CN112082480A - 芯片的空间取向的测量方法、系统、电子装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种芯片的空间取向的测量方法、系统、电子装置和存储介质。其中，该方法包括：控制测量头对准承载于载物台上的电路板上的参考位置；以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置，并获取电路板上目标位置区域的图像，其中，目标位置区域至少设置有一个待测芯片；根据目标位置区域的图像，确定待测芯片的空间取向信息。通过本申请，解决了相关技术中在测量芯片的空间取向时需要逐个手动选点测量导致的效率低下的问题，提高了测量芯片的空间取向的效率。
Description
技术领域
本申请涉及电子制造领域，特别是涉及芯片的空间取向的测量方法、系统、电子装置和存储介质。
背景技术
激光直写是光刻技术的一种，因其无需掩模而在微机电制造过程中应用广泛。然而，电路板上芯片的实际贴装位置和实际空间取向相对于理论位置和实际空间取向会存在误差，这种误差严重影响后续激光直写的精度。因此在激光直写之前对电路板上的芯片位置和空间取向进行精确测量是工艺量产必须解决的问题，相关技术中一般选择三次元影像测量仪进行测量(如：三丰Hyper QV404影像测量仪)。
影像测量仪是一种通用的测量设备，其测量的原理是通过光学放大成像后，使用图像识别算法，对要测量的目标进行识别，而后利用世界坐标到摄像机坐标再到图像坐标的转换，计算出实际的测量值。市场上通用的影像测量仪每个像素在最大放大倍率下换算成物理长度一般大于10μm，为了实现小于10μm的测量精度，都是从算法上使用亚像素识别、或者1/5像素识别、甚至1/10像素识别技术，从而相应的测量精度能到5μm、2μm、1μm。这个精度实际是由算法决定的，是通过一定概率的估算得到的，而不是物理测量结果，其准确性和真实性在对良品率和精度要求极高的应用场景并不适合。
此外，影像测量仪使用变倍镜头配低分辨率相机，高倍率情况下视野小，且在测量芯片的空间取向时，只能对芯片逐个进行手动选点测量，效率低下。并且柔性芯片由于易翘曲性，在采用变倍镜头时容易超出相机的景深导致误差增大。
发明内容
本申请实施例提供了一种芯片的空间取向的测量方法、系统、电子装置和存储介质，以至少解决相关技术中在测量芯片的空间取向时需要逐个手动选点测量导致的效率低下的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种芯片的空间取向的测量方法，用于测量在电路板上设置的多个芯片的空间取向，包括：控制测量头对准承载于载物台上的所述电路板上的参考位置；以所述参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制所述测量头与所述载物台的相对位置，并获取所述电路板上目标位置区域的图像，其中，所述目标位置区域至少设置有一个待测芯片；根据所述目标位置区域的图像，确定所述待测芯片的空间取向信息。
第二方面，本申请实施例提供了一种芯片的空间取向的测量系统，所述芯片的空间取向的测量系统包括：测量头、载物台、运动装置、控制装置和存储装置；所述存储装置中存储有计算机程序；所述运动装置与所述测量头和/或所述载物台连接，用于控制所述测量头和所述载物台的相对位置；所述控制装置分别与所述测量头、所述运动装置和所述存储装置连接，用于运行所述计算机程序以执行第一方面所述的芯片的空间取向的测量方法。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行第一方面所述的芯片的空间取向的测量方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行第一方面所述的芯片的空间取向的测量方法。
相比于相关技术，本申请实施例提供的芯片的空间取向的测量方法、系统、电子装置和存储介质，解决了相关技术中在测量芯片的空间取向时需要逐个手动选点测量导致的效率低下的问题，提高了测量芯片的空间取向的效率。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例的芯片的空间取向的测量系统的结构示意图；
图2是根据本申请实施例的不同角度和颜色光照下芯片的成像效果对比图；
图3是根据本申请实施例的芯片的空间取向的测量方法的流程图；
图4是根据本申请实施例的蛇形轨迹的预设测量路径的示意图；
图5是根据本申请实施例的芯片的空间取向的测量方法的流程图；
图6是根据本申请优选实施例的芯片的空间取向的测量方法的流程图一；
图7是根据本申请实施例的标记图像的示意图；
图8是根据本申请优选实施例的芯片的空间取向的测量方法的流程图二；
图9是根据本申请优选实施例的柔性芯片的坐标变换的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
本实施例提供了一种芯片的空间取向的测量系统。图1是根据本申请实施例的芯片的空间取向的测量系统的结构示意图，如图1所示，该芯片的空间取向的测量系统系统包括：测量头11、载物台12、运动装置13、控制装置14和存储装置15。其中，存储装置15中存储有计算机程序；运动装置13与测量头11和/或载物台12连接，用于控制测量头11和载物台12的相对位置；控制装置14分别与测量头11、运动装置13和存储装置15连接，用于运行计算机程序以执行芯片的空间取向的测量方法。
在其中一些实施例中，测量头11包括：光源112、镜头113和相机114，三者在竖直方向设置。光源112可以为点光源、线光源、面光源或者其他形状的光源，例如光源112可以为环形光源，环形光源、镜头113和相机114的轴线重合设置。光源112可以为RGB光源，以在电路板表面形成单色光或者多色光的照明区域。图2中(a)、(b)和(c)分别示出了同一块待测芯片分别在15度蓝光、37度绿光以及75度红光的光源照射下的成像效果对比图。环形光源的LED发光单元的角度和发光颜色影响电路板上设置的待测芯片的成像效果。例如，发光的角度影响图像中待测芯片的焊盘等标记点的对比度，发光的颜色则关系到成像的精度。理论来讲单色光获取的图像精度要高于白光的精度(白光的波长380nm至780nm，要求测量精度小于2μm，某些情况下白光不一定会照射到像素)。
其中，载物台12用于承载和固定电路板。载物台12可以与运动装置13连接，形成二自由度或者三自由度平移台。载物台12的所需的精度可以根据实际需要选择。在其中一些实施例中，载物台12选用高精度伺服全闭环控制、重复定位精度小于0.5μm、光栅尺分辨率为0.05μm、载物台12的行程为400mm×300mm的二自由度平移台，按照预设测量路径，控制装置14将控制运动装置13驱动载物台12，从而使得载物台12自动将其承载的电路板上的每块待测芯片依次运载至镜头113下方。在载物台12为三自由度平移台时，相机114可以是相对装置主体固定不动的。
在一些实施例中，测量头11也可以与运动装置13连接，形成二自由度或者三自由度的测量头。按照预设测量路径，控制装置14将控制运动装置13驱动测量头11，从而使得测量头11的镜头113依次运动到承载于载物台12之上的电路板上的每块待测芯片上方。
在一些实施例中，测量头11和载物台12可以分别与运动装置13连接。运动装置13可以包括驱动载物台12平移的装置和驱动测量头11的相机114调整焦距的装置。例如，相机114可以是工业CCD相机或者其他的相机。载物台12与驱动载物台12平移的装置形成二自由度平移台；相机114与驱动测量头11的相机114调整焦距的装置(例如一个单独的伺服轴)在竖直方向移动，以适应不同高度待测芯片的测量任务，同时完成相机114的聚焦成像。本申请实施例的相机114可以选用韩国VieWorks公司VC-25MC系列高速相机，分辨率5120×5120，单个像素尺寸2.5μm，靶面对角线尺寸12.8mm，其次分辨率已超过普通影像测量仪(1280×920)4倍有余。
区别于通用的影像测量仪中使用的变倍镜头，在其中一些实施例中，镜头113选用具备放大能力的物方远心镜头。变倍镜头和远心镜头相比，远心镜头不具有“远小近大”的物理特点，更适合用在对深度敏感的场景。而且远心镜头是固定放大倍率，在数值换算的适合代入的方法倍率值是实际值，误差只存在于制造过程，基本可以忽略。变倍镜头在使用时候要根据不同的需求进行变倍操作，变倍的精度直接决定计算代入的倍率值，从而影响测量精度。
本实施例的控制装置14可以包括一个或多个处理器，处理器可以包括但不限于微处理器(MCU)或可编程逻辑器件(FPGA)等。上述控制装置14还可以包括用于通信功能的传输设备以及输入输出设备。
存储装置15用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的芯片的空间取向的测量方法对应的计算机程序，控制装置14通过运行存储在存储装置15内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储装置15可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储装置15可进一步包括相对于控制装置14远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至控制装置14。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输设备用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括电子装置的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输设备包括一个网络适配器(Network Interface Controller，简称为NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备可以为射频(Radio Frequency，简称为RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
在其中一些实施例中，控制装置14运行计算机程序以执行下列步骤：控制测量头对准承载于载物台上的电路板上的参考位置；以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置，并获取电路板上目标位置区域的图像，其中，目标位置区域至少设置有一个待测芯片；根据目标位置区域的图像，确定待测芯片的空间取向信息。
在其中一些实施例中，控制装置14还运行计算机程序以执行下列步骤：在控制测量头对准承载于载物台上的电路板上的参考位置之前，调整测量头的测量参数，其中，测量参数包括以下至少之一：相机位置、相机视野、景深、光源亮度、光源位置、光源颜色。
在其中一些实施例中，控制装置14运行计算机程序以执行下列步骤：使用预设匹配模板对目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取待测芯片的空间取向信息。
在其中一些实施例中，控制装置14还运行计算机程序以执行下列步骤：在按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置之后，在测量头位于能够获取电路板上目标位置区域的图像的位置，确定测量头相对于参考位置的位移信息；根据使用预设匹配模板在目标位置区域的图像中匹配到的匹配区域的中心坐标，以及测量头相对于参考位置的位移信息，确定待测芯片的位置信息，其中，匹配区域在待测芯片上的位置信息是预先标定的。
在其中一些实施例中，电路板上预先标记有与多个芯片一一对应的标记图像；控制装置14还运行计算机程序以执行下列步骤：在按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置之后，在测量头位于能够获取电路板上目标位置区域的图像的位置，确定测量头相对于参考位置的位移信息；在使用预设匹配模板对目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取待测芯片的空间取向信息之后，确定目标位置区域的图像中标记图像的中心坐标；根据使用预设匹配模板在目标位置区域的图像中匹配到的匹配区域的中心坐标、目标位置区域的图像中标记图像的中心坐标，以及测量头相对于参考位置的位移信息，确定待测芯片的位置信息，其中，匹配区域在待测芯片上的位置信息是预先标定的。
在其中一些实施例中，控制装置14还运行计算机程序以执行下列步骤：在使用预设匹配模板对目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取待测芯片的空间取向信息之前，获取待测芯片的初始化图像；根据初始化图像，确定预设匹配模板。
在其中一些实施例中，控制装置14还运行计算机程序以执行下列步骤：在以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置，并获取电路板上目标位置区域的图像之前，基于电路板的芯片布局图确认预设测量路径。
在其中一些实施例中，控制装置14运行计算机程序以执行下列步骤：以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台先后移动到第一相对位置和第二相对位置，并分别在第一相对位置获取电路板上第一目标位置区域的图像，在第二相对位置获取电路板上第二目标位置区域的图像。
本实施例提供了一种芯片的空间取向的测量方法，用于测量在电路板上设置的多个芯片的位置和空间取向。图3是根据本申请实施例的芯片的空间取向的测量方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：
步骤S301，控制测量头对准承载于载物台上的电路板上的参考位置。
在上述步骤中，通过控制测量头和/或载物台，使得测量头对准承载于载物台上的电路板上的参考位置。其中，该控制过程可以是人工手动控制的，也可以是自动控制的。例如，参考位置使用特定的标记图像进行标记，可以通过按照预定路径逐一扫描电路板的每个区域并由测量头获取电路板每个区域的图像，并在这些图像中识别参考位置的特定的标记图像，在识别到该特定的标记图像后，自动控制测量头的镜头对准该特定的标记图像的中心坐标位置，从而实现自动对准，完成测量位置的初始化。
步骤S302，以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置，并获取电路板上目标位置区域的图像，其中，目标位置区域至少设置有一个待测芯片。
在完成测量位置的初始化之后，以参考位置为位置基准，控制装置可以获知自该位置基准控制测量头与载物台的相对运动后，测量头对准的电路板上的区域的位置，因此，得以按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置，并获取电路板上目标位置区域的图像，以获取每个目标位置区域内待测芯片的图像。
上述的预设测量路径是预先基于电路板的芯片布局图确认的。基于该芯片布局图，可以得到电路板上的所有待测芯片的排列方式、尺寸以及待测芯片之间的理论间距。预设测量路径以一定的轨迹依次经过每一个待测芯片，以使得在预设测量路径的各个测量位置上测量头能够对准一个目标位置区域。预设测量路径的轨迹形状优选为最短路径，以实现快速测量。例如，在待测芯片以阵列方式排列时，预设测量路径的轨迹可以为蛇形轨迹，在图4中示出了蛇形轨迹的预设测量路径的示意图，其中的圆形标记表示参考位置，方形标记表示目标位置区域，箭头表示移动顺序。
基于预设测量路径，在步骤S302中，以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台先后移动到第一相对位置和第二相对位置，并分别在第一相对位置获取电路板上第一目标位置区域的图像，在第二相对位置获取电路板上第二目标位置区域的图像，从而实现各个目标位置区域的图像的获取，以便于在后续步骤中分别对每个目标位置区域的图像中的待测芯片的空间取向信息和/或位置信息的测量。
步骤S303，根据目标位置区域的图像，确定待测芯片的空间取向信息。
通过上述步骤，实现了电路板上芯片的空间取向信息的自动测试。
在本实施例中，可以采用诸如模板匹配算法来确定待测芯片的空间取向信息。例如，使用预设匹配模板对目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取待测芯片的空间取向信息。
在其中一些实施例中，在使用预设匹配模板对目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取待测芯片的空间取向信息之前，可以通过获取待测芯片的初始化图像；根据初始化图像，确定预设匹配模板。
其中，预设匹配模板可以是一个匹配模板，例如，根据整个待测芯片生成的待测芯片模板作为预设匹配模板，通过将待测芯片模板与目标位置区域的图像中待测芯片的模板进行形状和角度的匹配，获得待测芯片的空间取向信息。
为了降低模板匹配算法的运算量，可以不对整个待测芯片进行模板匹配，而是预先选取待测芯片上的两个或者两个以上的特征区域分别进行模板匹配。其中，选取的这些特征区域之间的相互距离可以尽量地大，以提高获取空间取向信息的精度。同时考虑特征区域的特征的显著程度，选取更容易被识别的位置作为特征区域，避免误匹配的可能性。由于待测芯片上的两个或者两个以上特征区域在实际的待测芯片上的位置关系是已知的，根据从目标位置区域的图像中分别匹配到的这两个或者两个以上特征区域的位置关系，就能够获得目标位置区域的图像中待测芯片的空间取向信息。
需要说明的是，对于每个测量位置而言，匹配模板可以是相同的匹配模板，也可以是不同的匹配模板。例如，在电路板上设置的待测芯片属于完全相同的芯片的情况下，使用相同的匹配模板。在电路板上设置的待测芯片属于不完全相同的芯片的情况下，对于不同的芯片使用不同的匹配模板；在此情况下，存储装置中存储有每个测量位置对应的匹配模板的对应关系信息。
在步骤S301之前，测量头的测量参数可以按照与当前待测的电路板对应的配置信息进行调整，所调整的测量参数包括但不限于以下至少之一：相机位置、相机视野、景深、光源亮度、光源位置、光源颜色。
本实施例还可以用于自动测量芯片的位置信息。图5是根据本申请实施例的芯片的位置和空间取向的测量方法的流程图，如图5所示，该流程包括如下步骤：
步骤S501，控制测量头对准承载于载物台上的电路板上的参考位置。
步骤S502，以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置，并获取电路板上目标位置区域的图像，其中，目标位置区域至少设置有一个待测芯片。
步骤S503，在测量头位于能够获取电路板上目标位置区域的图像的位置，确定测量头相对于参考位置的位移信息。
步骤S504，使用预设匹配模板对目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取待测芯片的空间取向信息。
步骤S505，根据使用预设匹配模板在目标位置区域的图像中匹配到的匹配区域的中心坐标，以及测量头相对于参考位置的位移信息，确定待测芯片的位置信息，其中，匹配区域在待测芯片上的位置信息是预先标定的。
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。例如，步骤S503和步骤S504这两个步骤可以先后执行，也可以同时执行。
在上述步骤中，测量头相对于参考位置的位移信息可以由对运动装置施加的运动量来确定。获得该位移信息之后，可以获得待测芯片的大致位置信息，也就是目标位置区域的位置信息。然而，由于待测芯片的贴装位置可能出现偏差，因此，在步骤S505中还将根据模板匹配获得匹配区域的中心坐标，进而得知待测芯片的中心坐标在目标位置区域的图像中的实际位置，根据该实际位置和目标位置区域的位置信息，确定待测芯片的实际位置信息。上述的待测芯片的位置信息的测量方法对运动装置的控制精度要求较高，越靠近位置基准的待测芯片的位置信息的测量精度越高，远离位置基准的待测芯片的位置信息可能因运动装置的控制量的累积误差增大位置信息的测量误差。
为此，在本实施例中可以通过在电路板上预先标记与每个芯片一一对应的标记图像，来避免因运动装置的控制量的累积误差增大位置信息的测量误差。
图6是根据本申请优选实施例的芯片的位置和空间取向的测量方法的流程图，如图6所示，该流程包括如下步骤：
步骤S601，控制测量头对准承载于载物台上的电路板上的参考位置。
步骤S602，以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置，并获取电路板上目标位置区域的图像，其中，目标位置区域至少设置有一个待测芯片。
步骤S603，在测量头位于能够获取电路板上目标位置区域的图像的位置，确定测量头相对于参考位置的位移信息。
步骤S604，使用预设匹配模板对目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取待测芯片的空间取向信息。
步骤S605，确定目标位置区域的图像中标记图像的中心坐标。
步骤S606，根据使用预设匹配模板在目标位置区域的图像中匹配到的匹配区域的中心坐标、目标位置区域的图像中标记图像的中心坐标，以及测量头相对于参考位置的位移信息，确定待测芯片的位置信息，其中，匹配区域在待测芯片上的位置信息是预先标定的。
需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。例如，步骤S603、步骤S604和步骤S605这三个步骤可以按照任意先后顺序执行，也可以同时执行。
在上述步骤S606中，使用预设匹配模板在目标位置区域的图像中匹配到的匹配区域的中心坐标用于确定当前的待测芯片是哪一个芯片。而标记图像与参考位置之间的位置关系被预先标定，也就是说标记图像的中心坐标相对于参考位置的中心坐标以及空间位置关系是已知的，因此，获得标记图像的中心坐标和待测芯片的中心坐标(基于匹配区域的中心坐标确定的待测芯片的中心坐标)就能够得到待测芯片相对于参考位置的位置信息。由于所有的待测芯片都是与参考位置为基准确定的位置信息，因此，待测芯片之间的相对位置关系也得以确定。
在本实施例中确定待测芯片在电路板上的位置和空间取向过程，涉及至少两个参考坐标系，其一是测量头拍摄的图像所在的参考坐标系，其二是电路板所在的参考坐标系(在本实施例中该坐标系为世界坐标系)。在本实施例中，首先是在图像所在的参考坐标系中确定待测芯片的位置和空间取向，然后再转换到电路板所在的参考坐标系。坐标系的准确的转换，使用坐标系之间的转换关系来实现。在本实施例中，以电路板上的参考位置的中心坐标为位置基准。例如，首先，人工操作测量头和载物台的相对位置，以使参考位置处于测量头的测量视野内。然后，电子装置获取由测量头拍摄的参考位置的图像，并将参考位置的图像中参考位置的中心坐标作为位置基准。例如，电子装置记录参考位置的中心坐标为电路板所在的参考坐标系的坐标原点，亦为测量头拍摄的图像所在的参考坐标系的坐标原点。此后，只要确定测量头拍摄的图像的放大倍数以及测量头相对于载物台的移动量，就能够得知测量头拍摄的图像中每个像素在电路板所在的参考坐标系中的坐标值，实现坐标系的转换。
在测量头中的镜头为物方远心镜头时，由于物方远心镜头的放大倍数是固定放大倍数，控制用于测量芯片位置的测量头和用于承载电路板的载物台的相对位置时，测量头拍摄的图像中像素的偏移量与测量头相对于载物台的移动量的比值为物方远心镜头的放大倍数。
在其中一些实施例中，标记图像具有预定特征。例如，如图7所示，该具有预定特征的标记图像可以包括多组平行线图像，其中，相邻组平行线图像相互正交设置。其中，平行线图像中平行线的宽度基于电路板所要求的测量精度确定，例如，所要求的测量精度越高，则平行线的宽度越小。需要说明的是，标记图像并不限于图7所示的图像，还可以为其他能够区别电路板的空间位置的其他标记图像。
在上述实施例中，电路板可以表面贴装有柔性芯片的柔性电路板，可以是表面贴装有芯片的刚性电路板。下面将以表面贴装有柔性芯片的柔性电路板为例，通过优选实施例对本申请实施例进行描述和说明。
图8是根据本申请实施例的芯片的空间取向的测量方法的流程图，如图8所示，该流程包括如下步骤：
步骤S801，把待测柔性电路板放置在载物台上，启动测量。在该步骤中，检查设备是否正常，电路连接是否正常，软件自检是否正常。
步骤S802，选择柔性电路板上的某一块柔性芯片(一般选择较为中心的位置)，调整载物台和测量头的相对位置，使该柔性芯片和柔性芯片旁的标记图像都处于测量头的测量视野内。
步骤S803，调整Z轴的高度，让柔性芯片处于测量视野的景深内。调整光源的高低和亮度，以及可以选择使用哪种颜色的光线进行照明(红光、绿光、蓝光)，调整的目标是让图像的整体亮度适中，焊盘等特征区域和背景区域间的对比度最大，图像的边缘处清晰。
步骤S804，选择图像中柔性芯片的两个子区域作为模板匹配算法的模板。模板的选取应当尽量选择在整体中较为特殊的点、线、面、形状，这样在自动搜索匹配的过程中不会有误匹配的情况。子区域的大小根据焊盘的大小来定，一般选取焊盘面积的2至3倍。
步骤S805，选中柔性芯片旁边柔性电路板上的标记图像的区域作为标记图像匹配的子区域。
步骤S806，设置测量过程中载物台的横向和纵向移动步长(dx，dy)。具体数值可以根据电路原理图设计中的柔性芯片的排列方式及排列间距确定。测量过程中载物台按照设定轨迹移动，测量头则在到达步长位置后触发拍照，获取柔性芯片和标记图像。
步骤S807，调整载物台靠近初始位置(即上述的参考位置)，并且柔性电路板上的基准点(可以是位于参考位置的标记图像)全部处于测量头的测量视野内(最好处于测量视野中心)，从软件上选取基准点的识别区域，系统自动识别出基准点的中心坐标，记录载物台此时所处的精准坐标，此点作为整个测量过程的坐标原点，也是激光直写对位的基准点。
步骤S808，从软件上启动测量。载物台按照设定轨迹运载电路板移动，每当载物台移动到一处步长位置，软件会自动触发测量头进行拍照。拍照获得的图像会经过以下步骤处理：
步骤1，图像滤波。滤除干扰提升测量精度。
步骤2，基于形状的快速模板匹配。找到与步骤S805中子区域匹配的标记图像点(x0，y0)，以及分别与步骤S804中两个子区域匹配的柔性芯片标记点A(xA，yA)以及柔性芯片标记点B(xB，yB)所在的区域位置。
步骤3，图像裁剪，边缘检测。对匹配得到的区域位置进行裁剪，并使用边缘检测算子进行边缘检测。
步骤4，对得到的边缘区域进行矩形拟合或者圆形拟合，获取拟合形状中心点的图像坐标(x0，y0)，(xA，yA)，(xB，yB)，换算成世界坐标(x0+dx*nx，y0+dy*ny)，(xA+dx*nx，yA+dy*ny)，(xB+dx*nx，yB+dy*ny)。式中的n为第几个步长(也就是第几块柔性芯片)。
步骤5，根据齐次坐标与仿射关系可以得出柔性芯片的实际位置图。
如图9所示，实线为柔性芯片的实际位置，虚线为柔性芯片的理论位置。使用笛卡尔坐标变换可列如下方程。其中k1、k2、k3是通过步骤S804中的选取匹配模板后计算得到。
保存坐标信息，用于最终绘制全局柔性芯片位置图。
步骤S809，循环处理每块柔性芯片，直到测量结束生成CAD图纸。
上述优选实施例选用具有固定放大倍率(例如2×)的物方远心镜头而非变倍镜头，配5120×5120像素分辨率的工业CCD相机，可从物理上实现单像素1.25μm的识别精度。远心镜头的一大特点是不存在“远小近大”的限制，高度的差异对成像结果没有影响，成像景深也有很大提高，避免了柔性芯片翘曲造成的超景深问题。二是改进测量步骤，通过预设载物台移动步长和自动搜索匹配算法达到自动化连续测量的目的。此外，经实验测试，对于排列有4×4柔性芯片的柔性电路板，单块的测量出图时间在10分钟以内，第一次测量时系统设置完成则后续测量过程只需让镜头对准柔性电路板的基准点这一个步骤。如果有100块待测柔性电路板，第一块板的测量耗时约10分钟，后续99块板则大约只需3分钟/块(具体的测量时长与图像处理PC计算机有直接关系)。测量过程载物台的移动轨迹为蛇形走位。以上改进可以在提高测量精度的情况下极大的提升测量速度，为规模化量产打下基础。
综上，通过本申请提供的上述实施例或者优选实施方式具有下列有益效果：
(1)全自动连续测量：通用的影像测量系统只能实现手动逐个测量，本申请实施例提供的测量方法可以全自动快速测量，一次设置连续测量。
(2)特殊标记图像快速匹配定位算法：采用特殊标记图像可以快速匹配到相关区域，黑色线条的粗细可以按照不同的电路板测量精度做相应的改变。
(3)蛇形走位：丝杆导轨的机械特性决定了载物台向一个方向移动时候定位误差最小，本申请实施例利用该特性，结合电路板的芯片布局，设计蛇形走位的移动轨迹，以尽量减小机械误差对测量结果的影响。
(4)物方远心镜头：采用物方远心镜头采集柔性芯片图像，在坐标计算中可以直接代入镜头参数(放大倍率)进行物理量和数字量的转换，无需额外的测量装置进行标定或校准；通用的影像测量系统的变倍镜头景深较小，改用自带放大的物方远心镜头，还可以克服小景深影响。
本实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，控制测量头对准承载于载物台上的电路板上的参考位置。
S2，以参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制测量头与载物台的相对位置，并获取电路板上目标位置区域的图像，其中，目标位置区域至少设置有一个待测芯片。
S3，根据目标位置区域的图像，确定待测芯片的空间取向信息。
需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
另外，结合上述实施例中的芯片的空间取向的测量方法，本申请实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种芯片的空间取向的测量方法。
本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种芯片的空间取向的测量方法，用于测量在电路板上设置的多个芯片的空间取向，其特征在于包括：
控制测量头对准承载于载物台上的所述电路板上的参考位置；
以所述参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制所述测量头与所述载物台的相对位置，并获取所述电路板上目标位置区域的图像，其中，所述目标位置区域至少设置有一个待测芯片；
根据所述目标位置区域的图像，确定所述待测芯片的空间取向信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制测量头对准承载于载物台上的所述电路板上的参考位置之前，所述方法还包括：
调整所述测量头的测量参数，其中，所述测量参数包括以下至少之一：相机位置、相机视野、景深、光源亮度、光源位置、光源颜色。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标位置区域的图像，确定所述待测芯片的空间取向信息包括：
使用预设匹配模板对所述目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取所述待测芯片的空间取向信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在按照预设测量路径控制所述测量头与所述载物台的相对位置之后，所述方法还包括：在所述测量头位于能够获取所述电路板上目标位置区域的图像的位置，确定所述测量头相对于所述参考位置的位移信息；
在使用预设匹配模板对所述目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取所述待测芯片的空间取向信息之后，所述方法还包括：根据使用所述预设匹配模板在所述目标位置区域的图像中匹配到的匹配区域的中心坐标，以及所述测量头相对于所述参考位置的位移信息，确定所述待测芯片的位置信息，其中，所述匹配区域在所述待测芯片上的位置信息是预先标定的。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电路板上预先标记有与多个所述芯片一一对应的标记图像；
在按照预设测量路径控制所述测量头与所述载物台的相对位置之后，所述方法还包括：在所述测量头位于能够获取所述电路板上目标位置区域的图像的位置，确定所述测量头相对于所述参考位置的位移信息；
在使用预设匹配模板对所述目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取所述待测芯片的空间取向信息之后，所述方法还包括：确定所述目标位置区域的图像中标记图像的中心坐标；根据使用所述预设匹配模板在所述目标位置区域的图像中匹配到的匹配区域的中心坐标、所述目标位置区域的图像中标记图像的中心坐标，以及所述测量头相对于所述参考位置的位移信息，确定所述待测芯片的位置信息，其中，所述匹配区域在所述待测芯片上的位置信息是预先标定的。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在使用预设匹配模板对所述目标位置区域的图像进行空间取向的匹配，获取所述待测芯片的空间取向信息之前，所述方法还包括：
获取所述待测芯片的初始化图像；
根据所述初始化图像，确定所述预设匹配模板。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以所述参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制所述测量头与所述载物台的相对位置，并获取所述电路板上目标位置区域的图像之前，所述方法还包括：
基于所述电路板的芯片布局图确认所述预设测量路径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，以所述参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制所述测量头与所述载物台的相对位置，并获取所述电路板上目标位置区域的图像包括：
以所述参考位置为位置基准，按照预设测量路径控制所述测量头与所述载物台先后移动到第一相对位置和第二相对位置，并分别在所述第一相对位置获取所述电路板上第一目标位置区域的图像，在所述第二相对位置获取所述电路板上第二目标位置区域的图像。
9.一种芯片的空间取向的测量系统，其特征在于，所述芯片的空间取向的测量系统包括：测量头、载物台、运动装置、控制装置和存储装置；
所述存储装置中存储有计算机程序；
所述运动装置与所述测量头和/或所述载物台连接，用于控制所述测量头和所述载物台的相对位置；
所述控制装置分别与所述测量头、所述运动装置和所述存储装置连接，用于运行所述计算机程序以执行权利要求1至8中任一项所述的芯片的空间取向的测量方法。
10.根据权利要求9所述的芯片的空间取向的测量系统，其特征在于，所述测量头包括物方远心镜头和相机。
11.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至8中任一项所述的芯片的空间取向的测量方法。
12.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行权利要求1至8中任一项所述的芯片的空间取向的测量方法。
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