专利名称：检测测量目标的方法
检测测量目标的方法
本申请是申请日为2010年7月5日、申请号为201010224622. 4、题为“检测测量目标的方法”的专利申请的分案申请。技术领域
本发明的示例性实施例涉及一种用于检测测量目标的方法，更具体地讲，涉及一种用于检测形成在印刷电路板上的测量目标的方法。
背景技术：
一般来说，电子装置包括至少一个印刷电路板(PCB)，各种电子器件安装在印刷电路板上。
为检测具有安装有电子器件的基板的可靠性，需要检测电子器件的安装状况，且设置测量目标的区域是重要的。
之前，为设置测量目标的区域，捕获二维图像来使用。然而，由于器件对颜色和照明器敏感，难以从环境区分测量目标，因此从二维图像设置测量目标的区域是不容易的。当测量目标的尺寸改变时，难以区分测量目标。此外，当图像包含噪声时(例如，当不仅测量图像形成在基板上，且图案或丝网图案也形成在基板上时)，由于照相机会产生噪声且测量目标的区域与邻近测量目标的区域的焊盘区域会混淆，所以难以区分测量目标。此外，通过利用器件的二维图像的焊脚(fillet)部分提取器件，但当器件的焊脚小时，使用焊脚提取器件是有局限的。
因此，需要一种能够避免上述问题的检测三维形状的新的方法。发明内容
本发明的示例性实施例提供了一种能够精确地提取测量目标的用来检测测量目标的方法。
本发明的另外的特征将在下面的描述中进行阐述，部分地通过描述将是明显的， 或者可以通过实施本发明而明了。
本发明的示例性实施例公开了一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法。所述检测方法包括生成器件的形状模板；通过投影部将光栅图案光投射到基板上来获取每个像素的高度信息；生成与每个像素的高度信息对应的对比图；将对比图与形状模板进行比较。
检测方法还可以包括通过将对比图与形状模板进行比较来获取与形状模板对应的器件的尺寸、位置和旋转中的至少一种信息。
投影部可以包括光源、将光源产生的光转换为光栅图案光的光栅单元和使光栅单元移动的光栅移动单元。投影部可以在移动光栅单元时将光栅图案光投射到基板上N次。
所述检测方法还可以包括当光栅图案光被基板反射时，通过照相机捕获的N个图像来获取基板的每个像素的可见度信息。可以通过高度信息与可见度信息进行相乘计算的值来限定对比图。可见度信息(Vi (X，y))可以是各个像素处的图像的强度中的振幅 (Bi(x,y))与平均值(Ai(x，y))之比(或者 Vi (x，y) = Bi (x, y)/Ai (x, y)) 0
可以将对比图与形状模板在所述模板的特定公差值内相互进行比较。
将对比图与形状模板进行比较的步骤可以包括将形状模板中的根据像素的坐标被分配为O或I的值与对比图和形状模板重叠的区域的对比值进行相乘以求得结果值，并对所述结果值进行求和；通过移动形状模板将结果值之和变为最大值的位置确定为所述器件的位置；当最大值不小于标准值时，确定所述器件是与形状模板对应的器件。
本发明的另一示例性实施例公开了一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法。所述检测方法包括生成器件的形状模板；通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息；通过将沿多个方向得到的多个阴影信息合并来生成阴影图；将阴影图与形状模板进行比较，以获取所述器件的尺寸、位置和旋转中的至少一种信息。
通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息的步骤可以包括: 在使光栅图案光的相位移动时，将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次；获取被基板反射的N个图像。
通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息的步骤还可以包括对所述N个图像求平均值，或者对所述N个图像中的图像求和使得图像的相位差之和变为360度，以获得去除了光栅图案的图像。
本发明的又一示例性实施例公开了一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法。所述检测方法包括在改变光栅图案光时将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次， 并通过照相机捕获N个图像；利用每个方向的N个图像来生成各方向的可见度图；从各方向的可见度图获取测量目标的阴影区域；合并多个方向的阴影区域，以生成阴影图。
检测方法还可以包括通过从阴影图获取器件的尺寸和位置中的至少一种信息来检测测量目标。
可见度图(Vi(x，y))可以是各个像素处的图像的强度中的振幅(Bi(x，y))与平均值(Ai (X, y))之比(或者 Vi (X, y) = Bi (x, y)/Ai (x, y))。
通过从阴影图获取器件的尺寸和位置中的至少一种信息来检测测量目标的步骤可以包括将阴影图与对应于器件的形状模板在特定的公差值内进行比较。
将阴影图与形状模板进行比较的步骤可以包括在从初始位置移动形状模板时将阴影图与所述模板进行比较。
将阴影图与形状模板进行比较的步骤可以包括将阴影模板中的根据像素的坐标被分配为O或I的值与阴影图中根据阴影图与阴影模板重叠的区域的像素的坐标被分配为 O或I的值进行相乘以求得结果值，并对所述结果值进行求和；通过移动阴影模板将结果值之和为最大值的位置确定为所述器件的初步位置；当最大值不小于标准值时，确定所述器件是与阴影模板对应的器件。
本发明的又一示例性实施例公开了一种检测方法。所述检测方法包括在改变光栅图案光时将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次，并通过照相机来捕获N个图像；利用每个方向的N个图像生成各方向的可见度图(N为大于2的整数)；从各方向的可见度图获取来自测量目标的各方向的阴影区域；对所获取的各方向的阴影区域进行补偿；合并被补偿的各方向的阴影区域，以生成阴影图。
可见度图(Vi(x，y))可以是各个像素处的图像的强度中的振幅(Bi(x，y))与平均值(Ai (X, y))之比(或者 Vi (X, y) = Bi (x, y)/Ai (x, y))。
可以通过将所获取的各方向的阴影区域的每个像素的振幅(Bi(x，y))进行相乘来执行对各方向的阴影区域进行补偿的步骤。
对各方向的阴影区域进行补偿的步骤可以包括当像素的振幅不大于预先设定的标准值时，将各方向的阴影区域的像素设定为阴影。
所述检测方法还可以包括从阴影图获取测量目标的尺寸和位置中的至少一种信肩、O
根据本发明，利用反映器件的高度的对比图和/或器件的阴影图来提取想要的器件。因此，本发明的方法没有利用二维图像(或画面)的传统方法对器件的颜色和照明更为敏感，从而即使在器件的大小改变时，也可以容易地区分出所述器件。
另外，本发明的方法不受器件周围的噪声(由在器件周围形成的图案或丝网图案所引起)影响或器件的噪声(由照相机引起)的影响。即使安装可能与所述器件混淆的其他器件时，也是将所述器件与模板进行比较，从而可以清楚地区分出所述器件。
此外，由于在区分器件时该方法不是使用焊脚而是对比图，所以即使当器件的焊脚很小时，该方法也可以清楚地区分出所述器件。
阴影图独立于测量高度范围，从而即使当器件的高度超过用来测量三维形状的设备的测量高度范围时，也可以获取器件(910)的诸如位置、尺寸、旋转角度等的信息，而与器件的闻度无关。
另外，当通过振幅信息来补偿从可见度图获取的各方向的阴影区域时，阴影区域的噪声可以被最小化，从而提高了测量目标的检测可靠性。
此外，当利用噪声比各方向的可见度图的噪声小的各方向的振幅图来提取阴影区域时，可以提高阴影区域的可靠性。
此外，即使当器件的高度超过用来测量三维形状的设备的测量高度范围时，也可以利用可见度图精确地提取测量目标的区域。
应当理解的是，前面的总体描述和下面的详细描述是示例性的和说明性的，并且意图对所要求保护的本发明提供进一步的解释。
附图被包括以提供对本发明的进一步的理解，并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图I是示出根据本发明示例性实施例的可用于三维形状检测方法的用于测量三维形状的设备的示意图。
图2是示出根据本发明示例性实施例的用于检测三维形状的方法流程图。
图3是示出形状模板的示例的示意图。
图4是示出根据本发明示例性实施例的图2中的获取器件的信息的步骤(步骤 S140)的流程图。
图5是示出将目标器件与对应于形状模板的器件进行比较的方法的概念图。
图6是例如当器件为芯片时的器件的图像。
图7是通过图6中的芯片的对比图(contrast map)表示的图像。
图8是当反映可见度信息时由图6中的芯片的对比图表示的图像。
图9是示出根据本发明另一示例性实施例的用于检测三维形状的方法的流程图。
图10是示出阴影模板的示例的概念图。
图11是示出根据本发明另一示例性实施例的通过利用可见度信息产生阴影图的步骤(步骤S230)的流程图。
图12是示出图9中的获取器件信息的步骤(步骤S240)的流程图。
图13是示出将目标器件与对应于阴影模板的器件进行比较的方法的概念图。
图14是示出根据本发明示例性实施例的可用于检测测量目标的方法的用于测量三维形状的设备的示意图。
图15是示出安装有测量目标的基板的部分的平面图。
图16是示出根据本发明另一示例性实施例的用于检测测量目标的方法的流程图。
图17是示出多个方向的可见度图的示图。
图18是示出多个方向的振幅图(amplitude map)的示图。
图19是示出多个方向的补偿图的示图，其中，补偿了多个方向的阴影区域。
图20是示出合并了多个方向的经补偿的阴影区域的阴影图的示图。
图21是示出根据本发明另一示例性实施例的检测测量目标的方法的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图更充分的描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在这里所提出的实施例。相反， 提供这些实施例使得本公开将是彻底的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。附图中，相同的标号表示相同的元件。
应该理解的是，当元件或层被称作“在”另一元件或层“上”或“连接到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上或者直接连接到另一元件或层，或者可以存在中间元件或中间层。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”或“直接连接到”另一元件或层时，不存在中间元件或中间层。
图I是示出根据本发明示例性实施例的可用于三维形状检测方法的用于测量三维形状的设备的示意图。
参照图1，根据本发明示例性实施例的可用于三维形状检测方法的用于测量三维形状的设备包括台部100、图像捕获部200、第一投射部300、第二投射部400、图像存储部 500、模块控制部600和中央控制部700。
台部100可包括台110和台移动单元120。台110支撑基板，测量目标10安装在基板上。台移动单元120使台110移动。在本实施例中，台110使基板相对于图像捕获部 200、第一投射部300和第二投射部400运动，从而可以改变基板10的测量位置。
图像捕获部200设置在台110上方。图像捕获部200接收被测量目标10反射的光以捕获测量目标10的图像。即，图像捕获部200接收从第一投射部300和第二投射部400投射且被测量目标10反射的光，从而捕获测量目标10的图像以测量三维形状。
图像捕获部200可包括照相机210、成像透镜220、滤波器230和灯240。照相机 210接收被测量目标10反射的光以捕获测量目标10的图像。例如，可采用CCD照相机或 CMOS照相机作为照相机210。成像透镜220设置在照相机210下方，以使测量目标10在照相机210上成像。滤波器230设置在成像透镜220下方，以对被测量目标10反射的光进行滤波并将滤波后的光提供给成像透镜220。滤波器230可包括例如频率滤波器、颜色滤波器和光强控制滤波器中的至少一种。灯240可以以例如圆形设置在滤波器230下方。灯240 可将光照射到测量目标10上，以便为诸如测量目标10的二维形状特定目的成像。
第一投射部300可设置在图像捕获部200的第一侧，从而第一投射部300相对于台110倾斜地投射光。第一投射部300可包括第一投射单元310、第一光栅单元320、第一光栅移动单元330和第一聚焦透镜340。第一投射单元310可包括产生光的光源和至少一个透镜，第一光栅单元320设置在第一投射单元310下方以将由第一投射单元310产生的光转换成第一光栅图案光。第一光栅移动单兀330连接到第一光栅单兀320以移动第一光栅单元320。例如，可采用PZT压电移动单元或精细线性移动单元作为第一光栅移动单元 330。第一聚焦透镜340设置在第一光栅单元320下方，以将第一光栅单元320产生的第一光栅图案光聚焦到测量目标10上。
第二投射部400可设置在图像捕获部200的与所述第一侧相对的第二侧，从而第二投射部400相对于台110倾斜地投射光。第二投射部400可包括第二投射单元410、第二光栅单元420、第二光栅移动单元430和第二聚焦透镜440。第二投射部400基本上与上面描述的第一投射部300相同，因此将省略任何进一步的解释。
当第一投射部300向测量目标10投射N个第一光栅图案光投射，同时第一光栅移动单元330移动第一光栅单元320时，图像捕获部200接收被测量目标10反射的N个第一光栅图案光以捕获被测量目标10反射的N个第一光栅图案光。同样，当第二投射部400向测量目标10投射N个第二光栅图案光，同时第二光栅移动单元430移动第二光栅单元420 时，图像捕获部200接收被测量目标10反射的N个第二光栅图案光以捕获被测量目标10 反射的N个第二光栅图案光。例如，整数N是3或4。
在本实施例中，只有第一投射部300和第二投射部400分别投射第一光栅图案光和第二光栅图案光。然而，投射部可以多于两个。即，光栅图案光可以以各种方向照射到测量目标10上，以捕获各种图案图像。例如，当三个投射部分别设置在等边三角形的顶点时， 三种光栅图案光可以投射到测量目标10上。在这种情况下，图像捕获部200设置在等边三角形的中心。例如，当四个投射部分别设置在正方形的顶点时，四种光栅图案光可以投射到测量目标10上。在这种情况下，图像捕获部200设置在正方形的中心。
图像存储部500电连接到图像捕获部200的照相机210，并从照相机210接收图案图像，以存储所述的图案图像。例如，图像存储部500包括图像系统，所述图像系统从照相机210接收N个第一图案图像和N个第二图案图像并且存储所述N个第一图案图像和所述 N个第二图案图像。
模块控制部600电连接到台部100、图像捕获部200、第一投射部300和第二投射部400，以控制台部100、图像捕获部200、第一投射部300和第二投射部400。模块控制部 600包括例如Z轴控制器、照明控制器、光栅控制器和台控制器。Z轴控制器可沿Z轴方向移动图像捕获部200、第一投射部300和第二投射部400以聚焦。照明控制器分别控制第一投射单元310和第二投射单元410以产生光。光栅控制器控制第一光栅移动单元330和第二光栅移动单元430，以分别移动第一光栅单元320和第二光栅单元420。台控制器控制台移动单元120，使台110沿X轴方向和Y轴方向移动。
中央控制部700电连接到图像存储部500和模块控制部600，以控制图像存储部 500和模块控制部600。详细地说，中央控制部700从图像存储部500的图像系统接收N个第一图案图像和N个第二图案图像，以通过利用N桶算法获取电子器件20的3D图像数据。 所述3D图像数据包括对应于基板10的点的高度信息。此外，中央控制部700可控制模块控制部600的Z轴控制器、照明控制器、光栅控制器和台控制器。为执行上述操作，中央控制部700可包括例如图像处理板、控制板和接口板。以下，将解释通过使用上面描述的用于测量三维形状的设备来检测安装在印刷电路板上的器件的方法。
图2是示出根据本发明示例性实施例的用于检测三维形状的方法流程图，图3是示出形状模板的示例的示意图。
参照图2和图3，为了检测安装在印刷电路板上的器件，生成形状模板800 (步骤 SI 10)，器件的形状在形状模板800中提取。被提取的器件810可包括具有例如六面体形状的芯片。
例如，如图3所示，在对器件810的提取中，可预先设置形状模板800，从而可用白色表示对应于器件810的第一区域，并可用黑色表示不与器件810对应的第二区域。在图 3中，阴影区域对应于器件810。在这种情况下，以数字图像生成形状模板800，第一区域可设置为1，第二区域可设置为O。
形状模板800可由模板决定因子(template determinant)限定。S卩，模板决定因子可确定形状模板800。例如，当器件810为具有六面体形状的芯片时，模板决定因子可包括芯片的平面区域。详细地讲，模板决定因子可包括芯片的宽度X和芯片的长度Y，可通过具有芯片的长度和宽度的模板决定因子限定形状模板800。
然后，通过沿至少两个方向将光栅图案光投射到测量目标上，来获取根据测量模板的像素的高度信息(SI20)。
根据测量目标的像素获取的高度信息可从通过对测量目标进行测量(例如，通过利用图1中的用于测量三维形状的设备)而获取的数据计算出。
之后，生成对比图(S130)，对比图中，根据像素设置与高度信息对应的对比。当在高度信息中像素的高度变大时，安装在测量目标上的比较目标器件(以下称为目标器件) 的像素可设置为具有更大的对比值。因此，这样生成对比图，从而使设置目标器件的区域比没有设置目标器件的区域亮。
在这种情况下，根据高度信息生成对比图。因此，对比图独立于目标器件的颜色或印刷在目标器件上的图或字符。此外，对比图独立于目标器件的环境的颜色、字符或图。即， 对比图仅代表根据目标器件的高度的目标器件的灰阶。因此，与传统的二维图像相比，可更精确地提取目标器件的形状。
另一方面，为了更精确地提取目标器件的形状，可根据要使用的像素来获取测量目标的可见度信息。
可见度为振幅BiU, y)与平均值AiU, y)的比值。一般来说，当反射率增大时，可见度增大。可见度Vi (X，y)可表示如下，
Vi (x, y) = Bi (x, y) /Ai (x, y).
可以沿各种方向将光栅图案光投射到印刷电路板上以获取各种图案图像。如图1 所示，图像存储部500从照相机210捕获的N个图案图像提取在X-Y平面中位置i (x，y)处的N个强度信号Ii1, Ii2,...，I1n,通过利用N桶算法计算平均值Ai (X，y)和可见度Vi (x, y)。
例如，在N = 3和N = 4的情况下，可见度可分别如下地表示，
在N = 3的情况下，
权利要求
1.一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法，所述检测方法包括以下步骤 生成器件的形状模板； 通过投影部将光栅图案光投射到基板上来获取每个像素的高度信息； 生成与每个像素的高度信息对应的对比图； 将对比图与形状模板进行比较。
2.如权利要求I所述的检测方法，所述检测方法还包括通过将对比图与形状模板进行比较来获取与形状模板对应的器件的尺寸、位置和旋转中的至少一种信息。
3.如权利要求2所述的检测方法，其中，投影部包括光源、将光源产生的光转换为光栅图案光的光栅单元和使光栅单元移动的光栅移动单元，其中，投影部在移动光栅单元时将光栅图案光投射到基板上N次。
4.如权利要求3所述的检测方法，所述检测方法还包括当光栅图案光被基板反射时，通过照相机捕获的N个图像来获取基板的每个像素的可见度信息， 其中，通过高度信息与可见度信息进行相乘计算的值来限定对比图。
5.如权利要求4所述的检测方法，其中，可见度信息是各个像素处的图像的强度中的振幅与平均值之比。
6.如权利要求3所述的检测方法，其中，将对比图与形状模板在所述模板的特定公差值内相互进行比较。
7.如权利要求3所述的检测方法，其中，将对比图与形状模板进行比较的步骤包括 将形状模板中的根据像素的坐标被分配为O或I的值与对比图和形状模板重叠的区域的对比值进行相乘以求得结果值，并对所述结果值进行求和； 通过移动形状模板将结果值之和变成最大值的位置确定为所述器件的位置； 当最大值不小于标准值时，确定所述器件是与形状模板对应的器件。
8.一种用来检测安装在基板上的器件的检测方法，所述检测方法包括以下步骤 生成器件的形状模板； 通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息； 通过将沿多个方向得到的多个阴影信息合并来生成阴影图； 将阴影图与形状模板进行比较，以获取所述器件的尺寸、位置和旋转中的至少一种信 O
9.如权利要求8所述的检测方法，其中，通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息的步骤包括 在使光栅图案光的相位移动时，将光栅图案光沿多个方向投射到基板上N次； 获取被基板反射的N个图像。
10.如权利要求9所述的检测方法，其中，通过将光沿多个方向投射到基板上来获取每个像素的阴影信息的步骤还包括 对所述N个图像求平均值，或者对所述N个图像中的图像求和使得图像的相位差之和变为360度，以获得去除了光栅图案的图像。
11.一种对测量目标的检测方法，所述检测方法包括以下步骤 通过将光沿多个方向投射到形成有测量目标的基板上来获取每个方向的阴影区域； 通过合并所获取的每个方向的阴影区域来生成阴影图；从所述阴影图获取测量目标的尺寸、位置和旋转中的至少一种信息。
12.如权利要求11所述的检测方法，所述检测方法还包括在获取每个方向的阴影区域之后，对所获取的每个方向的阴影区域进行补偿， 其中，通过以下步骤来执行对所获取的每个方向的阴影区域进行补偿的步骤将所获取的每个方向的阴影区域的每个像素与振幅相乘，或者，当像素的振幅不大于预先设定的标准值时，将阴影区域的像素设定成阴影。
13.如权利要求11所述的检测方法，所述检测方法还包括在生成阴影图之后，对阴影图进行补偿， 其中，通过以下步骤来执行对阴影图进行补偿的步骤将阴影图的每个像素与振幅相乘，或者，当像素的振幅不大于预先设定的标准值时，将阴影图的像素设定成阴影。
14.如权利要求11所述的检测方法,所述检测方法还包括 利用测量设备对所述测量目标进行测量或者测量包括测量目标的信息的CAD数据来生成模板； 通过将阴影图与所述模板进行比较来设定测量目标。
15.如权利要求11所述的检测方法，所述检测方法还包括生成从测量目标的阴影提取的阴影模板， 其中，在从所述阴影图获取测量目标的尺寸、位置和旋转中的至少一种信息的步骤中，通过将阴影图与阴影模板进行比较来获取测量目标的信息。
16.如权利要求11所述的检测方法，在获取每个方向的阴影区域的步骤中，通过将光投射到形成有测量目标的基底上来获取每个像素的可见度信息或振幅信息，并且从可见度信息或振幅信息来获取每个方向的阴影区域。
17.如权利要求11所述的检测方法，其中，可见度被定义为每个像素处的图像的强度中的振幅Bi(x, y)与平均值Ai(x,y)之比,其中，平均值Ai (x, y)与振幅Bi (x, y)如下
全文摘要
本发明公开了一种检测测量目标的方法，所述方法用来检测安装在基板上的器件，并且包括生成器件的形状模板；通过投影部将光栅图案光投射到基板上来获取每个像素的高度信息；生成与每个像素的高度信息对应的对比图；将对比图与形状模板进行比较。因此，可以精确地提取测量目标。
文档编号G01B11/00GK102980533SQ201210445858
公开日2013年3月20日 申请日期2010年7月5日 优先权日2009年7月3日
发明者郑仲基, 李有振, 李承埈 申请人:株式会社高永科技