CN107462587B - 一种柔性ic基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统及方法 - Google Patents

一种柔性ic基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

发明公开了一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统及方法，该系统包括激光测距系统、凹凸痕智能检测模块及凹凸痕智能分析模块组成。该方法包括如下步骤：1）对激光测距系统进行标定2）激光测距系统高速移动激光扫描基板，并最终返回包括基板在内的测量范围内的点距离数据集；3）获得IC基板的完整密集点云数据；4）凹凸痕智能检测模块分割提取IC基板上凹凸痕缺陷的候选点云区域；5）将一块块点云区送至凹凸痕智能分析模块，分析该区域是否属于凹凸痕缺陷；6）若是，进行统计，将统计结果与国家标准要求进行比对，返回该判断结果。本发明能较好地避免旋转、平移、缩放等引起的缺陷误报，对凹凸痕缺陷及其他缺陷有较好的识别能力。

Description

一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种柔性IC基板缺陷检测方法，尤其是一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统及方法。属于缺陷检测技术领域。
背景技术
目前柔性IC基板缺陷检测的方法主要依靠2D图像，尤其是显微镜下观察所得的2D图像。对所采集的图像进行处理分析，以检测基板上存在缺陷的具体位置，以及缺陷的种类。然而，光凭对2D图像的分析，让不同类型的缺陷之间可区分度不足，分类识别结果的正确率不足。而基于三维点云的检测分析方法则很好的应对了上面不足：激光高速移动测距建立的三维点云坐标集，对现场工作平台上的柔性IC基板进行凹凸痕缺陷的检测，着重利用规则进行检测，能较好地避免旋转、平移、缩放等引起的缺陷误报，对凹凸痕缺陷及其他缺陷有较好的识别能力。
发明内容
本发明的目的就是解决上述难题，提供一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测方法，该方法能较好地避免旋转、平移、缩放等引起的缺陷误报，对凹凸痕缺陷及其他缺陷有较好的识别能力。
本发明的另一目的在于提供一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到。
一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测方法，所述方法包括以下步骤：
S1 对激光测距系统进行标定，以调整点激光发生器的最后安装角度，让激光发射方
向尽可能垂直于工作平台；
S2 将目标柔性IC基板送到载物平台上，激光测距系统高速移动激光扫描基板，并最终返回包括基板在内的测量范围内的点距离数据集；
S3 点距离数据集经凹凸痕智能检测模块被反算成世界坐标系下的点三维坐标数据集，即可获得IC基板的完整密集点云数据；
S4 凹凸痕智能检测模块工作过程中，阈值分割将提取凹凸痕候选区域点云，后分割成一块块小候选点云区域；
S5 将一块块候选点云区域送至凹凸痕智能分析模块，分析该候选点云区域是否属于凹凸痕缺陷；
S6 若是，进行统计，将统计结果与国家标准要求进行比对，返回该IC基板在凹凸痕缺陷检测上是否达标的判断结果；若否，将下一块候选点云区域送去分析，以此循环步骤S5和S6。
作为一种优选方案，步骤S1所述标定区别于机器视觉领域的相机标定，目标是为了让激光发射方向尽可能垂直于工作平台。
作为一种优选方案，步骤S1所述标定可理解为：
像素边缘在逐渐输出的过程中产生的误差会成为CCD高精度的障碍，因此这里使用精度更高、速度更快、灵敏度更高的Li-CCD；
目标物测量原理采用的是三角测量法；
在Li-CCD上，反射光位置随着目标物位置的变化而移动，通过检测这种变化来测量目标物的距离量；
激光测距系统的标定，是指调整激光的安装角度，使激光在未放置任何物体的载物平台上扫描若干定位点，返回的距离值之间的差距能控制在逼近于0的误差阈值δ内。
作为一种优选方案，步骤S2所述激光扫描是将目标柔性IC基板置于载物平台上，激光测距系统控制激光高速移动，为减少往返路程所花费的资源，按“Z”字走法对包括基板在内的测量范围内空间进行测距。
作为一种优选方案，所述步骤S3包括：
S3.1 经标定后，激光发射方向与载物平台垂直，故以载物平台即Zw＝0平面，在凹凸痕智能检测模块中建立世界坐标系即参考坐标系OwXwYwZw；
S3.2 根据激光点测量所得距离以及电机控制测量仪到达该测量点所需脉冲数量，求算出该测量点对应的三维世界坐标(Xwi,Ywi,Zwi)；
S3.3 对测量范围内所有测量点进行完整换算后，建立包含该目标柔性IC基板的完整点云。
作为一种优选方案，所述步骤S4包括：
S4.1 数据库中已有IC基板在覆铜前，纯底板的厚度h，该厚度数据对应世界坐标系中Zw轴上的Zw0；
S4.2 数据库中已有覆铜层的标准厚度Δh，其对应世界坐标系中Zw轴上的ΔZw；
S4.3 上面两点Zw0、ΔZw中关于厚度与坐标的变换属于线性变换关系；
S4.4 设γ1为IC基板可接受的覆铜层厚度偏差百分比，γ2为基板底板可接受的底板厚度偏差百分比，根据凹凸痕判断基准公式：
Figure BDA0001395862150000031
对每个Zwi判断后即可提取凹凸痕候选区域点云；
S4.5 对提取后的凹凸痕候选区域点云进行区域分割，即可把其分成一块块可供单独处理的点云区。
作为一种优选方案，步骤S5通过计算曲面平滑度和弯曲度，判断每一块目标点云区域属于凹凸痕缺陷还是划痕缺陷。因划痕缺陷存在的毛刺问题以及在Zw轴上的数据突变情况，使得凹凸痕缺陷的曲面平滑度和弯曲度较划痕缺陷的来说小。
作为一种优选方案，步骤S6通过对凹凸痕点云区域进行直径的计算，将统计结果直接与国标GB/T4588.10-1995、GJB2830-97进行比较判断，具体为：
经步骤S5判断后，若该目标点云区域属于凹凸痕缺陷，则计算其直径并对所有区域的结果进行统计；
将统计结果与国标GB/T4588.10-1995、GJB2830-97中要求进行比较判断：1)在每平方米覆铜板上直径为0.3～0.8mm的凹凸痕个数不应大于3个；2)0.8～1.1mm的凹凸痕个数不应大于1个；3)直径>1.1mm的凹凸痕不可有；
与国标GB/T4588.10-1995、GJB2830-97进行比较后，输出该柔性IC基板关于凹凸痕缺陷是否达标的判断结果。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到。
一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统，所述系统包括：
激光测距子系统，用于计算测量范围内每个点到该子系统的物理距离值，包括：
1)运动控制模块，用于控制激光测距子系统的硬件设备高速运动测距；
2)激光测距模块，用于测量该位置下，激光点到激光测距子系统的物理距离值；
3)数据保存模块，用于保存测量范围内所有点的物理距离值。
凹凸痕智能检测模块，用于将物理距离值换算成三维世界坐标值，并通过区域分割将IC基板完整点云区域分割成一块块凹凸痕缺陷候选点云区域；
凹凸痕智能分析模块，用于判断每一块候选点云区域是否真的属于凹凸痕缺陷，若是，作相关数据的统计。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
本发明的柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统及方法基于激光高速移动测距建立的三维点云坐标集，对现场工作平台上的柔性IC基板进行凹凸痕缺陷的检测，着重利用规则进行检测，能较好地避免旋转、平移、缩放等引起的缺陷误报，对凹凸痕缺陷及其他缺陷有较好的识别能力。
附图说明
图1为本发明实施例的柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测方法的流程示意图。
图2为本发明实施例的柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明的实施方案做进一步的说明，但本发明的实施和保护不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。
实施例：
如图1所示，本实施例的柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测方法包括以下步骤：
S1、对激光测距系统(可由运动控制模块、激光测距模块和数据保存模块组成)进行标定，以调整点激光发生器的最后安装角度；
S2、将目标柔性IC基板送到该系统载物平台上，激光测距系统高速移动激光扫描基板，并最终返回包括基板在内的测量范围内的点距离数据集；
S3、点距离数据集经凹凸痕智能检测模块被反算成世界坐标系下的点三维坐标数据集，阈值分割即可获得IC基板的完整密集点云数据；
S4、凹凸痕智能检测模块分割提取IC基板上凹凸痕缺陷的候选点云区域；
S5、将一块块点云区送至凹凸痕智能分析模块，分析该区域是否属于凹凸痕缺陷；
S6、若是，进行统计，将统计结果与国家标准要求进行比对，返回该IC基板在凹凸痕缺陷检测上是否达标的判断结果。
步骤S1所述标定区别于机器视觉领域的相机标定，目标是为了让激光发射方向尽可能垂直于工作平台。
步骤S1所述标定可理解为：
1)像素边缘在逐渐输出的过程中产生的误差会成为CCD高精度的障碍，因此这里使用精度更高、速度更快、灵敏度更高的Li-CCD；
2)目标物测量原理采用的是三角测量法；
3)在Li-CCD上，反射光位置随着目标物位置的变化而移动，通过检测这种变化来测量目标物的距离量；
4)激光测距系统的标定，是指调整激光的安装角度，使激光在未放置任何物体的载物平台上扫描若干定位点，返回的距离值之间的差距能控制在逼近于0的误差阈值δ内。
步骤S2所述激光扫描是将目标柔性IC基板置于载物平台上，激光测距系统控制激光高速移动，为减少往返路程所花费的资源，按“Z”字走法对包括基板在内的测量范围内空间进行测距。
步骤S3所述对IC基板完整点云的提取，具体为：
1)经标定后，激光发射方向与载物平台垂直，故以载物平台为Zw＝0平面，在凹凸痕智能检测模块中建立世界坐标系(参考坐标系)OwXwYwZw；
2)根据激光点测量所得距离以及电机控制测量仪到达该点所需脉冲数量，求算出该点对应的三维世界坐标(Xwi,Ywi,Zwi)；
3)对测量范围内所有测量点进行完整换算后，建立包含该目标柔性IC基板的完整点云。
步骤S4所述分割提取IC基板上凹凸痕缺陷的候选点云区域，具体为：
1)数据库中已有IC基板在覆铜前，纯底板的厚度h，该厚度数据对应世界坐标系中Zw轴上的Zw0；
2)数据库中已有覆铜层的标准厚度Δh，其对应世界坐标系中Zw轴上的ΔZw；
3)上面两点中关于厚度与坐标的变换属于线性变换关系；
4)设γ1为IC基板可接受的覆铜层厚度偏差百分比，γ2为基板底板可接受的底板厚度偏差百分比，根据凹凸痕判断基准公式：
Figure BDA0001395862150000061
对每个Zwi判断后即可提取凹凸痕候选区域点云；
5)对提取后的凹凸痕候选区域点云进行区域分割，即可把其分成一块块可供单独处理的点云区。
步骤S5通过计算曲面平滑度和弯曲度，判断每一块目标点云区域属于凹凸痕缺陷还是划痕缺陷。
因划痕缺陷存在的毛刺问题以及在Zw轴上的数据突变情况，使得凹凸痕缺陷的曲面平滑度和弯曲度较划痕缺陷的来说小。
步骤S6通过对凹凸痕点云区域进行直径的计算，将统计结果直接与国标GB/T4588.10-1995、GJB2830-97进行比较判断，具体为：
1)经步骤S5判断后，若该目标点云区域属于凹凸痕缺陷，则计算其直径并对所有区域的结果进行统计；
2)将统计结果与国标GB/T4588.10-1995、GJB2830-97中要求进行比较判断：1)在每平方米覆铜板上直径为0.3～0.8mm的凹凸痕个数不应大于3个；2)0.8～1.1mm的凹凸痕个数不应大于1个；3)直径>1.1mm的凹凸痕不可有；
3)与国标GB/T4588.10-1995、GJB2830-97进行比较后，输出该柔性IC基板关于凹凸痕缺陷是否达标的判断结果。
如图2所示，本实施例的一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统包括激光测距子系统(包含激光测距模块、运动控制模块和数据保存模块)、凹凸痕智能检测模块以及凹凸痕智能分析模块，其中：
激光测距子系统，用于计算测量范围内每个点到该子系统的物理距离值，包括：
1)运动控制模块，用于控制该子系统的硬件设备高速运动测距；
2)激光测距模块，用于测量该位置下，激光点到该子系统的物理距离值；
3)数据保存模块，用于保存测量范围内所有点的物理距离值。
凹凸痕智能检测模块，用于将物理距离值换算成三维世界坐标值，并通过区域分割将IC基板完整点云区域分割成一块块凹凸痕缺陷候选点云区域；
凹凸痕智能分析模块，用于判断每一块候选点云区域是否真的属于凹凸痕缺陷，若是，作相关数据的统计。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM、磁盘或光盘等。
综上所述，本发明的柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统及方法基于激光高速移动测距建立的三维点云坐标集，对现场工作平台上的柔性IC基板进行凹凸痕缺陷的检测，着重利用规则进行检测，能较好地避免旋转、平移、缩放等引起的缺陷误报，对凹凸痕缺陷及其他缺陷有较好的识别能力。
以上所述仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利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专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (3)

1.一种柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测方法，其包括以下步骤：
S1对激光测距系统进行标定，以调整点激光发生器的最后安装角度，让激光发射方向尽可能垂直于工作平台，使激光在未放置任何物体的载物平台上扫描若干定位点，返回的距离值之间的差距能控制在逼近于0的误差阈值δ内；目标物测量原理采用的是三角测量法；在Li-CCD上，反射光位置随着目标物位置的变化而移动，通过检测这种变化来测量目标物的距离量；
S2将目标柔性IC基板送到载物平台上，激光测距系统高速移动激光扫描目标柔性IC基板，并最终返回包括目标柔性IC基板在内的测量范围内的点距离数据集；
S3点距离数据集经凹凸痕智能检测模块被反算成世界坐标系下的点三维坐标数据集，
即可获得目标柔性IC基板的完整密集点云数据；步骤S3包括：
S3.1经标定后，激光发射方向与载物平台垂直，故以载物平台即Zw＝0平面，在凹凸痕智能检测模块中建立世界坐标系即参考坐标系OwXwYwZw；
S3.2根据激光点测量所得距离以及电机控制测量仪到达该测量点所需脉冲数量，求算出该测量点对应的三维世界坐标(Xwi,Ywi,Zwi)；
S3.3对测量范围内所有测量点进行完整换算后，建立包含该目标柔性IC基板的完整点云；
S4凹凸痕智能检测模块工作过程中，阈值分割将提取凹凸痕候选区域点云，后分割成一块块小候选点云区域；步骤S4包括：
S4.1数据库中已有目标柔性IC基板在覆铜前，纯底板的厚度h，该厚度数据对应世界坐标系中Zw轴上的Zw0；
S4.2数据库中已有覆铜层的标准厚度Δh，其对应世界坐标系中Zw轴上的ΔZw；
S4.3上面两点Zw0、ΔZw中关于厚度与坐标的变换属于线性变换关系；
S4.4设γ1为目标柔性IC基板可接受的覆铜层厚度偏差百分比，γ2为目标柔性IC基板的纯底板可接受的纯底板厚度偏差百分比，根据凹凸痕判断基准公式：
Figure FDA0002761198700000011
对每个Zwi判断后即可提取凹凸痕候选区域点云；
S4.5对提取后的凹凸痕候选区域点云进行区域分割，即可把其分成一块块可供单独处理的小候选点云区域；
S5将一块块小候选点云区域送至凹凸痕智能分析模块，分析该小候选点云区域是否属于凹凸痕缺陷；具体包括：
通过计算曲面平滑度和弯曲度，判断每一块目标小候选点云区域属于凹凸痕缺陷还是划痕缺陷；划痕缺陷存在的毛刺问题以及在Zw轴上的数据突变情况，使得凹凸痕缺陷的曲面平滑度和弯曲度较划痕缺陷的来说相对较小；
S6若是，进行统计，将统计结果与国家标准要求进行比对，返回该目标柔性IC基板在凹凸痕缺陷检测上是否达标的判断结果；若否，将下一块小候选点云区域送去分析，以此循环步骤S5和S6；所述步骤S6具体包括：
S6.1经步骤S5判断后，若该目标小候选点云区域属于凹凸痕缺陷，则计算其直径并对所有区域的结果进行统计；
S6.2将统计结果与国标GB/T4588.10-1995、GJB2830-97中要求进行比较判断：1)在每平方米覆铜板上直径为0.3～0.8mm的凹凸痕个数不应大于3个；2)0.8～1.1mm的凹凸痕个数不应大于1个；3)直径>1.1mm的凹凸痕不可有；
S6.3与国标GB/T4588.10-1995、GJB2830-97进行比较后，输出该柔性IC基板关于凹凸痕缺陷是否达标的判断结果。
2.根据权利要求1所述的柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测方法，其特征在于，
所述步骤S2包括：
将目标柔性IC基板置于载物平台上，激光测距系统控制激光高速移动，为减少往返路程所花费的资源，按Z形走法对包括目标柔性IC基板在内的测量范围内空间进行测距。
3.一种用于实现权利要求1～2任一项所述检测方法的柔性IC基板凹凸痕缺陷的精密视觉检测系统，其特征在于包括：
激光测距系统，用于计算测量范围内每个点到激光测距系统的物理距离值，包括：
1)运动控制模块，用于控制激光测距系统的硬件设备高速运动测距；
2)激光测距模块，用于测量该位置下，激光点到激光测距系统的物理距离值；
3)数据保存模块，用于保存测量范围内所有点的物理距离值；
凹凸痕智能检测模块，用于将物理距离值换算成三维世界坐标值，并通过区域分割将目标柔性IC基板完整点云区域分割成一块块凹凸痕缺陷小候选点云区域；
凹凸痕智能分析模块，用于判断每一块小候选点云区域是否真的属于凹凸痕缺陷，若是，作相关数据的统计。
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基于三维点云数据的缺陷检测及重构实现;付国平;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20131215(第S2期);第I138-1076页 *

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