CN107850531B - 用于分配的粘合材料检查的系统、装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于检测粘合区域中的缺陷的装置、系统和方法，该粘合区域包括与荧光材料混合的粘合剂。一个或多个照明设备可以使用预定波长的光照亮所述粘合区域中的所述荧光材料。相机可以被配置成获取所被照亮的粘合区域的图像。通信耦合到所述相机的处理设备，可以被配置成通过将一个或多个边界区域应用到所获取的图像并确定所述边界区域中的每一个边界区域内的图像特性，以处理所获取的图像，其中所述处理设备使用所述图像特性来确定所述粘合剂中缺陷的存在，例如粘合剂过量或粘合剂的应用不足。

Description

用于分配的粘合材料检查的系统、装置和方法

技术领域

本公开涉及材料添加剂和检查。更具体地，本公开涉及用于制造产品/设备的粘合处理和自动光学检查(AOI)。

背景技术

在制造装置和系统中，检查分配的粘合剂的能力(尤其在产品最终组装期间)变得很重要，因为在这个阶段损失的产品产量尤其高。除了保证已经采用的合适的粘合，产品上的用于材料的胶接界面对产品的装饰和感知品质会有视觉上的冲击。如果在粘贴到产品上的设备(例如集成电路、机械设备、显示器等)的边缘或周围可看见过多的粘合化合物，这不仅会影响粘合整体性，而且还会给使用者带来产品品质低的印象。

诚然，长久以来使用人工视觉检查来检查产品质量。但是，这种检查通常进行速度慢且容易出现人为错误。此外，在某些情况中，为匹配键合界面，粘合剂可能是透明的或带颜色的，这使得人类光学检查更困难。因此，需要有效的质量控制和检查技术，对使用粘合剂已被附着到表面的设备提供改进的检查。

发明内容

因此，根据一些示意性实施方式，公开了用于检测包括与荧光材料混合的粘合剂的粘合区域中的缺陷的系统，包括一个或多个照明设备，用于用预定波长的光照亮所述粘合区域中的所述荧光材料。相机可以被配置成获取所被照亮的粘合区域的图像。通信耦合到相机的处理设备，可以被配置成通过将一个或多个边界区域应用到所获取的图像上并确定每一个边界区域内的图像特性，以处理所获取的图像，其中所述处理设备使用所述图像特性来确定在所述粘合剂中缺陷的存在。

在其他示例性实施方式中，公开了用于在包括与荧光材料混合的粘合剂的粘合区域中的缺陷的方法，包括通过一个或多个照明设备用预定波长的光照亮粘合区域中的荧光材料；通过相机获取所被照亮的粘合区域的图像；通过通信耦合到所述相机的处理设备通过以下方式处理所获取的图像：将一个或多个边界区域应用到所获取的图像；通过所述处理设备确定每一个边界区域内的图像特性；以及通过所述处理设备使用所述图像特性确定所述粘合剂中缺陷的存在。

附图说明

图1示出了根据实施方式的在位于粘合剂分配器台上的表面上分配粘合剂的示例性粘合剂分配器；

图2A示出了分配到表面的多个粘合剂；

图2B示出了根据示例性实施方式的在粘合剂与荧光材料混合之后，通过包括预定光波段的光激励的图2A的多个粘合剂；

图3示出了根据示例性实施方式的耦合到处理装置的相机，用于光学检查位于设备和表面之间的分配的粘合剂，其中所述分配的粘合剂周围的区域被照亮以激发所述荧光材料；

图4示出了根据示例性实施方式的处理装置使用多个边界/掩膜区域进行使用图3的实施方式的光学检查，以确定分配的粘合剂的一个或多个特性；以及

图5示出了根据实施方式的用于获取并处理图像并确定图像特性以确定潜在缺陷的示例性方法。

具体实施方式

为了清楚理解本申请描述的设备、系统和方法，本申请中提供的图和描述已经被简化以示出相关的方面，同时为了清晰，省去了在典型的类似设备、系统和方法中可以找到的其他方面。因此，本领域技术人员可以理解的是，为了实施本申请描述的设备、系统和方法，其他要素和/或操作是可取和/或必要的。但是由于这些要素和操作在本领域中是已知的，且由于它们并不利于对本公开能有更好的理解，因此本申请中没有提供对这些要素和操作的论述。但是，本领域技术人员来说可以理解，本公开被视为内在包括对描述的方面的所有这些要素、变形以及修改。

全文提供示意性实施方式，由此本公开足够全面并向本领域技术人完整表达本公开的实施方式的范围。记载了许多特定细节，例如特定组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施方式的全面理解。但是，对本领域技术人员而言显而易见的是，这些具体的公开的细节是不需要的，且可以以不同形式实施示意性实施方式。由此，示意性实施方式不应当被理解为限制本公开的方法。在一些示意性实施方式中，没有详细描述公知的过程、公知的设备结构以及公知的技术。

本申请使用的术语仅用于描述特定示意性实施方式且不用于限制。本申请使用的单数形式“一”和“该”也可以用于包含复数形式，除非上下文明确另有指明。术语“包括”、“包含”以及“具有”是包含式的且因此指明存在记载的特征、整体、步骤、操作、要素和/或组件，但是不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、要素、组件和/或这些的群组。本申请描述的步骤、过程和操作不应该被理解为，需要其按照描述或示出的特定顺序各自执行，除非特别指明优选执行顺序。还理解可以使用另外或可替换的步骤。

当要素或层被描述为在另一要素或层“上面”、“结合于”“连接到”或“耦合到”另一要素或层，其可以直接在另一要素或层上，与其结合，连接或耦合，或可以存在中间要素或层。相比之下，当要素比称为“直接在之上”、“直接结合于”“直接连接到”或“直接耦合到”另一要素或层，则没有中间要素和层。用于描述要素之间的关系的其他词语应当以相似的方式来理解(例如，“在……之间”相比于“直接在……之间”，“邻近”相比于“直接邻近”等等)。本申请使用的术语“和/或”包括相关联的列出的项中的一个或多个的任意和所有组合。

虽然术语第一、第二、第三等在本申请中可以用于描述不同的要素、组件、区、层和/或部分，但是这些要素、组件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语可以仅用于区分一种要素、组件、区、层或部分与另一要素、组件、区、层或部分。当在本申请中使用术语，诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语时，不暗含序列或顺序，除非上下文明确指明。因此，下文讨论的第一要素、组件、区、层或部分，在不背离示意性实施方式的教示的情况下，可以称作第二要素、组件、区、层或部分。

参考图1，示出了粘合剂分配器100的示例性实施方式，其在该示例中是台式粘合剂分配器。本领域技术人员应当理解示出的分配器100的特定结构仅是用于示例的目的，且不旨在以任何方式进行限制。在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用任意合适的分配器，例如单个或多个站台分配器和/或单或多轴(例如3轴、6轴)分配器。

图1的分配器100包括显示器108，其可以包括计算机，该计算机可以用于对分配器100进行编程。分配泵110可以是用于粘性流体的任意合适的泵(例如，时间/压力泵、螺旋泵、活塞泵等)并可以耦合到喷嘴104，其可以在分配机构102的帮助下将粘合材料分配到位于工作表面106处的设备上。分配泵110可以耦合到粘合存储罐(未示出)，其可以为泵110存储粘合化合物。分配器100可以被配置成为较宽种类的应用提供粘合剂或其他材料，包括但不限于，机械部件涂覆、手机按键点胶、移动电话电池封装、便携式电脑电池封装、线圈点胶、PCB结合固定密封胶、IC密封剂、角外部点状胶、PDA密封剂、LCD密封剂、IC封装、IC键合、铸造键合、光学设备处理、机械密封等。应用还可以包括榫槽粘合，搭接剪切，以及在张力、剥落或裂开应力下的接合点。在考虑装饰很重要的情况中，匹配的颜色可以用于粘合。例如，黑色粘合剂(例如环氧树脂或聚氨酯)可以用在黑色被阳极处理的铝表面，和/或清澈的粘合剂可以用在透明的聚碳酸酯或液晶聚合物上。

可以使用本领域已知的计算机辅助定位技术来定位位于工作表面106上的设备，以确保在合适的区域应用粘合剂和/或其他材料。用于从喷嘴104接收粘性材料的设备表面可以是任意合适的材料，包括聚碳酸酯(PC)材料、玻璃填充PC、液晶聚合物(LCP)、玻璃加固环氧树脂叠层(FR-4)片、管、棍以及印刷电路板(PCB)、阻焊表面、铝、钛、金、铜、硅、钢、不锈钢等。从喷嘴104分配的粘性流体(例如粘合剂)可以包括环氧树脂粘合剂、聚氨酯(PUR)和/或丙烯酸树脂、硅酮、热熔性胶粘剂、热或辐射处理的，等等。另外可应用的流体可以包括硅胶、EMI导电胶、UV胶、AB胶、快干胶、密封剂、油脂、银胶、红胶、焊膏、冷却膏、阻焊膏、透明漆、螺丝固定剂，等等。

在示意性实施方式中，诸如粘合剂的粘性材料与荧光添加剂混合，这可以使得材料在用预定波长的光(例如UV光、IR光等)照射时会发荧光。在某些实施方式中，荧光添加剂可以包括低于1％的重量的粘性染料混合物以保持粘合剂的完整性。但是，依据使用的粘合剂类型和粘合剂属性，也可以使用更大量的荧光添加剂。特定的荧光添加剂可以依据应用而变化，且可以由各种燃料的一种或多种制成，包含这些燃料或基于这些燃料，包括但不限于吖啶染料，花青染料，荧光酮染料，噁嗪燃料，菲啶染料，以及罗丹明染料。

图2A和2B提供了将荧光添加剂添加到粘合剂的一些效果的示例性示例。在图2A的示例中，示出了具有四种不同的荧光染料添加剂(202A、204A、206A、208A)的环氧树脂，其没有被暴露给任何专门的照明。图2B示出了图2A的示例暴露到UV光，其中添加剂(202B、204B、206B、208B)发出荧光且能够明显地看到。当然，这种配置有利地帮助人眼检查，并可以使得检查者在粘合过程中视觉上看到明显的缺陷。但是，荧光添加剂可以有利地用于自动光学检查(AOI)系统以用于缺陷检测。

图3的示例性实施方式示出了简化的AOI系统300，其中物体302使用粘合剂304被粘合到工作表面306。所述物体可以是被配置用于粘合的任意合适的物体，包括但不限于，材料、物体和/或电路。在示意性实施方式中，粘合剂304是诸如包括荧光添加剂的上述的粘合剂。系统300还可以包括耦合到处理装置314的相机312，处理装置314例如是计算机或工作站，其中相机312可以被定位，以在一个或多个照明灯308、310用包括一个或多个预定波长的光(例如UV、IR)照射粘合区域时，对物体302、粘合剂304以及工作表面306(本申请中一起被称为“粘合区域”)进行成像。

虽然图3的示例性实施方式示出了两个照明灯308、310，但是应当理解在本公开中构想了多种发光配置。例如，在一个实施方式中可以使用单个灯。在另一实施方式中，依据粘合剂304的荧光属性以及物体302与工作表面306之间的对比度可以使用三个或更多个灯。在另一示例性实施方式中，一个或多个灯可以集成到相机312并用于照明。此外，在实施方式中可以使用调制器320，其中照明灯308、310的一个或多个被调制以影响照明灯的频率或相位，这将在下面详细描述。调制器320可以直接耦合到相机312，而该相机312形成到处理装置314的间接连接。可替换地，调制器320可以绕过相机312并直接连接到处理装置314。

相机312可以被实施为基于硅的相机，例如电荷耦合(CCD)相机或采用金属氧化物半导体(CMOS)或N型金属氧化物半导体(NMOS、Live MOS)技术的有源像素传感器。在一些示例性实施方式中，相机312可以被配置为双相机结构以满足立体视觉，这可以增加精确度。相机312还可以包括一个或多个滤波器316和成像电路318，这还可以包括处理器和用于本地处理相机312的图像的其他电路。在一些示例性实施方式中，滤波器316可以被实施为固定和/或可移动光学滤波器，其可以在相机312获取粘合区的图像时允许和/或阻挡预定波长的光通过。

在一些示例性实施方式中，相机312可以耦合到处理装置314，例如计算机，其可以被配置成提供控制信号以控制相机312的操作，并处理从相机312接收的图像。处理装置314可以是独立的设备，或还可以包括通信电路，用于以有线或无线方式通过网络(例如WAN、LAN)进行通信。处理装置314还可以装配有软件，使其对相机312获取的图像应用滤波器、掩膜和/或边界，并还可以使得处理装置314检测从相机312接收的图像的特性以检测在粘合区域中的潜在缺陷。

在成像之前，优选的是校准系统300以确保相机312接收最准确的荧光信号。荧光信号的强度(即，荧光信号噪声比)取决于多种不同参数。其一，粘合剂中存在的荧光染料的量决定信号强度。另一种方式是增加荧光信号噪声比以增加用于激励荧光的光量。第三种方式是增加荧光信号噪声比以增加相机312的敏感度。

在示例性实施方式中，相机312可以被配置为在有或没有处理设备312的辅助下使用飞行时间(TOF)成像的相机。TOF成像技术通过在高调制频率测量发射和检测的红外光之间的相移来操作。在示例性实施方式中，相机312可以使用发光设备，例如LED或其他合适的发光设备，该发光设备可发射在更高频率(例如1-20MHz)调制的光，其中该光然后经粘合区域中的物体反射(例如荧光粘合剂)并被相机检测到。在示例性实施方式中，相机可以针对每一个像素使用红外带通滤光器和多像素组合(multi-bin)(例如四像素组合)锁定检测方案的组合，以确保能够挑选出其接收的总信号中哪个部分在给定频率(例如1-20MHz)和红外光处被调制。然后结合光速，使用发射和检测的信号之间的相移，以计算所有像素发生反射的距离，由此得到距离图像。本领域技术人员可以理解这些技术也同样可以在其他光波段中使用。

使用TOF，相机312可以被配置成通过配置要被发送到合适功率和荧光激励波长光的LED(例如308、310)的电信号来获取荧光图像。短通滤波器(例如<800nm)或其他合适的滤波器可以被用在LED(例如308、310)的前面，以确保LED发射光子不会被误为是荧光。在一些示例性实施方式中，相机312可以被配置长通滤波器(例如>800nm)或其他合适的滤波器，以确保相机仅看到荧光信号。这种配置允许荧光信号被检测到同时抑制非荧光背景。用于荧光成像的这种相机配置的优点是高调制和检测频率使得通常存在于荧光图像中的所有较低频噪声被降低或从图像中去除。将期望的荧光信号推到更高频率(例如1-20MHz)由此最小化噪声区域，因此增加相机312对荧光信号的灵敏度。

由于仅少量的激励光子刺激荧光，且荧光光子在所有方向被发射，因此荧光信号的光能可以比激励信号小三或四个数量级。因此能够彼此区分荧光光子，且通常亮得多，光源对于获取良好的荧光图像来说是重要的。

根据示例性实施方式，可以通过使用锁定检测从其他光源中区分荧光信号，该锁定检测可以通过在一个频率调制荧光信号并仅检测在该频率或频率范围发生的信号来实现。使用这种技术可以消除的噪声量可以取决于调制的频率。在该调制频率噪声越不常见，信噪比越好。

在一些示例性实施方式中，处理装置312可以使用掩膜或边界处理来处理相机312成像的粘合区域的感兴趣区域。参考图4，示出了相机312获取的使用粘合剂404附着到表面的物体402的模拟图像400的示例性实施方式，粘合剂404与荧光染料混合且如上所述被照明。处理装置314可以将图像400分成一个或多个边界或区域406-410，其中每个边界中的区域(例如406-408，408-410，410-412)可以被处理以确定一个或多个图像特征，该图像特征表明被照亮的粘合剂存在(或不存在)，而这可以指示粘合剂应用中的缺陷。

参考图5，示出了根据一个实施方式的用于处理荧光成像的示例性AOI方法500。在框502中，AOI系统(例如系统300)定位物体以用于成像。可以使用本领域已知的手动技术、自动技术或这两者的组合来实现定位。在框502中的定位完成，由此相机312可以精确获取感兴趣区域图像，例如粘合区域。在框504中，系统(例如300)加载或执行用于由相机312在框506中获取的图像的一个或多个掩膜和/或边界。

如图4所示，方法500的掩膜/边界可以被应用，以设定用于图像处理的边界或区域，和/或限制(掩盖)其他区域以用于迭代图像处理过程。在一个简化的示例中，处理装置312可以通过分析由物体402的边缘至第一边界406定义的第一周围边界，以确定该区域中的粘合覆盖范围(例如图像像素覆盖)来执行图像处理。处理装置312然后可以移至边界408的外周围和边界410的内周围定义的下一个边界区域以确定该区域中的粘合覆盖范围(例如图像像素覆盖)，然后至边界410的外周围和边界412的内周围定义的下一个边界区域，以相似的方式确定粘合覆盖范围。

本领域技术人员应当理解的是，本公开构想了以上提供的示例的多种变化。例如，处理装置314可以使用更大或更少量的边界。在另一示例中，在一个或多个区域被处理(例如410-412)时某些边界区域可以被掩盖(例如，406-408，408-410)。这种配置是有利于的，因为处理装置314可以聚焦在可能易于出现缺陷的特定粘合区域。

继续参考图5，一旦在框504中加载了掩膜和/或边界，在框506中，相机(例如相机312)获取粘合区域中的物体的图像，并在框508中可以应用上述的掩膜和/或边界。依据相机的分辨率和粘合区域的尺寸，可以递增一个或几个厘米、毫米或微米的方式来设置边界。本领域技术人员应当理解的是，可以修改相对于框506中的成像的加载和应用掩膜的顺序。例如，在示例性实施方式中可以在获取图像之后加载和应用掩膜和/或边界。

在框510中，处理装置314使用机器视觉算法处理图像以确定图像特征，并在框512中使用所述图像特征确定潜在的缺陷是否存在。在一个示例性实施方式中，处理装置314可以简单计算边界区域中相对于区域的照亮的像素的覆盖，这可以对应于区域中的粘合覆盖。使用最大和/或最小阈值的任意一者，处理装置314可以确定是否存在潜在的缺陷。例如，在给定的粘合应用中，可以知道在给定边界区域中应当存在某些值。因此，参考图4的示例性实施方式，处理装置314可以根据图像确定内边界区域(例如406与408之间)对于图像边界区域仅具有92％的像素覆盖，这可以表明仅92％的粘合覆盖。由于在该示例中期望粘合应用时全覆盖(即，100％)，其非常接近物体402的外围，更低的量可以向处理装置指示粘合剂不足或有缺陷。

类似地，中间或外边界区域(例如408与410之间，或410与412之间)可以被处理以确定是否存在足够的粘合覆盖。例如，由于410与412之间的边界区域在外周围的外边缘，区域中的粘合覆盖(或“蔓延”)对于整个边界区域可能不均匀的但预计量较少(例如覆盖50％)。设置合适的阈值或范围(例如40-60％)，通过处理设备312可以计算像素覆盖检测，由此比阈值更大和/或更少的量表明过量或不足的粘合覆盖缺陷。在另一示例中，处理设备312可以被配置成在绝对边界阈值上检测缺陷。例如，边界阈值之外的任何粘合剂检测应当自动发出缺陷粘合应用的信号。

由于荧光粘合剂有利的是提供更大的光对比度，因此可以使用其他更复杂的机器视觉技术。例如，在使用或不使用边界和掩膜的情况下，处理设备312可以使用边缘检测技术来分析特定粘合形状。边缘检测可以包括基于搜索或基于零交点技术。基于搜索的方式通过以下步骤检测边缘：首先计算边缘强度测量，通常是一阶导数表示，例如梯度大小，然后使用边缘的局部朝向的估算来搜索梯度大小的局部方向最大值，通常是梯度方向。基于零交点的方式在根据图像计算出的二阶导出表示中搜索零交点，以找到边缘，通常是拉普拉斯零交点或非线性微分式的零交点。作为边缘检测的预处理步骤，诸如高斯平滑的平滑阶段可以被应用。其他示例性机器视觉技术包括但不限于灰度匹配、梯度匹配等。

本领域技术人员可以理解的是，对粘合剂使用荧光添加剂为检查缺陷提供了有利的配置，尤其是在使用机器学习算法的自动光学检查系统中。由于TOF相机易于得到、低价、且针对自动光学检查目的易于改动，因此使用TOF相机还提供额外的准确的图像属性检测，同时最小化成本。

在上述详细描述中，可以看出为了本公开简要的目的，在各个实施方式中组合了各种特征。这种公开方法不被解释为反映一种意图，即随后要求保护的实施方式需要比每个权利要求中明确记载的特征更多的特征。

此外，提供本公开的描述以使得本领域技术人员能够制造或利用公开的实施方式。对本领域技术人员来说，对本公开的各种修改是非常显而易见的，且在不背离本公开的实质或范围的情况下，本申请中定义的上位概念可以应用于其他变形。因此，本公开不旨在受限于本申请描述的示例和设计，而是符合与本申请公开的概念和新颖特征一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种用于检测粘合区域中的缺陷的系统，该粘合区域包括与荧光材料混合的粘合剂，该系统包括：

一个或多个照明设备，用于使用预定波长的光照亮所述粘合区域中的所述荧光材料；

相机，被配置成获取所被照亮的粘合区域的图像；以及

通信耦合到所述相机的处理设备，该处理设备被配置成通过将一个或多个边界区域应用到所获取的图像并确定所述边界区域中的每一个边界区域内的图像特性，处理所获取的图像，其中所述处理设备使用所述图像特性来确定所述粘合剂中缺陷的存在，其中所述缺陷包括粘合剂过量和粘合剂的应用不足中的一者，以及其中所述处理设备被配置成当确定所述边界区域的一个边界区域内的图像特性时，将掩膜应用到至少一个其他边界区域。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个照明设备使用在1-20MHz之间的一个或多个频率调制的光，照亮所述荧光材料。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理设备被配置成确定包括所述边界区域的每一个边界区域内的像素覆盖的所述图像特性。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理设备被配置成使用应用到所述边界区域的每一个边界区域内的像素覆盖的一个或多个阈值确定所述粘合剂中缺陷的存在。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理设备被配置成使用机器视觉确定所述图像特性。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述处理设备被配置成使用包括边缘检测、灰度匹配和梯度匹配中的一者的机器视觉确定所述图像特性。

7.一种用于检测粘合区域中的缺陷的方法，该粘合区域包括与荧光材料混合的粘合剂，该方法包括：

通过一个或多个照明设备使用预定波长的光，照亮所述粘合区域中的所述荧光材料；

通过相机获取所照亮的粘合区域的图像；

利用通信耦合到所述相机的处理设备，通过将一个或多个边界区域应用到所获取的图像，处理所获取的图像；

通过所述处理设备，确定所述边界区域中的每一个边界区域内的图像特性；

通过所述处理设备使用所述图像特性，确定所述粘合剂中包括粘合剂过量和粘合剂的应用不足中的一者的缺陷的存在；以及

当确定所述边界区域的一个边界区域内的图像特性时，通过所述处理设备将掩膜应用到至少一个其他边界区域。

8.根据权利要求7所述的方法，其中获取所述图像包括飞行时间成像。

9.根据权利要求8所述的方法，其中照亮所述荧光材料包括在1-20MHz之间的一个或多个频率调制的光。

10.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述图像特性包括确定所述边界区域的每一个边界区域内的像素覆盖。

11.根据权利要求10所述的方法，其中确定所述粘合剂中缺陷的存在包括使用应用到所述边界区域的每一个边界区域内的所述像素覆盖的一个或多个阈值。

12.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述图像特性包括机器视觉处理。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述机器视觉处理包括边缘检测、灰度匹配和梯度匹配中的一者。

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