CN101561452B - 定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种定位方法，用于定位一待定位元件的一特征中心点至一定位目标，该方法包括以下步骤：一撷取影像步骤；一影像处理步骤，将该画面进行影像处理；一搜寻特征中心点步骤，利用经影像处理后的画面进行画面特征中心点的搜寻；一计算特征中心点与定位目标的差异量步骤；一马达依据差异量进行自动定位步骤；一搜寻特征中心点，再次计算该特征中心点与定位目标的差异量；以及一判断差异量是否落在容许误差范围内步骤，若是则完成定位，若否则再次执行自动定位步骤，直到完成定位。本发明可以使探针中心精确地定位于目标位置，并且可以节省定位时间、降低成本，非常适于实用。

Description

定位方法

技术领域

本发明涉及一种定位方法，特别是涉及一种可以使探针中心精确地定位于目标位置，并且可以节省定位时间、降低成本的关于探针的定位方法。 

背景技术

芯片插座(IC Socket)的功用是为了将芯片(芯片即晶片，以下均称为芯片)突出的多数个端子(pin或lead)分别电性连接于电路板的多数个焊垫(pad)，以进行测试。 

根据各式各样的芯片，也对应有各种形式的芯片插座，请参阅图1A与图1B所示，图1A是现有习知技术的一种芯片插座的结构示意图，图1B是图1A的结构剖面图。芯片插座1具有一上表面10，上表面10包含一定位面11供容置一芯片(未图示)。定位面11凸出设有多数个探针12，每一探针12具有一定位凹槽13与一下端14；芯片在面向定位面11的表面上具有多数个接点，例如锡球。当芯片被置放在定位面11后，芯片的接点与探针12的定位凹槽13个别连接，再藉由探针12的下端14与电路板的焊垫电性连接，之后进行测试。 

由于芯片的尺寸愈做愈小，探针12的直径自然也愈来愈小，该探针12的制作难度因此提高，探针12的制作品质也将主宰芯片插座1的特性与芯片测试结果的可靠性。为了确保芯片测试结果的可靠性，验证该芯片插座1的品质是必须的，而验证过程通常是藉由测量探针12的特性来完成。 

请参阅图2所示，是显示一种测量探针12特性的现有习知定位方法的示意图。一种测量探针12特性的现有习知的定位方法中，包括有一测试装置2，具有一接脚25，接脚25的中心必须对准探针12的定位凹槽13的中心，方能精准测量探针12的特性，例如电阻值。本例的探针12除了具有定位凹槽13与下端14，也具有弹簧15，这种结构型式的探针称为pogopin探针，但是其他型式的探针12同样也需要测量特性。在现有习知的定位方法中，芯片插座1被置于一平台3，固定接脚25的位置，利用人工目视方式，移动平台3进行定位，但是由于探针12的尺寸很小，即使在放大倍率的镜头下定位，也可能发生如图所示的偏移情形。有数据显示，当偏移量到达0.05mm时，探针112电阻值的测量，将因接触面积不足而无法获得正确的结果。 

此外，一个芯片插座1具有多数个探针12，为确保测量的可靠性，每根探针12都必须测量特性。习知的以目视对准探针12中心的方式，花费大量的时间，因而提高了成本

由此可见，上述现有的定位方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但是长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般定位方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题，故亟需提供一种定位方法，使探针中心精确地定位于目标位置，并节省定位时间、降低成本。因此如何能创设一种新的定位方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。 

有鉴于上述现有的定位方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的定位方法，能够改进一般现有的定位方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。 

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的定位方法存在的缺陷，而提供一种新的定位方法，所要解决的技术问题是使探针中心精确地定位于目标位置，并且可以节省定位时间、降低成本，非常适于实用。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一定位方法，用于定位一待定位元件的一特征中心点至一定位目标，该方法包括以下步骤：一撷取影像步骤，用于撷取一影像，该影像涵盖该待定位元件与该定位目标；一影像处理步骤，将该影像进行一影像处理，该影像处理包含一二值化影像处理，将该影像换成一二维灰阶值阵列函数f(x，y)，其中x与y为像点在影像平面上的坐标，f为像点的灰阶函数值，当f＝0代表黑点，f＝1代表白点；一搜寻特征中心点步骤，利用经影像处理后的一画面进行画面特征中心点的搜寻，该搜寻特征中心点包含一边界侦测的方式，其中该边界侦测依照该待定位元件的一形状，设定符合该形状的搜寻范围，当所搜寻的点符合该搜寻范围，且点灰阶值呈现极端的转换，即判断为该待定位元件的边界点，再利用被判断为该待定位元件的边界点，获得该特征中心点的坐标位置；一计算特征中心点与定位目标的差异量步骤；一马达依据差异量进行自动定位步骤；一再次搜寻特征中心点，再次计算该特征中心点与定位目标的差异量步骤；以及一判断差异量是否落在容许误差范围内步骤，若是则完成定位，若否则再次执行自动定位步骤，直到完成定位。 

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 

前述的定位方法，其中所述的撷取影像步骤是利用一电荷耦合元件(CCD)感测器撷取一模拟(模拟即类比，本文均称为模拟)影像，其中该电荷耦合元件感测器传送该模拟影像至一影像撷取卡，该影像撷取卡通过取样与量化，将该模拟影像转换为一数字(数字即数位，本文均称为数字)影像。 

前述的定位方法，其中所述待定位元件是一芯片插座的一探针阵列，该定位方法依据该探针阵列的探针排放位置与探针间距，逐一进行定位，使探针阵列的每一探针的中心定位至该定位目标于容许的该误差范围内。 

前述的定位方法，其中所述定位步骤完成后，还包含有一测试方法，该测试方法是利用一测试装置，该测试装置包含一接脚，在该每一探针定位完成时，该接脚与该每一探针的定位凹槽相接触，进行一特性测量。 

前述的定位方法，在撷取影像步骤之前还包含一前处理步骤，该前处理步骤将该探针阵列一特定位置的探针移动到该电荷耦合元件感测器的一可视范围内，该前处理步骤包含一外形比对(pattern matching)方法，该外形比对定义所要寻求的外形，排除其他外形的影像。 

前述的定位方法，其中所述的影像处理步骤包含影像的增强(Enhancement)和修复(Restoration)处理。 

前述的定位方法，其中所述马达依据差异量进行自动定位步骤包括：利用一运动控制卡传送控制信号给该马达的一驱动器，该驱动器放大该控制信号并驱动该马达运转，其中该马达承载一运动平台，该待定位元件固定于该运动平台上，该马达驱动该运动平台，依据该差异量进行自动定位，其中该马达包含两马达装置，其中一马达装置驱动该运动平台的X方向运动，另一马达装置驱动该运动平台的Y方向运动。 

前述的定位方法，其中该定位方法定位完成后，大约可达到0.01毫米的精度。 

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种定位方法，包含撷取影像；影像处理；搜寻特征中心点；计算特征中心点与定位目标的差异量；马达自动定位；再次搜寻特征中心点与计算差异量；判断差异量是否在误差范围内，如果是则定位完成，如果否则重复马达自动定位直到定位完成，上述撷取影像包含外形比对方法，上述影像处理包含二值化影像方法，上述搜寻特征中心点包含边界侦测的方法。 

借由上述技术方案，本发明定位方法至少具有下列优点及有益效果：本发明可以使探针中心精确地定位于目标位置，并且可以节省定位时间、降低成本，非常适于实用。 

综上所述，本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并且产生了好用及实用的效果，且较现有的定位方法具有增进的突出功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。 

附图说明

图1A是现有习知技术的一种芯片插座的结构示意图。 

图1B是图1A的结构剖面示意图。 

图2是显示一种测量探针特性的现有习知定位方法的示意图。 

图3是本发明较佳实施例的探针定位方法实施时的示意图。 

图4是例示本发明较佳实施例的探针定位方法的硬件系统的示意图。 

图5是本发明较佳实施例的探针定位方法的探针的定位过程示意图。 

图6是本发明较佳实施例的探针定位方法的各步骤的流程图。 

1：芯片插座                        2：测试装置 

3：平台                            4：电脑 

5：运动控制卡                      6：马达 

7：运动平台                        8：影像撷取卡 

9：电荷耦合元件(CCD)感测器         10：上表面 

11：定位面                         12：探针 

13：定位凹槽                       14：下端 

15：弹簧                           16：可视范围 

17：撷取影像                       18：影像处理 

19：搜寻探针中心点 

20：计算探针中心点与定位目标的差异量 

21：马达自动定位 

22：搜寻探针中心点，计算探针中心点与定位目标的差异量 

23：判断差异量是否在误差范围内     24：定位完成 

25：接脚 

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的定位方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。 

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当 可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。 

请参阅图3至图6所示，是显示本发明较佳实施例的定位方法，为了便于说明，本较佳实施例是以探针的定位方法为例进行说明，但是本发明并不限定如此。 

请参阅图3所示，是本发明较佳实施例的探针定位方法实施时的示意图。芯片插座1的上表面10具有一定位面11，定位面11具有复数个探针12，每根探针12具有一定位凹槽13。芯片插座1的上表面面向电荷耦合元件(CCD)感测器9固定于运动平台7，运动平台7至少可以做X方向与Y方向的运动。 

请参阅图4所示，是例示本发明较佳实施例的探针定位方法的硬件系统的示意图。本发明较佳实施例的探针定位方法所搭配的硬件系统，包含电脑4、运动控制卡5、马达6、影像撷取卡8、电荷耦合元件(CCD)感测器9等装置。除了运动平台7，上述各装置的数量可能不只一个，例如马达6的数量可以为两个，一个负责X方向的直线运动，另一个负责Y方向的直线运动。电脑4作为人机介面，可供操作人员输入指令、读取资讯、资讯处理等；输入指令经由运动控制卡5，传送控制信号给马达6的驱动器；该驱动器放大控制信号并驱动马达6运转；接着马达6带动运动平台做X方向或Y方向的运动。 

本较佳实施例的上述的马达6为伺服马达，可以为交流(AC)伺服马达(感应式或永磁式)或直流(DC)伺服马达，马达6也可以是有刷式或无刷式的马达。 

上述的电荷耦合元件(CCD)感测器9，可以设置在摄影机内，摄影机还包含有光学镜头与光源。光学镜头是一光学倍率镜组，可以控制影像的撷取范围大小。光源通过光学镜头照射探针12，反射后投射到电荷耦合元件(CCD)感测器9，该电荷耦合元件(CCD)感测器9可以是一种电荷耦合元件(CCD)感测芯片，电荷耦合元件(CCD)感测器9依照感光的强弱转换成模拟影像，并将模拟影像传送至影像撷取卡8，影像撷取卡8通过取样与量化，将模拟影像转换为数字影像。 

请结合参阅图5所示，是本发明较佳实施例的探针定位方法的探针的定位过程示意图。经过光学镜头投射后，成像于电荷耦合元件(CCD)感测器9上的范围为一可视范围16，可视范围16的中心定义为探针12的定位目标，通过运动平台7的X方向与Y方向的运动，使得该探针12的定位凹槽13的中心移动至可视范围16的中心。当该探针12的中心被移动至定位目标，即可进行其他程序，例如使测试装置2(如图2所示)的接脚25与定位凹槽13接触，测量探针12的特性如电阻值等。

请参阅图6所示，是本发明较佳实施例的探针定位方法的各步骤的流程图。本发明较佳实施例的探针定位方法，包括以下各步骤： 

步骤17，撷取影像，例如以电荷耦合元件(CCD)感测器9撷取在可视范围16内一探针12的定位凹槽13的影像。 

步骤18，进行影像处理，主要程序包含二值化影像。主要是将拍摄到的探针影像转换成仅以两种颜色(例如黑与白)的像素(pixel)格式，二值化影像可减少处理探针影像的复杂度。如果探针的影像品质不佳，可以进行增强(Enhancement)和修复(Restoration)的前处理步骤。经过二值化影像之后，可以得到影像的二维灰阶值阵列函数f(x，y)，其中x与y为像点在影像平面上的坐标，f为像点的灰阶函数值，当f＝0代表黑点，f＝1代表白点。 

步骤19，搜寻探针中心点，主要程序包含影像的边界侦测(edge detection)。以本实施例的圆形探针而言，在探针的边界，也就是探针12的定位凹槽13的圆与影像背景的交界处，像点灰阶值呈现极端的转换，这样的特性可用来侦测探针的边界。边界侦测的方法可以有两种，可以是循序式(Sequential)或平行式(Parrallel)。此外，如果探针12的形状并非圆形，则可以依照探针12的形状设定不同的目标区域(ROI，Region of Interest)的搜寻范围，例如直线、矩形、椭圆形、环形、多边形的几何形状组合，换句话说，只要探针12的外形符合这些几何形状或其组合，皆可经由边界侦测获知边界的位置与相关资讯。经过边界侦测，探针的边界与中心，例如圆形探针的圆与圆心的坐标，即可获得。 

步骤20，计算探针中心点与定位目标的差异量。 

步骤21，根据计算的差异量，进行马达自动定位。马达的定位可以分成X方向的定位与Y方向的定位两步骤。 

步骤22，再次进行搜寻探针中心点，此步骤是为了检测探针是否已经移动到定位目标，因此再次计算探针中心点与定位目标的差异量。 

步骤23，判断差异量是否落在误差范围内，如果落于可容许的误差范围内，则完成定位24，如果超出可容许的误差范围，则回到步骤21，进行马达自动定位，此步骤一直重复直到完成定位24为止。 

上述的马达自动定位21达到可容许误差范围所需要的次数，与选用的马达与其搭配机构有关。如果马达搭配齿轮、皮带、链条等承载运动平台7作X或Y方向的直线运动，因为皮带等并非刚体等因素，会有背隙(backlash)的问题产生，反复移动后会产生较大的机械误差，导致马达6的定位无法精确。即使有背隙的问题，马达自动定位步骤21的次数大约仅需要两次。另一方面，也可以通过改善马达6，减少自动定位次数，例如以滚珠螺杆取代方牙螺杆，背隙问题较小，定位时间可以缩短。 

本实施例是应用于芯片插座1的探针12特性检测，因此每一根探针皆必须进行定位。为了缩短定位的时间，可决定一特定位置的探针12进行定位，例如最接近坐标原点的探针12进行定位，接着依照探针排列位置与探针间距(依照不同芯片插座1而定)，如此即可就每一探针，逐一进行如图6所示的自动定位步骤。当每一探针12完成定位24，测试装置2(如图2所示)的接脚25与探针12的定位凹槽13相接触，测量探针12的特性如电阻值等。 

在本实施例中，还包含一预处理步骤，将上述特定位置的探针12藉由移动运动平台7移动到电荷耦合元件(CCD)感测器9的可视范围16内。可视范围16可藉由调整镜头的放大倍率，使得可视范围16内仅涵盖大约一根探针12的范围。如果可视范围16涵盖到其他物件例如半根探针，可在影像处理步骤18之前处理，利用外形比对(pattern matching)定义所要寻求的外形，例如圆形，而排除其他外形的影像。 

本发明探针定位方法除了应用于探针12的特性测量，也可以应用于芯片的锡球与探针12的定位凹槽13的定位上。此外，依据本发明的实施例概念，本发明定位方法并不限于探针，其可以扩及一般需要定位的元件，待定位元件具有一特征中心点，定位方法是移动特征中心点至定位目标，直到差异量落在可容许误差范围内。 

根据本发明的定位方法，定位的精度大概可达到一个画素，也就是大约0.01毫米，精度可以经由改善硬件设施而更小。 

根据本发明的定位方法，探针中心或是待定位元件的特征中心点可以被精确地定位于目标位置，定位时间大量节省、成本大量降低。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (8)

1.一定位方法，是用于定位一待定位元件的一特征中心点至一定位目标，其特征在于该方法包括以下步骤：

一撷取影像步骤，用于撷取一影像，该影像涵盖该待定位元件与该定位目标；

一影像处理步骤，将该影像进行一影像处理，该影像处理包含一二值化影像处理，将该影像换成一二维灰阶值阵列函数f(x，y)，其中x与y为像点在影像平面上的坐标，f为像点的灰阶函数值，当f＝0代表黑点，f＝1代表白点；

一搜寻特征中心点步骤，利用经影像处理后的一画面进行画面特征中心点的搜寻，该搜寻特征中心点包含一边界侦测的方式，其中该边界侦测依照该待定位元件的一形状，设定符合该形状的搜寻范围，当所搜寻的点符合该搜寻范围，且点灰阶值呈现极端的转换，即判断为该待定位元件的边界点，再利用被判断为该待定位元件的边界点，获得该特征中心点的坐标位置；

一计算特征中心点与定位目标的差异量步骤；

一马达依据差异量进行自动定位步骤；

一再次搜寻特征中心点，再次计算该特征中心点与定位目标的差异量步骤；以及

一判断差异量是否落在容许误差范围内步骤，若是则完成定位，若否则再次执行自动定位步骤，直到完成定位。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于其中所述的撷取影像步骤是利用一电荷耦合元件感测器撷取一模拟影像，其中该电荷耦合元件感测器传送该模拟影像至一影像撷取卡，该影像撷取卡通过取样与量化，将该模拟影像转换为一数字影像。

3.根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于其中所述的待定位元件是一芯片插座的一探针阵列，该定位方法依据该探针阵列的探针排放位置与探针间距，逐一进行定位，使探针阵列的每一探针的中心定位至该定位目标于容许的该误差范围内。

4.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于其中所述的定位步骤完成后，还包含有一测试方法，该测试方法是利用一测试装置，该测试装置包含一接脚，在该每一探针定位完成时，该接脚与该每一探针的定位凹槽相接触，进行一特性测量。

5.根据权利要求3所述的定位方法，其特征在于在撷取影像步骤之前还包含一前处理步骤，该前处理步骤将该探针阵列一特定位置的探针移动到该电荷耦合元件感测器的一可视范围内，该前处理步骤包含一外形比对方法，该外形比对定义所要寻求的外形，排除其他外形的影像。

6.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于其中所述的影像处理步骤包含影像的增强和修复处理。

7.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于其中所述马达依据差异量进行自动定位步骤包括：利用一运动控制卡传送控制信号给该马达的一驱动器，该驱动器放大该控制信号并驱动该马达运转，其中该马达承载一运动平台，该待定位元件固定于该运动平台上，该马达驱动该运动平台，依据该差异量进行自动定位，其中该马达包含两马达装置，其中一马达装置驱动该运动平台的X方向运动，另一马达装置驱动该运动平台的Y方向运动。

8.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于其中该定位方法定位完成后，可达到0.01毫米的精度。

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