CN108760746A - 一种基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置 - Google Patents

一种基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，包括：微纳米光学成像系统，用于微纳米缺陷成像；实时聚焦系统，用于缺陷成像系统的实时聚焦；自适应复杂背景图像处理系统，用于图像处理和缺陷标定；高精度抗干扰机构平台，用于系统机构支撑和功能实现。本发明的基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，采用微纳米检测技术，实现微纳米级检测技术及其相应系统，可大幅度提高产品制造过程中精度和制程良率。微纳米视觉检测设备的研制，可填补国内纳米级检测设备空白。

Description

一种基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置
技术领域
本发明涉及工业检测，特别涉及一种基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置。
背景技术
随着科技发展，特别是液晶屏行业，半导体行业，半导体照明，微纳米材料行业的快速发展，对微纳米及制程的在线缺陷快速检测需求越来越高，对形状精度和表面质量的精密、三维的尺度要求日益迫切。微纳米检测技术实现微纳米级检测技术及其相应系统。微纳米检测技术可大幅度提高产品制造过程中精度和制程良率。
微纳米检测技术是微纳加工技术的基础和先决条件之一，对半导体行业、液晶屏、纳米材料加工行业、显示行业有重大促进意义。纳米级视觉检测项目，主要针对以上行业产品的缺陷进行在线检测，运用机器视觉检测实现制程缺陷100%全检验。目前芯片行业的wafer，chip，packaging站的检验设备几乎100%依赖进口，液晶制程的array段，cell段，导电粒子段的检测也几乎100%依赖进口，每年设备进口价值数十亿美元，必要有国产检测设备的跟进，才能实现芯片，屏幕行业的整体头突破。目前，微纳米级视觉检测设备全部依托于进口，设备单价高至千万元单台价格，微纳米视觉检测设备的研制，可填补国内纳米级检测设备空白。
发明内容
本发明目的是：提供一种基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，应用于半导体制程，液晶显示前道制程，微纳米结构材料制备，工业制程的微纳米缺陷在线快速检测系统。
本发明的技术方案是：
一种基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，包括：
微纳米光学成像系统，用于微纳米缺陷成像；
实时聚焦系统，用于缺陷成像系统的实时聚焦；
自适应复杂背景图像处理系统，用于图像处理和缺陷标定；
高精度抗干扰机构平台，用于系统机构支撑和功能实现。
优选的，所述微纳米光学成像系统采用AOI视觉检测漫反射无影光源检测机构，针对产品的外观四边形检测和产品表面的划伤类缺陷性的外观检测。
优选的，所述高精度抗干扰机构平台采用大理石基座，气浮平台和光栅尺定位。
优选的，所述自适应复杂背景图像处理系统，采用有效鲁棒的背景比对缺陷检测技术，辅助GPU加速，达到微纳米缺陷图像的快速处理目的。
优选的，所述实时聚焦系统包括纳米级光学测量系统、纳米级实时执行机构和实时反馈式自动控制系统；
所述纳米级光学测量系统采用特定的集成式激光干涉系统，用于测量目镜到被测物表面距离或距离表征；
所述实时反馈式自动控制系统将距离表征作为输入值，与目标值进行比较，生成控制指令；
所述纳米级实时执行机构按控制指令完成动作执行。
优选的，微纳米缺陷检测装置可分辨被测物缺陷尺度100nm；自动聚焦精度0.5um，最大对焦量程1000um,聚焦时间不大于200ms；单帧图像运算时间不大于600ms；机构定位精度不大于1um,重复定位精度不大于1um。
本发明的优点是：
本发明的基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，采用微纳米检测技术，实现微纳米级检测技术及其相应系统，可大幅度提高产品制造过程中精度和制程良率。微纳米视觉检测设备的研制，可填补国内纳米级检测设备空白。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置的结构示意图；
图2为本发明所述实时聚焦系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，包括：
微纳米光学成像系统，用于微纳米缺陷成像；
实时聚焦系统，用于缺陷成像系统的实时聚焦；
自适应复杂背景图像处理系统，用于图像处理和缺陷标定；
高精度抗干扰机构平台，用于系统机构支撑和功能实现。
（1）在自动缺陷检测领域，由于被测物表面特性的多样性（如镜面、漫发射、复杂纹理背景、柔性等），缺陷本身的多形态，使得光学成像成为机器视觉的先导性和关键性阶段，其中如何设计针对性光源，如何打光是其中的关键步骤，在微纳米缺陷检测项目中面临同样的问题，我司在多年的机器视觉缺陷检测项目实施中积累了丰富的光学经验。《ZL201720260792.5AOI视觉检测漫反射无影光源检测机构》，应用于AOI视觉外观检测，它的使用范围主要是针对产品的外观四边形检测和产品表面的划伤类缺陷性的外观检测，此组光源搭配在AOI视觉检测时，它的光源就更为稳定，均匀，从而CCD就能取出更高质量的图片。根据精度等级的不同要求，搭配不同光栅，降低纳米级成像的光波衍射问题。
（2）高精度抗干扰机构平台
具有大理石基座，气浮平台，光栅尺定位的高精度抗干扰机构平台技术基础，是进行微纳米成像的基础；纳米级制备设备的设计制造，使得高精密平台的具备可能
（3）实时聚焦系统
高精度抗干扰机构平台提供微米级机构平台精度，通过“微纳米光学成像系统”采集微观缺陷图像，由于被测对象的微观特性，检测用显微镜头的景深达到了微米级，同时由于被测物表面的不平整及检测平台（如气浮平台）的随机抖动性，导致成像无法聚焦，因此需要“实时聚焦系统”，确保图像聚焦；
如同2所示，本系统由纳米级光学测量系统、纳米级实时执行机构和实时反馈式自动控制系统组成；
纳米级光学测量系统采用特定的集成式激光干涉系统，用于测量目镜到被测物表面距离（或距离表征，用于反映聚焦程度），包括依此放置的镜头、第一偏振片、聚焦镜、1/4波片、第二偏振片、红外减光片和激光器，CCD1对准第二偏振片，CCD2对准第一偏振片，CCD1和CCD2分别采集图像，并发送到PC主机。
实时反馈式自动控制系统的PC主机的数据处理模块将距离表征作为输入值，与目标值进行比较，将生成控制指令
纳米级实时执行机构包括PZT控制模块和直流电机控制模块，按控制指令完成动作执行。
（4）自适应复杂背景图像处理系统：微纳米缺陷图像（半导体制程工艺、纳米材料等）往往伴随着复杂背景，同时因为视场一般非常小，对全尺寸物体进行检测时，图像采集和运算量非常大，采用有效鲁棒的背景比对缺陷检测技术，辅助GPU加速，达到微纳米缺陷图像的快速处理目的，是进行微纳米缺陷检测的图像处理技术基础；
微纳米缺陷检测装置可分辨被测物缺陷尺度100nm；自动聚焦精度0.5um，最大对焦量程1000um,聚焦时间不大于200ms；单帧图像运算时间不大于600ms；机构定位精度不大于1um,重复定位精度不大于1um。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，其特征在于，包括：
微纳米光学成像系统，用于微纳米缺陷成像；
实时聚焦系统，用于缺陷成像系统的实时聚焦；
自适应复杂背景图像处理系统，用于图像处理和缺陷标定；
高精度抗干扰机构平台，用于系统机构支撑和功能实现。
2.根据权利要求1所示的基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，其特征在于，所述微纳米光学成像系统采用AOI视觉检测漫反射无影光源检测机构，针对产品的外观四边形检测和产品表面的划伤类缺陷性的外观检测。
3.根据权利要求2所示的基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，其特征在于，所述高精度抗干扰机构平台采用大理石基座，气浮平台和光栅尺定位。
4.根据权利要求3所示的基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，其特征在于，所述自适应复杂背景图像处理系统，采用有效鲁棒的背景比对缺陷检测技术，辅助GPU加速，达到微纳米缺陷图像的快速处理目的。
5.根据权利要求4所示的基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，其特征在于，所述实时聚焦系统包括纳米级光学测量系统、纳米级实时执行机构和实时反馈式自动控制系统；
所述纳米级光学测量系统采用特定的集成式激光干涉系统，用于测量目镜到被测物表面距离或距离表征；
所述实时反馈式自动控制系统将距离表征作为输入值，与目标值进行比较，生成控制指令；
所述纳米级实时执行机构按控制指令完成动作执行。
6.根据权利要求5所示的基于机器视觉的微纳米缺陷检测装置，其特征在于，微纳米缺陷检测装置可分辨被测物缺陷尺度100nm；自动聚焦精度0.5um，最大对焦量程1000um,聚焦时间不大于200ms；单帧图像运算时间不大于600ms；机构定位精度不大于1um,重复定位精度不大于1um。
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