CN101794009A - 基于旋转式反射镜的芯片图像采集及定位装置 - Google Patents

Abstract

基于旋转式反射镜的芯片图像采集及定位装置，它涉及一种图像采集装置。本发明为解决现有芯片运动图像采集时，出现图像失真、图像扭曲变形，芯片在按照一定的路径运动到指定的贴片位置过程中，中间要停止一次，导致贴装芯片的工作效率低的问题。芯片贴装时，吸嘴先向下移动至M位置吸取芯片；移动电机反转，吸嘴带着芯片向上移动至N位置，移动底座向上移动的同时带动齿条向上移动，齿轮带动反射镜组件旋转，反射镜组件的外侧端由A点转至B点，光源的光线照在反射镜上，相机通过反射镜获得芯片的静止图像，利用计算机对图像处理，获得芯片相对吸嘴中心坐标系的位置误差；启动旋转电机，吸嘴转动，完成芯片角度误差的校正。本发明用于贴装芯片。

Description

基于旋转式反射镜的芯片图像采集及定位装置

技术领域

本发明涉及一种图像采集装置。

背景技术

在现代电子制造装备中，芯片体积日益微小化，芯片集成程度也日益增加，芯片集成采用机械装夹等传统的操作工艺难以实现高精度的定位，因此，电子元件和安装工位的精度定位需要采集元件运动的图像来完成。在电子制造的过程中，芯片集成操作一般是利用吸嘴将芯片吸取元件后，按照一定的路径运动到指定的贴片位置，进行贴片作业，但是在吸嘴吸取芯片的过程中，芯片相对吸嘴中心坐标系会产生一个位置误差，该误差包括Δx，Δy，Δθ，其中，Δx是芯片中心与吸嘴中心之间的X轴误差；Δy是芯片中心与吸嘴中心之间的Y轴误差；Δθ是芯片绕吸嘴的Z轴的旋转角度；一般做法是吸嘴吸取芯片后运动到一个固定的相机镜头前，吸嘴停止，利用相机进行图像拍照(即图像采集)，相机通过数据线与计算机连接，利用计算机进行图像处理，从而获得芯片相对吸嘴中心坐标系的位置误差，然后对位置误差进行校正。由于芯片拍照时需要停止，因此，导致贴装芯片的工作效率低。

现有芯片运动图像的采集方法有单反射镜方法、V型双反射镜方法、半透半反射镜方法。(1)、单反射镜方法中，芯片和工位成像位置不一样，必须使用相机的自动调焦功能，由于相机是倾斜放置，使得图像扭曲变形，芯片和工位的变形程度越大，图像处理难度越大，相机需要增加微调机构来实现微调，因此，该方法结构复杂；(2)、V型双反射镜方法限制了芯片的运动轨迹，使吸嘴中心必须在V型反射镜组对称面上方运动一段距离，否则不能获得清晰地图像，这不仅增加了吸嘴的运动距离，同时增大了控制系统的复杂性，元件和工件成像位置不同，仍然需要自动调焦，呈45度夹角的V型反射镜组需要微调机构保证；(3)、半透半反射镜方法中，相机总是能同时得到来自反射和透射方向上的物体图像的叠加，当需要只对其中一个方向图像进行处理时，另一方向的图像就成为了干扰，造成后续处理困难，另外相机倾斜安装，造成图像扭曲。

发明内容

本发明的目的是为解决现有芯片运动图像的采集采用单反射镜法、双反射镜法和半透半反射镜法，均会出现图像失真、需要自动调焦、图像扭曲变形，同时，芯片在按照一定的路径运动到指定的贴片位置过程中，中间要停止一次，从而导致贴装芯片的工作效率低的问题，提供了一种基于旋转式反射镜的芯片图像采集及定位装置。

本发明包括反射镜组件、齿轮、齿条、转轴、支撑板、移动底座、机架、吸嘴套筒、传动轴、两个球轴承、吸嘴轴、吸嘴套杆、弹簧、吸嘴杆、吸嘴、第一联轴器、旋转电机、旋转电机座、上同步带轴、第二联轴器、移动电机、上同步带轮、下同步带轮、同步带、下同步带轴、电机支座、相机、相机支架和光源，机架上设有导轨，移动底座安装在机架上，移动底座沿机架上下移动，吸嘴套筒与移动底座固接，传动轴通过两个轴承装在吸嘴套筒中，吸嘴轴的上端与传动轴的下端连接，吸嘴套杆的上端与吸嘴轴的下端连接，弹簧套装在吸嘴套杆上，吸嘴杆装在吸嘴套杆下端的中心孔内，且吸嘴杆的下端露在吸嘴套杆下端面的外面，吸嘴装在吸嘴杆的下端，传动轴通过第一联轴器与旋转电机的输出轴连接，旋转电机固装在旋转电机座上，旋转电机座固装在移动底座上，传动轴的轴心设有抽气孔，反射镜组件上的反射镜底板的一端与转轴固接，齿轮固装在转轴上，齿轮与齿条啮合，齿条通过连接件与支撑板连接，支撑板通过连接件与移动底座连接，上同步带轴通过轴承固装在机架的上方，下同步带轴通过轴承固装在机架的下方，上同步带轴的输入端通过第二联轴器与移动电机的输出轴连接，上同步带轮固装在上同步带轴的输出端上，下同步带轮通过同步带与上同步带轮连接，下同步带轮固装在下同步带轴上，移动底座通过连接件与同步带连接，移动电机通过电机支座固装在机架上，相机水平设置在反射镜组件的前方，且相机上的镜头与反射镜组件上的反射镜正对，光源安装在相机的镜头周边，相机安装在相机支架上，相机支架固装在机架上。

本发明的优点是：一、本发明利用齿轮齿条传动来实现反射镜组件的旋转运动，使得芯片在吸嘴上随吸嘴运动的同时，相机通过反射镜组件获得芯片的图像，从而实现对芯片的位置和旋转角度的校正；由于本发明中的相机是水平放置的，因此，成像无失真、无变形，不限制芯片的运动轨迹。芯片在按照一定的路径运动到指定的贴片位置的过程中完成芯片的图像获取、图像处理，实现芯片运动中的位置误差校正，这些过程的完成是在芯片运动到达指定贴片位置之前完成的，中间无须停止，实现了连续的芯片贴装作业，使芯片贴装效率得到提高。二、本发明结构简单、紧凑，可广泛应用于贴片机系统中。

附图说明

图1是本发明的整体结构主剖视图，图2是本发明的整体外部结构主视图，图3是图2的后视图，图4是反射镜组件1的结构示意图，图5是齿轮2的结构示意图，图2和图3中标记M为工件拾取平面。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式包括反射镜组件1、齿轮2、齿条3、转轴4、支撑板5、移动底座6、机架7、吸嘴套筒8、传动轴9、两个球轴承10、吸嘴轴11、吸嘴套杆12、弹簧13、吸嘴杆14、吸嘴15、第一联轴器16、旋转电机17、旋转电机座18、上同步带轴19、第二联轴器20、移动电机21、上同步带轮22、下同步带轮23、同步带24、下同步带轴25、电机支座26、相机27、相机支架28和光源30，机架7上设有导轨7-1，移动底座6安装在机架7上，移动底座6沿机架7上下移动，吸嘴套筒8与移动底座6固接，传动轴9通过两个轴承10装在吸嘴套筒8中，吸嘴轴11的上端与传动轴9的下端连接，吸嘴套杆12的上端与吸嘴轴11的下端连接，弹簧13套装在吸嘴套杆12上，吸嘴杆14装在吸嘴套杆12下端的中心孔内，且吸嘴杆14的下端露在吸嘴套杆12下端面的外面，吸嘴15装在吸嘴杆14的下端，传动轴9通过第一联轴器16与旋转电机17的输出轴连接，旋转电机17固装在旋转电机座18上，旋转电机座18固装在移动底座6上，传动轴9的轴心设有抽气孔9-1，反射镜组件1上的反射镜底板1-1的一端与转轴4固接，齿轮2固装在转轴4上，齿轮2与齿条3啮合，齿条3通过连接件与支撑板5连接，支撑板5通过连接件与移动底座6连接，上同步带轴19通过轴承固装在机架7的上方，下同步带轴25通过轴承固装在机架7的下方，上同步带轴19的输入端通过第二联轴器20与移动电机21的输出轴连接，上同步带轮22固装在上同步带轴19的输出端上，下同步带轮23通过同步带24与上同步带轮22连接，下同步带轮23固装在下同步带轴25上，移动底座6通过连接件与同步带24连接，移动电机21通过电机支座26固装在机架7上，相机27水平设置在反射镜组件1的前方，且相机27上的镜头与反射镜组件1上的反射镜1-2正对，光源30安装在相机27的镜头周边，相机27安装在相机支架28上，相机支架28固装在机架7上。反射镜组件1与竖直平面成45°角时，能获取清晰图像，无须自动调焦，且图像无失真，同时不限制吸嘴的运动轨迹。

具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式的反射镜组件1由反射镜底板1-1和反射镜1-2组成，反射镜底板1-1的上端面设有反射镜槽1-1-1，反射镜1-2装在反射镜槽1-1-1中。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式的齿轮2为扇形齿轮，扇形齿轮的两个侧面之间的夹角α为60～70°。这样设计使得反射镜组件1在与竖直平面成0～45°范围内转动，保证相机27在反射镜组件1与竖直平面成为45°时，获取芯片的运动图像。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

工作原理：当芯片贴装时，参见图2，将芯片29置于M位置，这时，反射镜组件1与齿条3平行(反射镜组件1的位置位于如图2中A点的位置)，启动移动电机21，上同步带轴19带动上同步带轮22转动，同步带24随之转动，吸嘴套筒8和移动底座6随着同步带24下运动，吸嘴15随着吸嘴套筒8下移动至M位置开始吸取芯片29；移动电机21反转，吸嘴15吸附着芯片29向上移动至N位置，移动底座6向上移动的同时支撑板5也随着向上移动，带动齿条3向上移动，齿轮2转动带动转轴4转动，转轴4带动反射镜组件1旋转，反射镜组件1的外侧端由A点转至B点，此时，移动电机21停止转动；然后，该装置向贴片位置运动，同时，光源30的光线照在反射镜组件1上的反射镜1-2上，相机27通过反射镜1-2获得芯片29的静止图像，利用计算机对图像处理，获得芯片相对吸嘴15中心坐标系的位置误差Δx，Δy，Δθ；启动旋转电机17，传动轴9转动，通过吸嘴轴11、吸嘴套杆12和吸嘴杆14带动吸嘴15转动，从而完成芯片角度误差Δθ的校正，在进行贴片时，完成Δx，Δy的位置校正。

Claims (3)

1.一种基于旋转式反射镜的芯片图像采集及定位装置，所述装置包括移动底座(6)、机架(7)、吸嘴套筒(8)、传动轴(9)、两个球轴承(10)、吸嘴轴(11)、吸嘴套杆(12)、弹簧(13)、吸嘴杆(14)、吸嘴(15)、第一联轴器(16)、旋转电机(17)、旋转电机座(18)、相机(27)和相机支架(28)，机架(7)上设有导轨(7-1)，移动底座(6)安装在机架(7)上，移动底座(6)沿机架(7)上下移动，吸嘴套筒(8)与移动底座(6)固接，传动轴(9)通过两个轴承(10)装在吸嘴套筒(8)中，吸嘴轴(11)的上端与传动轴(9)的下端连接，吸嘴套杆(12)的上端与吸嘴轴(11)的下端连接，弹簧(13)套装在吸嘴套杆(12)上，吸嘴杆(14)装在吸嘴套杆(12)下端的中心孔内，且吸嘴杆(14)的下端露在吸嘴套杆(12)下端面的外面，吸嘴(15)装在吸嘴杆(14)的下端，传动轴(9)的输入端通过第一联轴器(16)与旋转电机(17)的输出轴连接，旋转电机(17)固装在旋转电机座(18)上，旋转电机座(18)固装在移动底座(6)上，传动轴(9)的轴心设有抽气孔(9-1)，其特征在于：所述装置还包括反射镜组件(1)、齿轮(2)、齿条(3)、转轴(4)、支撑板(5)、上同步带轴(19)、第二联轴器(20)、移动电机(21)、上同步带轮(22)、下同步带轮(23)、同步带(24)、下同步带轴(25)、电机支座(26)和光源(30)，所述反射镜组件(1)上的反射镜底板(1-1)的一端与转轴(4)固接，齿轮(2)固装在转轴(4)上，齿轮(2)与齿条(3)啮合，齿条(3)通过连接件与支撑板(5)连接，支撑板(5)通过连接件与移动底座(6)连接，上同步带轴(19)通过轴承固装在机架(7)的上方，下同步带轴(25)通过轴承固装在机架(7)的下方，且上同步带轴(19)与下同步带轴(25)平行设置，上同步带轴(19)的输入端通过第二联轴器(20)与移动电机(21)的输出轴连接，上同步带轮(22)固装在上同步带轴(19)的输出端上，下同步带轮(23)通过同步带(24)与上同步带轮(22)连接，下同步带轮(23)固装在下同步带轴(25)上，移动底座(6)通过连接件与同步带(24)连接，移动电机(21)通过电机支座(26)固装在机架(7)上，相机(27)水平设置在反射镜组件(1)的前方，且相机(27)上的镜头与反射镜组件(1)上的反射镜(1-2)正对，光源(30)安装在相机(27)的镜头周边，相机(27)安装在相机支架(28)上，相机支架(28)固装在机架(7)上。

2.根据权利要求1所述基于旋转式反射镜的芯片图像采集及定位装置，其特征在于：所述反射镜组件(1)由反射镜底板(1-1)和反射镜(1-2)组成，反射镜底板(1-1)的上端面设有反射镜槽(1-1-1)，反射镜(1-2)装在反射镜槽(1-1-1)中。

3.根据权利要求1或2所述基于旋转式反射镜的芯片图像采集及定位装置，其特征在于：所述齿轮(2)为扇形齿轮，扇形齿轮的两个侧面之间的夹角(α)为60～70°。

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