振滤光器并在所形成的图像中显示出来。另一方面，因为从非金属或绝缘体背景反射的辐射在偏振中被清除，并且该辐射包括了与照明辐射之偏振方向正交的偏振方向的辐射，因此从该背景反射的某些辐射通过后一偏振滤光器并且显示在所形成的图像上。因此，在所形成的该图像中可以观察到在金属物体与背景之间具有显著的对比度的该部件，例如，金属物体可以呈现黑色，而背景呈白色或其它浅色，从而允许对该金属物体进行可靠的计算机视觉识别。
根据本发明用于目测具有相对于浅色非金属背景的金属物体的部件的方法包括用在预定的第一方向上线性偏振的电磁辐射来照射该部件；以及形成从通过一个线性偏振滤光器观看到的该部件所反射的电磁辐射的图像，所述线性偏振滤光器被定向成用于通过在第二方向上线性偏振的电磁辐射，所述第二方向与第一偏振方向基本上正交。这种方法还包括在所形成的图像中识别金属物体。
与此相似，根据本发明用于目测具有相对于浅色非金属背景的金属物体的部件的设备包括一个或多个使用线性偏振的电磁辐射来照射该部件的源，至少一个源产生在预定的第一方向上线性偏振的电磁辐射；以及图像形成装置，用于形成从通过一个线性偏振滤光器所观看到的该部件反射的电磁辐射的图像，所述线性偏振滤光器被定向成用于通过在第二方向上线性偏振的电磁辐射，所述第二方向与第一方向基本上正交。这种设备还包括用于在所形成的图像中识别金属物体的计算机视觉系统，以及还包括一个操作器，用于将该部件安置在电路板或卡上，使该部件的被识别的金属物体与该电路板或卡上的接触焊点对准。
本发明还包括一个电路板或卡，在其上表面安装根据上述方法所识别的部件，这种表面安装使该部件的被识别的金属物体与该板或卡上的接触焊点对准。
在结合附图阅读以下的详细描述之后可以明了本发明的其它目标、特征以及优点，其中
图1是依照本发明的目测、识别和安置设备简要剖面正视图。
图2从线2-2观看的图1的照明和接收(reption)部分的顶视图。
参考附图中的图1和图2，本发明用于在绝缘体或非金属的较差对比背景下目测具有金属物体的部件可以结合一个传统计算机视觉系统10来说明，该计算机视觉系统10用于识别由陶瓷绝缘衬底16所携带的小的高熔点焊球的通常的二维球栅阵列(BGA)12。BGA12由被安置在计算机视觉系统10的仰视摄影机20上方的一个抓取和安置机器(未画出)的夹持器或操作器18控制。摄影机20为计算机视觉系统10形成和提供一个电子图像，该系统运用该电子图象来识别和检查BGA12的焊接球14的存在、大小和间距。如果BGA12通过了检验，则视觉系统10通过操作器18来操纵BGA12在电路板或卡22上的平移和安置，以及使被识别的BGA上的焊接球14与电路板或者卡22上的接触焊点24对准。和常规一样，在电路板或卡22上安置BGA12和其它表面固定组件之前，该接触焊点24上涂了一层共晶焊剂，并且在电路板或卡22上装设BGA12和其它表面固定组件之后，对已安置了BGA和其它组件的卡加热，以便将焊剂熔化成为焊脚(未示出)，从而将BGA牢固地表面安装在电路板或卡上。
最差的对比度情况是当焊接球14是银色并且衬底16是白色或浅色时，光盒26与摄影机20的镜头30前面的偏振滤光器28结合起来，通常被用来为BGA12提供向上和向内的偏振照明I，以便让摄影机20进行准确的目测，并且让视觉系统10正确识别焊接球14。光盒26的一个优选实施例具有一个中央开口32，摄影机20通过偏振滤光器28再通过该中央开口32和截头金字塔状的四个向上和向外倾斜的梯形面板(face)34、36、38、40向上观察，这四个面板中的每一个形成偏振光的一个单独光源。面板34、36、38和40包含偏振滤光器40，42，44和46，它们设置在乳白玻璃漫射器板50的上面，而该乳白玻璃漫射器板50又依次设置在LED阵列52上面。将通过偏振滤光器28的线性偏振方向取做0°，偏振滤光器40和44被定向为以90°通过线性偏振，偏振滤光器42和46被定向为以180°通过线性偏振。结果是，从焊接球14反射出来的四个光源的光的向下分量具有90°的偏振，它与偏振滤光器28能通过的偏振方向正交或接近正交。所以由焊接球14反射的光线没有进入摄影机20的镜头30。另一方面，从白色或浅色的衬底16所反射出来的向下的光的分量以偏振形式基本上均匀地分布，并且大量从衬底16反射的向下的光通过偏振滤光器28到达摄影机20的镜头30。结果，在由摄影机20所形成的电子图像上，焊接球14基本上呈现黑色而衬底16基本上呈现白色，从而为可靠地识别焊接球14提供了很好的对比度。这个对比度产生的效果被认为是由于与消除来自绝缘体的电磁辐射的反射中的偏振相比，保留了来自发光的金属物体的电磁辐射的反射中的偏振。
可以理解本发明的目的已经实现。尽管已经特别详细地描述了本发明，但是应当理解，在本发明预定的精神和范围之内可以进行很多修改。在解释附属的权利要求之前，首先应该了解以下几点a)″包括″这个词不排除除了权利要求中所列出的之外的其它元件或步骤的存在；b)在要素之前的″一″或″一个″不排除多个这样的要素的存在。
c)权利要求中的任何参考符号是不限制其范围的；d)若干″装置″可能由同一项硬件或者软件实施的结构或者功能来表示。
权利要求
1.一种用于目测具有相对于浅色非金属背景的金属物体的部件的方法包括用在预定的第一方向上线性偏振的电磁辐射来照射该部件；以及形成从通过一个线性偏振滤光器观看到的该部件所反射的电磁辐射的图像，所述线性偏振滤光器被定向成用于通过在第二方向上线性偏振的电磁辐射，所述第二方向与第一方向基本上正交；从而在所形成的图像中在该金属物体与该背景之间生成一个改善的对比度。
2.权利要求1所述的方法，还包括识别在所形成的图像中的金属物体。
3.权利要求1所述的方法，其中的电磁辐射为光，并且图像是由摄影机(20)形成的。
4.权利要求2所述的方法，其中的电磁辐射为光，图像是由计算机视觉系统(10)的摄影机(20)形成的，并且所述识别是由计算机视觉系统(10)执行的。
5.权利要求1所述的方法，其中该部件是球栅阵列(12)，浅色的背景为绝缘体(16)，而金属物体是在绝缘体(16)上携带的以阵列形式排列的焊球(14)。
6.权利要求2所述的方法，其中该部件为球栅阵列(12)，浅色的背景为绝缘体(16)，并且金属物体是在绝缘体(16)上携带的以阵列形式排列的焊球(14)。
7.一种用于目测具有相对于浅色非金属背景的金属物体的部件的设备包括一个或多个使用线性偏振的电磁辐射来照射该部件的源(24，36，38，40)，至少一个源产生在预定的第一方向上线性偏振的电磁辐射；以及图像形成装置(20)，用于形成从通过一个线性偏振滤光器(28)所观看到的该部件反射的电磁辐射的图像，所述线性偏振滤光器(28)被定向成用于通过在第二方向上线性偏振的电磁辐射，所述第二方向与第一方向基本上正交；从而在所形成的图像中在该金属物体和背景之间生成一个改善的对比度。
8.权利要求7所述的设备，还包括用于在所形成的图像中识别金属物体的计算机视觉系统(10)。
9.权利要求7所述的设备，其中的电磁辐射为光，而该图像形成装置是摄影机(20)。
10.权利要求8所述的设备，其中的电磁辐射为光，而该图像形成装置为计算机视觉系统(10)的摄影机(20)。
11.权利要求7所述的设备，其中该部件为球栅阵列(12)，浅色的背景为绝缘体(16)，金属物体是由该绝缘体所携带的以阵列形式排列的焊球(14)。
12.权利要求8所述的设备，其中该部件为球栅阵列(12)，浅色的背景为绝缘体(16)，而金属物体是由绝缘体携带的以阵列形式排列的焊球(14)。
13.权利要求8所述的设备，还包括一个操作器(18)，用于将该部件安置在电路板或卡上，并且使该部件的被识别的金属物体与该板或卡上的接触焊点对准。
14.权利要求12所述的设备，进一步包括一个操作器(18)，用于将该球栅阵列安置在电路板或卡(24)上，并且使该球栅阵列(12)的被识别的焊球(14)与该板或卡(28)上的接触焊点(24)对准。
15.一种电路板或卡(22)，在它上面表面安装了根据权利要求2的方法所识别的部件(12)，这种表面安装使得该部件(12)的被识别的金属物体(14)与该板或卡(22)的接触焊点(24)对准。
16.一种电路板或卡(22)，在它上面表面安装了根据权利要求6的方法所识别的球栅阵列(12)，这种表面安装使得该球栅阵列(12)上被识别的焊球(14)与该板或卡(22)上的接触焊点(24)对准。
全文摘要
当焊接球是银色而衬底环境是白色或者浅色时，通过使用偏振光照明球栅阵列(BGA)，从而使由计算机视觉系统的摄影机实现目测的焊接球和球栅阵列(BGA)衬底之间的差异被改善到足以允许在很差的对比度情况下进行可靠识别，并且该摄影机观测通过偏振滤光器从BGA反射的光，该偏振滤光器被定向为不通过从焊接球反射的光，而只通过从该衬底反射的光。
文档编号G01N21/88GK1564937SQ02819762
公开日2005年1月12日 申请日期2002年9月25日 优先权日2001年10月4日
发明者M·斯瓦比 申请人:阿森姆布里昂股份有限公司