CN101566581A

CN101566581A - 一种自动光学检测方法及系统

Info

Publication number: CN101566581A
Application number: CNA2009101075428A
Authority: CN
Inventors: 王占良
Original assignee: SHENZHEN MEIWEI CNC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN MEIWEI CNC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: CN101566581B

Abstract

本发明涉及一种自动光学检测方法，特别适用于需要多次局部图像采集组合分析检测的情况，包括以下步骤：(a)采集待检测物上的标记点并根据所述标记点及标记点模板计算整体坐标体系；(b)参照整体坐标体系采集检测图像，该检测图像为包括冗余区及待检测区的图像；(c)计算局部坐标体系；(d)使用局部坐标体系对照相应的标准模板对待检测区进行分析检测。本发明还提供一种对应的系统。本发明通过增大采集的图像(增加了冗余区)，在现有的整体坐标计算的基础上增加了待检测区的二次局部坐标计算，从而避免了图像采集过程中机械运动的影响，增加了检测的准确性，并增加了机械运动允许的误差范围，使得机械精度可降低到原来的1/5或更低。

Description

一种自动光学检测方法及系统

技术领域

本发明涉及自动光学检测，特别涉及一种弥补电路板检测中机械精度不足的自动光学检测方法及系统。

背景技术

自动光学检测AOI(Auto-Optical-Inspection)系统，即用光学手段获取被测物影像数据(一般通过摄像装置获得检测物的图像并数字化)，然后以特定方法与预先建立的模板进行比较、分析、检验和判断。

在具体实现时，现有的自动光学检测系统通过以下方式实现比较：首先抓取整个电路板的图像并通过电路板上的两个标记点(Mark)进行图像分析，然后根据上述分析结果重新计算电路板的坐标体系，然后根据新的坐标体系移动到每一个预定位置抓取图像后对对所述图像直接进行分析。在这种情况下要求机械运动的重复精度必须高于所要的测量精度。

随着电子产品的小型化和复杂化，自动光学检测已经越来越显示出它的不可替代性。但同时也对检测系统的精度提出了越来越高的要求。由于在检测中自动光学检测系统的XY平台要带动图像系统和电路板相互之间移动成百上千次，因此检测系统的机械运动的定位精度显得尤其重要。

如前所述，类似手机和笔记本电脑这样小型而复杂的产品，图像的分辨率必须在10微米以下，机械运动的重复精度必须小于这个数字，而对于在装配中的机械精度要求就更要小于这个数字。事实上，机械设备要达到这样的要求是非常艰难的，而且成本也很高。另外，在使用过程中由于不断的磨损会造成检测系统的精度急剧下降，故障率会提高，测试的重复性越来越差，很快机器就会报废。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述自动光学检测系统中机械精度要求较高的问题，提供一种可弥补电路板检测中机械精度不足的自动光学检测方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：

(a)采集待检测物上的标记点并根据所述标记点及标记点模板计算整体坐标体系；

(b)参照所述整体坐标体系将待检测物和/或图像采集单元移动到预定位置并采集检测图像，所述检测图像为包括冗余区及待检测区的图像；

(c)在待检测区对应的标准模板上确定一个或一个以上的特征区作为子模板，并在所述检测图像中分析查找所述子模板所对应的区域并把该区域作为参照区，然后根据所述参照区计算局部坐标体系；

(d)使用所述局部坐标体系对照相应的标准模板对所述待检测区进行分析检测。

在本发明所述的自动光学检测方法中，所述检测图像中参照区位于待检测区中。

在本发明所述的自动光学检测方法中，所述检测图像中待检测区占据所述检测图像面积的50％-98％，冗余区占据所述检测图像面积的2％-50％。

在本发明所述的自动光学检测方法中，所述子模板和参照区为任意平面形状。

在本发明所述的自动光学检测方法中，还包括建立标记点模板和待检测图像对应的标准模板，其中所述的标准模板包括有一个或一个以上的子模板。

本发明还提供一种自动光学检测系统，包括：

存储单元，用于存储标记点模板和待检测图像对应的标准模板，其中所述的标准模板包括有一个或一个以上的子模板；

图像采集装置，用于采集图像；

机械运动装置，用于移动待检测物和/或图像采集装置；

第一计算单元，用于根据图像采集单元采集的待检测物上的标记点及存储单元中的标记点模板计算整体坐标体系；

控制单元，用于控制图像采集单元采集待检测物上的标记点以及用于参照所述整体坐标体系使机械运动装置将待检测物和/或图像采集装置移动到预定位置后使图像采集装置采集检测图像，所述检测图像为包括冗余区及待检测区的图像；

第二计算单元，用于在所述检测图像中分析查找与标准模板中的子模板所对应的区域并把该区域作为参照区，然后根据所述参照区计算局部坐标体系；

检测分析单元，用于使用所述局部坐标体系参照检测图像的标准模板对所述检测图像中的待检测区进行检测分析。

在本发明所述的自动光学检测系统中，所述检测图像中参照区位于待检测区中。

在本发明所述的自动光学检测系统中，所述检测图像中待检测区占据所述检测图像面积的50％-98％，冗余区占据所述检测图像面积的2％-50％。

在本发明所述的自动光学检测系统中，所述子模板和参照区为任意平面形状。

在本发明所述的自动光学检测系统中，还包括模板创建单元，用于建立标记点模板和待检测图像对应的标准模板，其中所述的标准模板包括有一个或一个以上的子模板并将所述模板存储到存储单元。

本发明通过增大采集的图像(即增加了冗余区)，并在现有的整体坐标计算的基础上增加了待检测区的二次局部坐标计算，从而避免了图像采集过程中机械运动的影响，增加了检测的准确性。本发明增加了机械运动允许的误差范围，使得机械精度可降低到原来的1/5或更低。

本发明的自动光学检测方法及系统，通过二次定位，使得机械精度可降低到原来的1/5或更低。此外，本发明不仅降低了对机械部件的要求，而且机械部件的成本也同时降低，简化了装配和调试过程。本发明的自动光学检测系统的检测成功率高，整个系统的制造成本可以是原来的一半或以下。在系统使用过程中，由于不用担心磨损造成精度不够，可靠性和使用寿命会大大提高，同时由于机械磨损所造成的故障率会极大地下降。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明自动光学检测系统采集的检测图像的示意图；

图2是所述检测图像对应的标准模板的示意图；

图3是本发明自动光学检测系统实施例的结构示意图；

图4是本发明自动光学检测方法实施例的流程示意图；

图5是本发明自动光学检测系统中机械运动装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的自动光学检测方法及系统，在对待检测区的图像进行分析前，先对该图像做二次定位分析，从而降低了机械运动造成的偏差，提高了分析精度及准确率。

如图3所示，是本发明自动光学检测系统实施例的示意图。在本实施例中，系统包括机械运动单元31、图像采集单元32、第一计算单元33、第二计算单元34、控制单元35、检测分析单元36以及存储单元37，其中控制单元35用于控制机械运动单元31的机械运动及图像采集单元32的图像采集过程。在本发明的系统中还可包括现有装置中的其他结构，例如设备底座、照射到待检测物的光源等。

存储单元37用于存储模板，例如特定待检测物上用于标记位置的标记点模板或待检测物上特定区域的检测图像的标准模板(如图2所示)。在本实施例中，检测图像的标准模板上除了包括待检测区的标准图像21外，还包括有用于定位的一个或多个子模板22(图2中仅示出两个)。通常参照区越多，检测精度越大，但相应的计算量也越大。上述子模板22一般为为标准模板上特征明显的部分，例如电路板基板上的空白区域等。在该存储单元37中，检测图像的标准模板的数量与需检测的区域的数量相同，例如可以是一个、二个或更多。

图像采集装置32用于采集图像，即采集位于该图像采集装置32前方物体的图像。在本实施例中，图像采集装置32为CCD或者具有类似图像感应功能的摄像头等。该图像采集装置32可通过变焦方式实现不同范围物体的采集。

机械运动装置31用于移动待检测物和/或图像采集装置31。如图5所示，在本实施例中，机械运动装置31包括分别由电机驱动的纵向导轨51和横向导轨52，其中横向导轨52位于纵向导轨51的上方并与纵向导轨51垂直，待检测物(例如电路板)固定在纵向导轨51上，图像采集装置32固定在横向导轨52上并采集其下方物体的图像。

第一计算单元33用于根据图像采集单元32采集的标记点(MARK)及存储单元37中的标记点模板计算整体坐标体系。与现有技术类似，上述标记点位于待检测物上，一般包括两个并分别位于待检测物的对角位置。图像采集装置32每次摄取一个标记点，第一计算单元33通过两次采集获得的分别包括该两个标记点图像从而确定标记点的实际位置，然后将该两个标记点的实际位置对照标记点模板计算整体坐标体系。当然，该第一计算单元33也可通过其他现有的标记及计算方式计算整体坐标体系。

控制单元35用于控制图像采集单元32采集包括标记点的图像以及用于参照整体坐标体系使机械运动装置31将待检测物和/或图像采集装置32移动到预定位置后使图像采集装置32采集检测图像(如图1所示)，该检测图像为包括冗余区11及待检测区12(例如电路板中的某一芯片)的图像。在上述预定位置，图像采集装置32正对着电路板上的某一待检测区域。

在本实施例中，该检测图像中待检测区12占据整个图像面积的大50％-98％，而冗余区11则占据整个图像面积的2％-50％。这样，即使机械运动装置31在运动时存在偏差，也能将待检测物的待检测区的所有部分都采集到检测图像中。

第二计算单元34用于在图像采集单元32采集的检测图像中分析查找与对应标准模板中的子模板22所对应的区域并把该区域作为参照区13，然后根据所述参照区13及标准模板中的子模板计算局部坐标体系。当存储单元37中存在多个检测图像的标准模板时，第二计算单元34需先确定对应的标准模板(例如通过整体坐标体系)。

特别地，当标准模板中的子模板22及检测图像上参照区13是一个多边形(例如矩形或梯形等)时，第二计算单元34需结合参照区13的形状和位置并运用拟合算法得到局部坐标体系(此时检测图像的标准模板上的对照区的大小与形状与参照区相同)。

当标准模板中的子模板22及检测图像上参照区13分别为多个时，例如两个点，则此时第二计算单元34可仅考虑这两个点的相对位置计算获得局部坐标体系。

检测分析单元36用于使用局部坐标体系参照检测图像的标准模板对检测图像中的待检测区进行检测分析。该检测分析单元36与现有的自动光学检测设备中对应部分的原理类似，只是其采用了局部坐标体系进行检测分析。

在上述的自动光学检测系统中，还可设置模板创建单元(图中未示出)，以创建标记点模板及检测图像的标准模板并将上述标准模板存储到存储单元37。上述检测图像标准模板中包括用于定位的一个或多个子模板。

如图4所示，是本发明自动光学检测方法实施例的流程示意图。该方法具体包括以下步骤：

步骤S41：采集待检测物上的标记点并根据该标记点及标记点模板计算整体坐标体系。上述标记点模板需预先创建。

步骤S42：参照整体坐标体系将待检测物和/或图像采集单元移动到预定位置并采集检测图像，该检测图像为包括冗余区及待检测区的图像。该步骤中，可通过机械运动装置调整待检测物和/或图像采集单元的位置。

特别地，上述检测图像中待检测区占据整个检测图像面积的50％-98％，而冗余区占据所述检测图像面积的2％-50％。

步骤S43：在待检测区对应的标准模板上确定一个或一个以上的特征区作为子模板，并在所述检测图像中分析查找所述子模板所对应的区域并把该区域作为参照区，然后根据所述参照区计算局部坐标体系。上述检测图像的标准模板需预先创建，而标准模板上的子模板也可在创建标准模板时一起创建或者在检测过程中即时确定。

特别地，当检测图像上的参照区及其标准模板上的子模板是一个多边形时，需结合参照区的形状和位置并运用拟合算法得到局部坐标体系；当标准模板上具有多个子模板时，例如两个点，则此时可仅考虑这两个点的相对位置计算获得局部坐标体系。

步骤S44：使用局部坐标体系参照检测图像的标准模板对检测图像中的待检测区进行检测分析。

需要指出的是，本发明的系统及方法所需的图像采集装置的性能要比正常稍高，相关处理单元的计算量也比现有设备中的稍大。但电子技术的快速发展已经将所增加的这些负担可以忽略不计，例如CPU的频率和性能以及多CPU方法的出现，所增加的时间成本几乎与原来没有变化。

上述系统及方法不仅可应用于电路板(例如PCB、PCBA)检测，也可应用于其他产品的自动光学检测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1、一种自动光学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(c)在待检测区对应的标准模板上确定一个或一个以上的特征区作为子模板，并在采集的检测图像中分析查找所述子模板所对应的区域并把该区域作为参照区，然后根据所述参照区计算局部坐标体系；

2、根据权利要求1所述的自动光学检测方法，其特征在于，所述检测图像中参照区位于待检测区中。

3、根据权利要求1或2所述的自动光学检测方法，其特征在于，所述检测图像中待检测区占据所述检测图像面积的50％-98％，冗余区占据所述检测图像面积的2％-50％。

4、根据权利要求1所述的自动光学检测方法，其特征在于，所述子模板和参照区为任意平面形状。

5、根据权利要求1所述的自动光学检测方法，其特征在于，还包括建立标记点模板和待检测图像对应的标准模板，其中所述的标准模板包括有一个或一个以上的子模板。

6、一种自动光学检测系统，其特征在于，包括：

图像采集装置，用于采集图像；

机械运动装置，用于移动待检测物和/或图像采集装置；

7、根据权利要求6所述的自动光学检测系统，其特征在于，所述检测图像中参照区位于待检测区中。

8、根据权利要求6或7所述的自动光学检测系统，其特征在于，所述检测图像中待检测区占据所述检测图像面积的50％-98％，冗余区占据所述检测图像面积的2％-50％。

9、根据权利要求6所述的自动光学检测系统，其特征在于，所述子模板和参照区为任意平面形状。

10、根据权利要求6所述的自动光学检测系统，其特征在于，还包括模板创建单元，用于建立标记点模板和待检测图像对应的标准模板，其中所述的标准模板包括有一个或一个以上的子模板并将所述模板存储到存储单元。