CN101377568A - 全自动led引线键合机的双光路成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全自动LED引线键合机的双光路成像系统，属于光学系统技术领域，它包括光源、物镜、高、低倍两组辅助物镜、两个分束镜、两个反射镜、电子切换装置和CCD，其中，第一分束镜的反射光轴与第一反射镜的入射光轴同轴，且第一分束镜和第一反射镜均与入射光轴成45°分布，第二反射镜的出射光轴与第二分束镜的入射光轴同轴，且第二反射镜和第二分束镜均与入射光轴成45°分布，辅助物镜与电子切换装置布置在两对分束镜和反射镜间的光路上，其中，高倍物镜置于第一分束镜与第二反射镜间的光路上，低倍物镜置于第一反射镜与第二分束镜间的光路上。

Description

全自动LED引线键合机的双光路成像系统
技术领域
本发明涉及一种全自动LED引线键合机的双光路成像系统，属于光学系统技术领域。
背景技术
机器视觉系统可以快速获取大量信息，有效提高生产的柔性和自动化程度，因此被广泛用于半导体及电子行业的自动化生产及成品检测、质量控制等领域。随着LED产业的迅速发展，形色各异的LED生产工艺对封装设备提出了更高的要求，全自动引线键合机作为半导体后封装设备中的关键设备，在对准精度、实时控制等方面都有很高的要求，因此图像的实时获取、识别及校准定位成为设备自动控制的前提条件。一副成像糟糕的图像往往很难通过软件补偿，即使占用大量的内存和运行时间也难以取得预期的效果，所以提高光学系统的成像质量对图像识别的实时性至关重要。
LED焊线生产中遇到的芯片千差万别，料条的一致性也较差，图像识别出错的频率很高，主要原因在于芯片和引脚的高度差远超过了景深；芯片和引脚表面反光特性的不同也对识别产生了很大影响；光学系统在焊线中随工作台作高速运动，机械振动带来的误差必将影响到识别效率和识别精度。因此，普通的单路镜头已经很难满足图像识别的需要。镜头本身的成像质量、切换装置的高速可靠和系统结构的稳定抗振是需要综合考虑的几大难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种识别精度高的全自动LED引线键合机的双光路成像系统。
解决上述问题所采用的技术方案如下：
本发明包括照明光源、物镜、高、低倍两组辅助物镜、两个分束镜、两个反射镜、电子切换装置和高、低倍两组辅助物镜共用的一个CCD，其中，第一分束镜的反射光轴与第一反射镜的入射光轴同轴，且第一分束镜和第一反射镜均与入射光轴成45°分布，第二反射镜的出射光轴与第二分束镜的入射光轴同轴，且第二反射镜和第二分束镜均与入射光轴成45°分布，高、低倍两组辅助物镜与电子切换装置依次布置在两对分束镜和反射镜间的光路上，其中，高倍6X辅助物镜置于第一分束镜与第二反射镜间的光路上，低倍4X辅助物镜置于第一反射镜与第二分束镜间的光路上。
本发明所述电子切换装置的构成中包括线圈，磁芯、挡片、右卡臂、左卡臂、永磁铁和转轴，其中，永磁铁与转轴的轴体固定，挡片与转轴一端固定，转轴装于右卡臂和左卡臂之间，右卡臂和左卡臂分别与磁芯的两端相连。
本发明所述照明光源的构成中包括同轴蓝光、同轴红光、第一半透半反镜、第二半透半反镜和半环形红光，其中，第一半透半反镜和第二半透半反镜均与同轴红光的光轴成45°角分布，同轴蓝光的光轴与同轴红光的光轴成90°角分布，半环形红光的光轴与同轴红光的光轴同轴。
本发明所提供的全自动LED引线键合机的双光路成像系统用来解决LED器件焊线中的识别问题，针对芯片与引脚的不同特征分别通过高、低倍镜头采集图像，且高、低倍镜头共用一个CCD，这样改善了识别精度，却并不增加制作成本。本系统工作时，光束经物镜到第一分束镜分束，一路直接进入高倍辅助物镜，一路通过第一反射镜转折进入低倍辅助物镜。识别芯片时，电子切换装置的挡片摆至低倍物镜一侧，光束通过高倍镜头，经第二反射镜和第二分束镜进入CCD；而识别引脚时，电流反向，电子切换装置的挡片摆至高倍物镜一侧，光束通过低倍镜头，经第二分束镜进入CCD，即实现了一次切换，完成了一个焊线周期。
镜头的设计采用ZEMAX软件，两组镜头分别设计，以MTF曲线和点列图来衡量成像质量，并考虑加工装配误差，进行公差带分析。
电子切换装置的高速和稳定是一对矛盾又是追求的最高目标，切换速度直接影响着焊线效率；而对于高速运行的设备，要求运动部件轻质且有极高的抗振性能。经过结构优化与性能分析，切换装置由电磁铁来实现，结构简单、成本低廉，切换时间20ms，重量25g。整个光学系统不超过300g，结构稳定，振动小。
考虑光谱、照度、均匀性及照射角度对图像识别的影响和设备结构的限制，选用LED照明光源，采用同轴蓝光和同轴红光突出中心视场，半环形红色侧光加强轮廓特征，图像识别中可以灵活组合这几种照明方式，亮度0-255级程控可调。
附图说明
图1是本发明一种实施例的轴测结构示意图；
图2是图1所示实施例的双光路原理图；
图3是本发明的电子切换装置轴侧结构示意图；
图4是本发明的照明光源的主视结构示意图。
在附图中：1 物镜、2 第一反射镜、3 第一分束镜、4 低倍4X辅助物镜、5 高倍6X辅助物镜、6 电子切换装置、7 第二反射镜、8 第二分束镜、9 CCD、10 线圈、11 磁芯、12 挡片、13 右卡臂、14 左卡臂、15 永磁铁、16 转轴、17 同轴蓝光、18 同轴红光、19 第一半透半反镜、20 第二半透半反镜、21 半环形红光。
具体实施方式
下面将结合实施例附图对本发明作进一步详述：
本方明在使用时，是安装在全自动LED引线键合机的XY工作台上，焊线过程中随工作台高速运动，实时采集图像，通过后端的图像处理程序，反馈给控制端一个定位信息，从而完成焊线功能，因此图像的实时获取及精确定位直接影响着焊线效果。双光路成像系统的设计要点如下：
a、确定镜头初始结构
Figure A200810079276D00051
b、定义好初始结构后，利用ZEMAX软件设计镜头，定义球差、彗差、场曲、色差等控制参数，同时也可加入放大率、MTF值等参数交替优化。单独设计物镜及高低倍辅助物镜，然后组合成6X及4X两组成像镜头，MTF曲线接近衍射极限，成像质量良好。物镜与辅助物镜之间为近平行光路，可以通过调节辅助物镜的位置达到精确调焦的目的。
c、电子切换装置6要完成高低倍镜头之间的实时切换，采用结构简单，成本低廉的电磁铁巧妙的实现了这一功能。线圈10通电产生磁场，吸引转轴16旋转，进而带动挡片12摆动，挡住该路光线；电流反向后，挡片摆动到另一侧，挡住另一路光线，即完成了一次切换。
d、受空间结构的限制及高速运动的影响，光学结构的设计需要考虑轻质、抗振性等因素，通过Solidworks软件设计分析，整个双光路结构布局合理，重心稳定，可靠性高。
参见附图，本发明的构成包括照明光源、物镜1、高、低倍两组辅助物镜、两个分束镜3、8，两个反射镜2、7，电子切换装置6和高、低倍两组辅助物镜共用的一个CCD9，其中，第一分束镜3的反射光轴与第一反射镜2的入射光轴同轴，且第一分束镜3和第一反射镜2均与入射光轴成45°分布；第二反射镜7的出射光轴与第二分束镜8的入射光轴同轴，且第二反射镜7和第二分束镜8均与入射光轴成45°分布；高、低倍两组辅助物镜4、5与电子切换装置6依次布置在两对分束镜和反射镜间的光路上，其中，高倍6X辅助物镜5置于第一分束镜3与第二反射镜7间的光路上，低倍4X辅助物镜4置于第一反射镜2与第二分束镜8间的光路上。
本发明的电子切换装置6的构成中包括线圈10，磁芯11、挡片12、右卡臂13、左卡臂14、永磁铁15和转轴16，其中，永磁铁15与转轴16的轴体固定，挡片12与转轴16一端固定，转轴16装于右卡臂13和左卡臂14之间，右卡臂13和左卡臂14分别与磁芯11的两端相连。
本发明的照明光源的构成中包括同轴蓝光17、同轴红光18、第一半透半反镜19、第二半透半反镜20和半环形红光21，其中，第一半透半反镜19和第二半透半反镜20均与同轴红光18的光轴成45°角分布，同轴蓝光17的光轴与同轴红光18的光轴成90°角分布，半环形红光21的光轴与同轴红光18的光轴同轴。
本系统工作时、光束通过物镜1到达第一半透半反分束镜3经过分束，一路进入高倍6X辅助物镜5，另一路进入低倍4X辅助物镜4。由电子切换装置6控制，识别芯片时，通过高倍镜头的光束进入CCD9；识别引脚时，通过低倍镜头的光束进入CCD9，高低倍镜头可分别调焦。两组镜头共用一个物镜1，单独设计两个辅助物镜4、5，通过半透半反镜3、8分束和反射镜2、7转折光路来组成高倍6X及低倍4X显微物镜，两组辅助物镜位置前后可调，可达到精确调焦的目的。电子切换装置6实现了高低倍镜头之间的实时切换，工作时，线圈10通电产生磁场，左/右卡壁形成N/S极，吸引转轴16上的小磁铁15，进而带动转轴旋转，转轴带动挡片12摆动；电流反向后，磁场极性改变，挡片摆至另一侧，即实现一次切换。均匀稳定的照明光源在图像识别中扮演着重要的角色，巧妙的选择照明色及照明方式将会产生意想不到的效果。如图4，本发明采用同轴蓝光17和同轴红光18突出中心视场，半环形红色侧光21增强轮廓特征，两个半透半反镜19、20实现光路的转折，图像识别中可以灵活组合这几种照明方式，亮度程控可调。

Claims (3)

1、一种全自动LED引线键合机的双光路成像系统，其特征是它包括照明光源、物镜(1)、高、低倍两组辅助物镜、两个分束镜(3、8)、两个反射镜(2、7)、电子切换装置(6)和高、低倍两组辅助物镜共用的一个CCD(9)，其中，第一分束镜(3)的反射光轴与第一反射镜(2)的入射光轴同轴，且第一分束镜(3)和第一反射镜(2)均与入射光轴成45°分布，第二反射镜(7)的出射光轴与第二分束镜(8)的入射光轴同轴，且第二反射镜(7)和第二分束镜(8)均与入射光轴成45°分布，高、低倍两组辅助物镜(4、5)与电子切换装置(6)依次布置在两对分束镜和反射镜间的光路上，其中，高倍6X辅助物镜(5)置于第一分束镜(3)与第二反射镜(7)间的光路上，低倍4X辅助物镜(4)置于第一反射镜(2)与第二分束镜(8)间的光路上。
2、根据权利要求1所述的全自动LED引线键合机的双光路成像系统，其特征是所述电子切换装置(6)的构成中包括线圈(10)，磁芯(11)、挡片(12)、右卡臂(13)、左卡臂(14)、永磁铁(15)和转轴(16)，其中，永磁铁(15)与转轴(16)的轴体固定，挡片(12)与转轴(16)一端固定，转轴(16)装于右卡臂(13)和左卡臂(14)之间，右卡臂(13)和左卡臂(14)分别与磁芯(11)的两端相连。
3、根据权利要求1所述的全自动LED引线键合机的双光路成像系统，其特征是所述照明光源的构成中包括同轴蓝光(17)、同轴红光(18)、第一半透半反镜(19)、第二半透半反镜(20)和半环形红光(21)，其中，第一半透半反镜(19)和第二半透半反镜(20)均与同轴红光(18)的光轴成45°角分布，同轴蓝光(17)的光轴与同轴红光(18)的光轴成90°角分布，半环形红光(21)的光轴与同轴红光(18)的光轴同轴。
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