专利名称：一种焊头定位精度检测系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种焊头定位精度检测系统及其方法。
技术背景IC芯片粘片机的焊头机构具有高速往复运行、精度高、运动轨迹复杂、机构装配零件多、焊头吸嘴体积小等特点。焊头吸嘴的任务是^l巴拾片点上的由晶 圆已切割分离的晶片拾起，在传动才几构的作用下将晶片传送到粘片点的引线框 架上焊牢，从而完成拾取晶片、传送晶片及粘焊晶片等动作。在拾取和粘焊晶片时所需要的垂直运动行程很小，仅为l 3mm，而传送晶片的行程却很大，一 般与晶圓的直径有关，目前晶圓直径已达12英寸以上，即超过250mm。为了提高 生产效率，焊头机构均具备高速往复运行的特点，而对于此种高速运行的焊头 机构，常常出现定位精度差，从而存在粘片质量低的缺陷。现有技术中，常用 接触式位置传感器对焊头的定位进行测量，然而由于接触式传感器会干涉甚至 影响焊头的工作状态，使得检测的精度大大降低，从而难以满足检测的要求。 发明内容为了克服现有技术中接触式位置传感器对焊头的定位测量精度差的缺点， 本发明提出一种非接触式的焊头定位精度检测系统及其方法，该检测系统及方 法对焊头吸嘴的定位测量精度高、不干涉焊头运动且实时性强。本发明所采取的技术方案为 一种焊头定位精度检测系统，包括焊头吸嘴 及控制焊头吸嘴在拾片点拾取晶片、传送晶片和在粘片点粘焊晶片的传动机构， 其中，粘片点下安装有反光镜，上述焊头吸嘴中心设有一中空通孔，中空通孔
的上方设置有向反光镜发光的光源，及采集由反光镜反射信号的图像采集器， 图像采集器还连接一处理上述光信号的计算机处理系统。焊头吸嘴上方还设置有一与其中空通孔同轴的镜筒，图像采集器位于镜筒 上方，镜筒内设置有半透镜，光源位于半透镜的一侧，光源发出的光线经半透 镜折射到反光镜，由反光镜反射，经由中空通孔及镜筒射向图像采集器，图像 采集器得到的是吸嘴内孔的轮廓图像。上述中空通孔的孔径约为0. 2mm。该光源通过半透镜形成垂直光束。该图像采集器、镜筒、焊头粘片点和反 光镜的几何中心处于同 一光轴上。上述图像采集器由将光信号转换成图像信号的CCD摄^^几构成，检测系统 由图像处理单元、图像采集器及控制单元组成。另外，本发明还提供了一种焊头定位精度检测方法，其包括以下步骤位 于焊头吸嘴上方的光源发出光信号，光信号经由位于粘片点的反光镜反射，射 向焊头吸嘴上的图像采集器；当依程序焊头吸嘴应当到达粘片点时，控制单元 发出触发脉冲，图像采集器采集光信号，并将其转换为吸嘴内孔轮廓的图像信 号；将图像信号传送至检测系统进行图像处理，将图像中的像素单位转化为测 量单位，并得到图像的几何中心坐标信息，从而实现对焊头吸嘴定位精度的检 测。上述图像采集器为CCD摄像机，上述计算机处理系统包括图^f象处理单元及 控制单元，该控制单元对图像采集器及图像处理单元发出触发脉沖后，该图像 采集器将采集到的光信号转换为图像信号，该图像处理单元对图像信号进行处 理，将其像素单位转化为测量单位，得到图像的几何中心坐标信息。上述焊头吸嘴每两次到达粘片点时，控制单元对图像采集器及图像处理单
元发送一次触发脉冲，完成图像的采集及处理过程。对图像的处理时，采用游标卡尺标定方式对所采集到的图像进行标定，调 整游标卡尺的两尺钳开口的距离，采集两尺钳开口的图像，将两尺钳开口的距 离与两尺钳开口图像的像素作对比，得到测量尺寸与像素之间的比例关系。该检测系统对图像进行处理时还包括以下步骤图像增强采用直方图指数化处理，并采用LUT (Look-Up Table)变换， 对图像灰度进行特定计算及转换，其中设定指数为1.5;图像阈值分割(二值化)对此图像再进行一次二值化，将灰度图像转化成 黑白图像，二值化处理后目标物体:f又白色，背景耳又黑色；图像数学形态化区域填充，本系统采用形态学的基本运算对二值化后的 图像进行区域填充，以使图像中不连续部分封闭；闭运算，本系统采用形态学 的闭运算对图像进行进一步处理，使图像在阈值化后所得到边界平滑，闭运算 采用3 x 3结构元素进行逻辑运算；凸壳函数运算，闭运算后图像进一步平滑， 再对图像进行凸壳函数运算；粒子分析(求中心坐标)将目标物所需要的检测几何信息通过电子表格列出；焊头检测系统界面和误差分析系统每采集一次图像，均对图像进行一次 上述图像处理，并把粒子分析后的结果显示并保存在Excel表格中。本发明的焊头定位精度检测系统及其方法，利用了图像采集器对焊头吸嘴 到达粘片点的吸嘴内孔图像信号进行采集，并由图像处理单元对图像进行处理， 从而得出吸嘴内孔图像的几何中心坐标信息，以非接触的检测方式实现对高速 运动焊头机构定位精确的测量，且对图像的处理时，是采用游标卡尺标定方式 对所采集到的图像进行标定，所获得的图像精度较高；该焊头定位精度检测系
统结构简单，调整方便，仅需对控制系统的参数及程序进行设定即可对该检测系统进行控制。
图l为本发明实施例l的焊头定位精度^r测系统的组成图； 图2为本发明的焊头定位精度检测方法的工作流程； 图3为本发明的图像处理流程图；图4为本发明实施例2的焊头定位精度;^测系统的组成图。
具体实施方式
实施例l如图l所示， 一种焊头定位精度检测系统，包括焊头吸嘴3及控制焊头吸嘴3 在拾片点2拾取晶片、传送晶片和在粘片点粘焊晶片的传动机构8，其中，该粘 片点2下安装有反光镜1，为了实施焊头吸嘴3在真空负压状态下吸拾晶片，上述 焊头吸嘴3中心设有一中空通孔，中空通孔的上方设置有向反光镜l发射光信号 的光源4，及采集由反光镜1反射信号的图像采集器6，该图像采集器6还连接一 处理上述光信号的计算机处理系统7 。该光源4向反光镜1发射出光信号，并在反光镜l上形成光斑，光斑图像再反 射回图像采集器6。当依程序焊头吸嘴3应当到达粘片点2时，系统发出检测脉沖。 图像采集器6将采集到的光信号转换为吸嘴内孔轮廓的图像信号，并传送至计算 机处理系统7，计算机处理系统7对图像信号进行处理，得到吸嘴3定位的几何坐 标信息。在焊头吸嘴3中空通孔的上方还设置有一与中空通孔同轴的镜筒5,图像 采集器6位于镜筒5上方，镜筒5内设置有半透镜9，光源4位于半透镜9 一侧， 光源4发出的光线经半透镜9折射，在镜筒5中形成与镜筒5同轴的光线，光
线再经由中空通孔射向反光镜l，并在反光镜l形成中空通孔内径轮廓光斑，光斑图像再经由中空通孔反射到图像采集器6上。上述中空通孔的孔径约为0. 2mm。 上述光源4通过半透镜9形成垂直光束，且该图像采集器、镜筒、焊头粘片 点和反光镜的几何中心处于同 一光轴上。上述图像采集器6由将光斑图像转换成图像信号的CCD摄像才几构成，该计 算机处理系统7由图像处理单元IO、图像采集器6及控制单元11组成。其中， 该控制单元11通过向图像采集器6及图像处理单元10发送触发脉冲的方式， 来控制其工作。本发明还提供了一种焊头定位精度检测方法，如图2所示，其包括以下步骤1) 开始检测系统开始运行，设于镜筒5内半透镜9一侧的光源4发射出光线，在 半透镜9的作用下，在镜筒5中形成与镜筒5同轴的光线，光线再经由中空通 孔射向反光镜l，并经反光镜1反射至图像采集器6。传动机构8将焊头吸嘴3 传送到粘片点2上，当焊头吸嘴3依程序应当到达粘片点2的时刻，控制单元 发11出触发脉冲，图像采集器6采集焊头吸嘴中空通孔的内径轮廓光斑图像。 其中，焊头吸嘴3在粘片点2停留的时间约为3 Oms(在10至10Oms范围内可调)。2) 系统初始化对计算机处理系统7及图像采集器6进行初始化处理。3) 图像标定图像标定是该检测系统进行测量的J^出。由于图像采集器6采集的图像是 以像素为单位，而现实中物体以毫米为单位，必须把像素单位转化为测量单位， 因此需要对图像测量系统进行合理和精确的标定，通过图像标定把图像的像素
单位转化为实际测量单位。将图像采用游标卡尺标定的方式进行标定。测量前先调整游标卡尺的两尺钳开口的距离，本实施例中开口的距离设为2ram,采集两尺钳开口的图像，通过 两尺钳开口的距离与两尺钳开口图像的像素之比，得到两尺钳开口之间像素距 离。本实施例中，由两尺钳开口边缘之间的距离中有像素544. 61pixel，而实际 卡尺为标准2mm,即可得出本系统中一个像素为0. 0037mm。 4)判断是否有触发信号当判断到控制单元11有触发脉冲时，该图像釆集器6开始采集图像，并 将采集到的光信号转换为图像信号，且传送至图像处理单元10进行处理。当判断到控制单元11无触发脉沖时，检测系统回到步骤4)，等待触发脉冲 的到来。5)图像处理该图像处理单元10将^|妻收到的图<象信号进行处理，如图3所示的图像处理 流程，其包括以下步骤a) 图像增强图^象增强用于调整图像的对比度，突出图^象中的重要细节，改善视觉质量。 本系统采用直方图指数化处理，以增强图像对比度，减少因爆光不足与振动产 生的模糊。采用查找表(Look-Up Table)变换，对图像灰度进行特定计算及 转换。其中设定指数为1.5。b) 图像阈值分割，进行二值化处理经过LUT处理后的图像轮廓已经比较清楚，但仍有小量模糊与不连续。对此 图像再进行一次二值化，将灰度图像转化成黑白图像，以便后面目标图像的分 析，同时也便于对图像中部分干扰因素的处理。二值化处理后目标图像取白色，
背景取黑色，从而使目标的特征更明显。本系统调整灰度选用的是双峰法手动阈值，设置阈值范围为150-255。 c)图像数学形态化 区fe戈填充(Fill holes)本系统采用形态学的基本运算对二值化后的图像进行区域填充，以使增强后 的图像中不连续部分封闭。 闭运算(closing )为了使图像在阈值化后所得到边界平滑，本系统采用形态学的闭运算对图像 进行进一步处理。闭运算采用3 x 3结构元素进行逻辑运算。 凸壳函数运算(Convex Hull)闭运算后图像进一步平滑，再对图像进行凸壳函数运算。
d) 粒子分析，求中心坐标粒子分析是将目标图像所需要检测的几何信息通过电子表格列出。
e) 焊头检测系统界面和误差分析系统每采集一次图像，均对图像进行一次上述图像处理，并把粒子分析后 的结果显示并保存在Excel表格中。 6)判断检测是否完毕根据计算机处理系统7设定的参数判断检测是否完毕，当检测完毕时，该 计算机处理系统7输出结果，并结束采集与处理图像，结束检测；当检测未完 毕时，回到步骤3)。
上述焊头定位精度检测方法中，由于焊头吸嘴3是高速运动的，图像采集器6采集及转换图像的速度跟不上焊头吸嘴3的运动。因此，该检测系统采用焊头吸嘴3每两次到达粘片点2时，该控制单元11发送一次触发脉冲给图像采
集器6,从而解决图像采集器6采集及转换图像速度跟不上的问题，即采用焊头 吸嘴3每两次到达粘片点2时冲全测一次焊头吸嘴3的位置精度，而不是每次都 检测的方法，从而能有效地解决图像采集器6采集及转换后的图像模糊的问题。 实施例2如图4所示，本实施例中可省去镜筒5和设置于镜筒5内的半透镜9，利用设 于焊头吸嘴3两侧的对称光源4照明，使得图像采集器6能准确地采集到吸嘴在粘 片点2上的内孔几何坐标的信息，完成焊头吸嘴3的定位检测。当然，上述光源4的位置可进行手动调整，即可对光源4发出光信号的方向 和角度进行调整，形成良好的照明效果和避免焊头吸嘴3在高速运行中对光源的 干涉，从而影响采集图像信号。
权利要求
1.一种焊头定位精度检测系统，包括焊头吸嘴(3)及控制焊头吸嘴(3)在拾片点(2)拾取晶片、传送晶片和在粘片点粘焊晶片的传动机构(8)，其特征在于粘片点(2)下安装有反光镜(1)，上述焊头吸嘴(3)中心设有一中空通孔，中空通孔的上方设置有向反光镜(1)发光的光源(4)，及采集由反光镜(1)反射的光信号的图像采集器(6)，图像采集器(6)还连接一处理上述光信号的计算机处理系统(7)。
2. 根据权利要求1所述的焊头定位精度检测系统，其特征在于焊头吸嘴 (3)上方设置一与其中空通孔同轴的镜筒(5)，图像采集器(6)位于镜筒(5)上方， 镜筒(5)内设置有半透镜(9)，光源(4)位于半透镜(9)的一侧，且其发出的光线 经半透镜(9)折射并经由中空通孔射向反光镜(1),经反射后仍经由该中空通孔 及镜筒(5)射向图像采集器(6)。
3. 根据权利要求1所述的焊头定位精度检测系统，其特征在于光源(4) 通过半透镜(9)形成垂直光束，该图像采集器、镜筒、焊头粘片点和反光镜的几 何中心处于同一光轴上。
4. 根据权利要求1所述的焊头定位精度检测系统，其特征在于图像采集 器(6)由将光信号转换成图像信号的CCD摄像机构成，该计算机处理系统(7)由 图像处理单元(10)、图^f象采集器(6)及控制单元(11)组成。
5. —种焊头定位精度检测方法，其特征在于使用权利要求1所述的焊头定 位精度^r测系统，其包括以下步骤1)设于焊头吸嘴(3)上方的光源(4)发出光线，光线经由位于粘片点(2)下 的反光镜(l)反射，射向设于焊头吸嘴(3)上的图像采集器(6)。当依程序焊头吸 嘴(3)应当到达粘片点时，控制单元(ll)发出触发脉冲，图像采集器(6)采集得 到吸嘴内孔的轮廓图像；2) 图像采集器(6)采集光信号，并将其转换为图像信号；3) 将图像信号传送至计算机处理系统(7)进行图像处理，将图像中的像素 单位转化为测量单位，并得到图像的几何中心坐标信息，从而实现对焊头吸嘴 (3)定位精度的检测。
6. 根据权利要求5所述的焊头定位精度检测方法，其特征在于在步骤2) 和3)中，该图像采集器(6)为CCD摄^^几，该计算机处理系统(7)包括图像处理单 元(IO)及控制单元(11),该控制单元(11)对图像釆集器(6)及图像处理单元(10) 发出触发脉冲后，图像处理单元(10)对图像信号进行处理，将其像素单位转化 为测量单位，得到图像的几何中心坐标信息。
7. 根据权利要求6所述的焊头定位精度检测方法，其特征在于焊头吸嘴 (3)每两次到达粘片点(2)时，该控制单元(11)对图像采集器(6)及图像处理单元 (IO)发送一次触发脉冲，完成图像的采集及处理过程。
8. 根据权利要求5所述的焊头定位精度检测方法，其特征在于在步骤(3) 中，对图像的处理时，采用游标卡尺标定方式对所采集到的图像进行标定，调 整游标卡尺的两尺钳开口的距离，采集两尺钳开口的图像，通过两尺钳开口的 距离尺寸与相应两尺钳开口图像的像素，得到测量图像的尺寸与像素之间的比 例关系。
9. 根据权利要求5至8任一项所述的焊头定位精度检测方法，其特征在于 该计算机处理系统(7)对图像进行处理时还包括以下步骤a.图像增强采用直方图指数化处理，对图像灰度进行特定计算及转换； b. 图像阈值分割，进行二值化处理对此图像再进行一次二值化，将灰度图像转化成黑白图像，二值化处理后 目标物体取白色，背景取黑色；c. 图像数学形态化本系统采用形态学的基^il算对二值化后的图像进行区域填充，以使图像 中不连续部分封闭；本系统采用形态学的闭运算对图像进行进一步处理，使图像在阈值化后所 得到边界平滑，闭运算采用3 x 3结构元素进行逻辑运算；闭运算后图像进一步平滑，再对图像进行凸壳函数运算；d. 粒子分析，求中心坐标将目标物所需要的检测几何信息通过电子表格列出；e. 焊头检测系统界面和误差分析系统每采集一次图像，均对图像进行一次上述图像处理，并把粒子分析后 的结果显示并保存。
全文摘要
本发明公开了一种焊头定位精度检测系统，包括焊头吸嘴及控制焊头吸嘴在拾片点拾取晶片、传送晶片和在粘片点粘焊晶片的传动机构，其中，粘片点下安装有反光镜，上述焊头吸嘴中心设有一中空通孔，中空通孔的上方设置有向反光镜发光的光源，以及采集由反光镜反射的光信号的图像采集器，该图像采集器还连接一处理上述光信号的计算机图像处理系统。该焊头定位精度检测系统的测量精度高、不干预焊头运动且实时性强。另外，本发明还公开了一种焊头定位精度检测方法。
文档编号H01L21/66GK101159242SQ20071003137
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月13日 优先权日2007年11月13日
发明者刘吉安, 李克天, 新 陈, 黄向修 申请人:广东工业大学