CN113092500A - 一种用于检测衬底的装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测衬底的装置及其使用方法，本发明结合压电材料（如钽酸锂、铌酸锂）产线的实际需求以及后续滤波器件制作加工的实际需要提出了一种新型的衬底检测装置：该装置包括主摄像镜头、反射率镜头、透射率镜头、色度采集装置和计算机模块，利用该装置可以检测衬底的直径以及衬底抛光面的洁净度、刮伤和凹洞等缺陷，同时还可以检测衬底边缘的损伤和衬底的色度，克服了传统目检和镭射检测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波滤波器晶体加工制造技术领域，具体地涉及一种用于检测衬底的装置及其使用方法。
背景技术
压电材料（如钽酸锂、铌酸锂）在进行滤波器制作前，需确认衬底表面的缺陷、边缘微损伤和衬底色度等特性，这些特性都直接或间接影响了滤波器的制造水平。
当前业内普遍使用目检的方式检测衬底表面的缺陷、边缘微损伤和衬底色度，但人眼有局限性，无法观察到衬底表面细小的损伤，对边缘的微损伤也无法有效检出，更无法检测到衬底表面的颗粒等异常。同样由于人眼感官上的差异，每个人对同一衬底颜色的深度和均匀性都有自己的看法，无法形成统一可靠的标准，并且目检的局限性导致衬底直径只能由人员手持游标卡尺进行量测，加大了边缘损伤和破片产生的可能性。
如今业内已经有一部分同行开始尝试使用Candela（光学表面分析仪）进行压电材料的衬底外观检测，但由于Candela的检测速度慢，衬底在量产过程中会遇到只能抽检、无法量产的问题，并且Candela的镭射量测方式仅能量测衬底表面缺陷，对衬底的直径、衬底边缘的微小损伤以及衬底的色度无法起到检测作用，仅能通过安排人员进行目检判断。这不仅增加了人工成本，而且由于仍然存在大量人眼检测的项目，容易出现疏失，使得经过检测的衬底仍然存在直径异常、衬底边缘损伤和衬底黑化程度不均的问题。
LED衬底加工行业有使用AOI（自动光学检测仪）进行衬底表面的外观检测，该量测装置检测速度较快，但仍然无法检测直径、衬底边缘损伤和衬底黑化程度不均，衬底的外观缺陷仍需要依赖人工进行，无法对出货衬底起到很好的卡控作用，在后续的加工过程中加大了破片的几率和黄光异常的可能性，并且国内暂未有压电材料衬底使用AOI量测装置检测外观缺陷的先例，这对现有技术也是一种挑战。
发明内容
鉴于上述传统的衬底量测装置存在的问题，本发明结合压电材料（如钽酸锂、铌酸锂）产线的实际需求以及后续滤波器件制作加工的实际需要提出了一种新型的衬底检测装置：一种用于检测衬底的装置，其结构包括主摄像镜头、反射率镜头、透射率镜头、色度采集装置和计算机模块，所述装置可用于检测衬底的直径、外观缺陷、边缘损伤和衬底色度。
可选地，在本发明一实施例中，
所述主摄像镜头，用于采集衬底图像，检测衬底的直径和外观缺陷；
所述反射率镜头，用于采集衬底边缘的反射光，收集衬底侧面边缘的灰阶图像；
所述透射率镜头，用于采集衬底下方光束穿过衬底后的透射光，收集衬底背面边缘的灰阶图像；
所述色度采集装置，用于采集衬底的反射光，检测衬底色度；
所述计算机模块，用于对上述主摄像镜头、反射率镜头、透射率镜头和和色度采集装置收集到的数据和图像进行处理。
可选地，在本发明一实施例中，所述装置还包括旋边器和至少两个光源，衬底位于所述旋边器上，所述光源位于旋边器上方，所述反射率镜头位于所述光源之间，所述反射率镜头用于检测衬底侧面边缘损伤。
可选地，在本发明一实施例中，所述主摄像镜头还用于收集衬底正面边缘的灰阶图像。
可选地，在本发明一实施例中，所述装置还包括用于承载衬底的移动载台和设置于所述移动载台内部的向上发光装置。
可选地，在本发明一实施例中，以上内容中任意一项所述的用于检测衬底的装置，所述衬底为压电材料，例如钽酸锂、铌酸锂。
可选地，在本发明另一实施例中，还公开了一种使用以上内容中任意一项所述的衬底检测装置的方法。
可选地，在本发明另一实施例中，所述衬底检测装置的使用方法如下：
S1、利用所述计算机模块对所述主摄像镜头采集到的衬底图像进行处理，得到衬底的直径。
可选地，在本发明另一实施例中，步骤S1还包括：所述主摄像镜头基于衬底所在圆的圆心采集衬底图像，所述计算机模块在预定角度内对衬底进行有限次数的横向累计像素计算，计算出衬底直径的最大值，最终记录为直径；所述预定角度不超过20°。
S2、检测衬底的外观缺陷。
可选地，在本发明另一实施例中，步骤S2还包括：所述衬底的外观缺陷在所述主摄像镜头采集的衬底正面边缘灰阶图像上呈现出不同的形态分布，比如颗粒为黑点，刮伤为长条状黑线，凹洞为左亮右暗的小块状缺陷图像，凸起为左暗右亮的小块状缺陷图像，所述计算机模块根据所述图像的形态特征捕捉衬底外观缺陷并进行分类。
S3、利用所述计算机模块对所述主摄像镜头、反射率镜头和透射率镜头收集到的衬底对应面的灰阶图像进行处理，以检测衬底的边缘损伤。
可选地，在本发明另一实施例中，步骤S3还包括：衬底位于所述旋边器上并和所述旋边器同时旋转，衬底边缘存在缺陷的位置将异常光束反射回所述反射率镜头，所述衬底的侧面边缘损伤在灰阶图像上呈现高亮状态。
可选地，在本发明另一实施例中，步骤S3还包括：衬底存在正面边缘缺陷的位置会导致上方打下的光束被异常反射，使进入所述主摄像镜头的光束变少，导致正面边缘损伤在灰阶图像上会呈现高暗状态。
可选地，在本发明另一实施例中，步骤S3还包括： 衬底位于所述移动载台上时，开启所述移动载台内部的向上发光装置，使用透射率镜头，收集衬底下方光束穿过衬底后的透射光及所述衬底背面边缘的灰阶图像，因为所述衬底背面边缘存在缺陷的位置会将光线异常反射，导致进入透射率镜头的光线变少，因此背面边缘损伤在灰阶图像上会呈现高暗状态。
S4、利用所述计算机模块对所述色度采集装置收集的反射光进行处理，以检测衬底的色度。
可选地，在本发明另一实施例中，步骤S4还包括：所述计算机模块对所述色度采集装置收集到的反射光进行计算，得出衬底的总色差值和平均亮度值，并判断所述衬底还原程度是否达标。具体的，所述主摄像镜头收集完衬底反射光之后，所述计算机模块对反射光进行波长分析积分等计算，得出该点的L*、a*、b*，该L*a*b*色空间（也称为CIELAB）是当前最通用的测量物体颜色的色空间之一，其中L*是亮度，a*和b*是色方向，+a*为红色方向，-a*为绿色方向，+b*为黄色方向，-b*为蓝色方向。由于压电材料衬底制作成滤波器的过程中要经过曝光等流程，对衬底颜色亮暗程度导致的反射率变化非常敏感，所以所述装置通过量测衬底的多个点位，将多点位的L*、a*、b*数据进一步计算，得出总色差值ΔE*ab（
）和平均L*值，在实际生产中，最终再根据客户产品对衬底的色差和亮度要求设置合理的卡控范围值。
可选地，在本发明另一实施例中，所述衬底为压电材料，例如钽酸锂、铌酸锂。
综上所述，本发明以上所述的用于检测衬底的装置及其使用方法具有以下有益效果：
1.所述装置可量测衬底的直径，生产线不会流出直径异常的衬底，不会导致客户方的载台无法固定衬底，从而出现衬底直径过大导致破片或直径过小导致滑片的问题；
2. 所述装置可量测衬底的边缘损伤，解决因衬底边缘的微小损伤导致破片的问题；
3. 所述装置可量测衬底的色度，卡控衬底的色差和亮暗程度，保证衬底的色度符合客户的反射率要求并且做到一定均匀性，保证后续黄光工艺的良率。
本发明的附加优点、目的，以及特征在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。在附图中：
图1为传统检测装置工作流程示意图。
图2为本发明一实施例中的检测装置工作流程示意图。
图3为本发明一实施例中测量衬底直径的工作原理示意图。
图4为本发明一实施例中测量衬底侧面边缘损伤的工作原理示意图。
图5为本发明一实施例中测量衬底正面边缘损伤的工作原理示意图。
图6为本发明一实施例中测量衬底背面边缘损伤的工作原理示意图。
图7为本发明一实施例中测量衬底色度的工作原理示意图。
附图标记列表：
1：待检测衬底，2：衬底所在圆的圆心，3：衬底边缘损伤，4：异常光束，5：旋边器，6：光源，7：正常光束，8：反射率镜头，9：主摄像镜头，10：移动载台，11：透射率镜头，12：色度采集装置。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
需要预先说明的是，本文所使用的术语“包括/包含”是指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除还存在一个或多个其他特征、要素、步骤或组件。
如附图1所示为压电材料传统测量装置的工作流程示意图，鉴于其存在着无法有效检测衬底直径、外观缺陷、边缘损伤和衬底色度的问题，本实施例提供如下一种用于检测衬底的装置，其结构包括主摄像镜头、反射率镜头、透射率镜头、色度采集装置和计算机模块，所述装置可用于检测衬底的直径、外观缺陷、边缘损伤和衬底色度，所述检测装置的工作流程示意图如附图2所示，以下对装置的构成和使用方法进行详细描述。
在本发明的一实施例中，所述主摄像镜头用于采集衬底图像，检测衬底的直径和外观缺陷。
如附图3所示，为本发明一实施例中该装置检测衬底直径的工作原理示意图，图中1表示待检测衬底，2表示所述衬底所在圆的圆心，图中所示虚线为主摄像镜头检测到的衬底所在圆的直径，具体检测方法如下：基于所述待检测衬底所在圆的圆心，主摄像镜头在预定角度内对衬底进行有限次数的横向累计像素计算，计算机模块通过多次检测和比较所得到的衬底直径最大值即记录为所述衬底的直径；所述预定角度不超过20°，在实际测量过程中，预定角度设定为10°、15°、20°均可。
所述主摄像镜头在采集待检测衬底图像后，所述计算机模块对图像进行灰阶度计算，所述衬底的外观缺陷，比如衬底抛光面的洁净度、刮伤和凹洞等，在灰阶度图像上呈现出不同的形态分布，颗粒为黑点，刮伤为长条状黑线，凹洞为左亮右暗的小块状缺陷图像，凸起为左暗右亮的小块状缺陷图像，所述计算机模块可根据图像的形态捕捉衬底外观缺陷并对缺陷进行分类。
在本发明的一实施例中，所述装置是利用待检测衬底边缘缺陷导致光线异常反射进而影响灰阶图像的原理，来确定所述待检测衬底的边缘缺陷位置。
如附图4所示，为本发明一实施例中该装置测量衬底侧面边缘损伤的工作原理示意图，图中3表示待检测衬底的边缘损伤，5表示旋边器，6表示光源，该装置的光源6至少为2个，8表示反射率镜头。在检测衬底的侧面边缘损伤时，反射率镜头8位于光源6之间，衬底1位于旋边器5上，当衬底1位于旋边器5上并和旋边器5同时旋转时，所述衬底边缘存在缺陷的位置将异常光束4反射回所述反射率镜头8，因此所述衬底的侧面边缘损伤3在灰阶图像上呈现高亮状态。
如附图5所示，为本发明一实施例中该装置测量衬底正面边缘损伤的工作原理示意图，图中9表示主摄像镜头，10表示可移动载台，可移动载台10的内部还包括向上发光装置，主摄像镜头10还用于检测衬底1的正面边缘缺陷，在检测衬底的正面缺陷时，不必开启移动载台10内部的向上发光装置。具体检测方法如下：所述待检测衬底1位于可移动载台10上，主摄像镜头10位于衬底1上方，衬底1上存在正面边缘缺陷的位置会导致上方打下的光束被异常反射，异常光束如图中4所示，衬底1上的正面边缘损伤使最终进入主摄像镜头9的正常光束7变少，导致正面边缘损伤在灰阶图像上会呈现高暗状态。
如附图6所示，为本发明一实施例中该装置测量衬底背面边缘损伤的工作原理示意图，图中11表示透射率镜头，当检测衬底1的背面边缘损伤时，待检测衬底1位于可移动载台10上，此时开启移动载台10内部的向上发光装置，使用透射率镜头11收集待检测衬底1下方光束穿过衬底后的透射光，即图中所示正常光束7，并收集待检测衬底1背面边缘的灰阶图像，因为待检测衬底背面边缘存在缺陷的位置会将光线异常反射，导致进入透射率镜头11的光线变少，因此背面边缘损伤在灰阶图像上会呈现高暗状态。
如附图7所示，为本发明一实施例中该装置测量衬底色度的工作原理示意图，图中12为色度采集装置，当检测衬底1的色度时，待检测衬底1位于可移动载台10上，此时关闭移动载台10内部的向上发光装置，利用色度采集装置12收集待检测衬底1的反射光，即图中所示的正常光束7，利用计算机模块的处理功能对收集的反射光进行计算得出衬底1的总色差值和平均亮度值，并判断所述衬底还原程度是否达标。具体检测方法如下：主摄像镜头9收集完衬底1的反射光之后，计算机模块对反射光进行波长分析积分等计算，得出该点的L*、a*、b*，该L*a*b*色空间（也称为CIELAB）是当前最通用的测量物体颜色的色空间之一，其中L*是亮度，a*和b*是色方向，+a*为红色方向，-a*为绿色方向，+b*为黄色方向，-b*为蓝色方向。由于压电材料衬底制作成滤波器的过程中要经过曝光等流程，对衬底颜色亮暗程度导致的反射率变化非常敏感，所以所述装置通过量测衬底1的多个点位，将多点位的L*、a*、b*数据进一步计算，得出总色差值ΔE*ab（
）和平均L*值，在实际生产中，最终再根据客户产品对衬底的色差和亮度要求设置合理的卡控范围值。
在本发明的一实施例中，测量的衬底为压电材料，常见的压电材料有钽酸锂、铌酸锂等。
本发明的实施例部分所述的用于检测衬底的装置及其使用方法具备如下有益效果：
1.所述装置可量测衬底的直径，生产线不会流出直径异常的衬底，不会导致客户方的载台无法固定衬底，从而出现衬底直径过大导致破片或直径过小导致滑片的问题；
2. 所述装置可量测衬底的边缘损伤，解决因衬底边缘的微小损伤导致破片的问题；
3. 所述装置可量测衬底的色度，卡控衬底的色差和亮暗程度，保证衬底的色度符合客户的反射率要求并且做到一定均匀性，保证后续黄光工艺的良率。
以上具体的实施例仅仅是对本发明的解释，而并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (13)
1.一种用于检测衬底的装置，其特征在于，所述装置包括：
主摄像镜头，用于采集衬底图像，检测衬底的直径和外观缺陷；
反射率镜头，用于采集衬底边缘的反射光，收集衬底侧面边缘的灰阶图像；
透射率镜头，用于采集衬底下方光束穿过衬底后的透射光，收集衬底背面边缘的灰阶图像；
色度采集装置，用于采集衬底的反射光，检测衬底色度；
计算机模块，用于对上述主摄像镜头、反射率镜头、透射率镜头和色度采集装置收集到的数据和图像进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于检测衬底的装置，其特征在于，所述装置还包括旋边器和至少两个光源，衬底位于所述旋边器上，所述光源位于旋边器上方，所述反射率镜头位于所述光源之间，所述反射率镜头用于检测衬底侧面边缘损伤。
3.根据权利要求1所述的一种用于检测衬底的装置，其特征在于，所述主摄像镜头还用于收集衬底正面边缘的灰阶图像。
4.根据权利要求1所述的一种用于检测衬底的装置，其特征在于，所述装置还包括用于承载衬底的移动载台和设置于所述移动载台内部的向上发光装置。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的用于检测衬底的装置，其特征在于，所述衬底为钽酸锂或铌酸锂。
6.一种使用检测衬底的装置的方法，其特征在于，包括：
S1、利用所述计算机模块对所述主摄像镜头采集到的衬底图像进行处理，得到衬底的直径；
S2、利用所述计算机模块对所述主摄像镜头采集到的衬底正面边缘灰阶图像进行处理，以检测衬底的外观缺陷；
S3、利用所述计算机模块对所述主摄像镜头、反射率镜头和透射率镜头收集到的衬底对应面的灰阶图像进行处理，以检测衬底的边缘损伤；
S4、利用所述计算机模块对所述色度采集装置收集的反射光进行处理，以检测衬底的色度。
7.根据权利要求6所述的使用衬底检测装置的方法，其特征在于，步骤S1还包括：所述主摄像镜头基于衬底所在圆的圆心采集衬底图像，所述计算机模块在预定角度内对衬底进行有限次数的横向累计像素计算，计算出衬底直径的最大值，最终记录为直径；所述预定角度不超过20°。
8.根据权利要求6所述的使用衬底检测装置的方法，其特征在于，步骤S2还包括：所述衬底的外观缺陷在所述主摄像镜头采集的衬底正面边缘灰阶图像上呈现出不同的形态分布，所述计算机模块根据所述图像的形态特征捕捉衬底外观缺陷并进行分类。
9.根据权利要求6所述的使用衬底检测装置的方法，其特征在于，步骤S3还包括：衬底位于所述旋边器上并和所述旋边器同时旋转，衬底边缘存在缺陷的位置将异常光束反射回所述反射率镜头，所述衬底的侧面边缘损伤在灰阶图像上呈现高亮状态。
10.根据权利要求6所述的使用衬底检测装置的方法，其特征在于，步骤S3还包括：衬底存在正面边缘缺陷的位置会导致上方打下的光束被异常反射，使进入所述主摄像镜头的光束变少，导致正面边缘损伤在灰阶图像上会呈现高暗状态。
11.根据权利要求6所述的使用衬底检测装置的方法，其特征在于，步骤S3还包括：衬底位于所述移动载台上时，开启所述移动载台内部的向上发光装置，衬底背面边缘存在缺陷的位置将异常光束反射回所述透射率镜头，衬底的背面边缘损伤在灰阶图像上呈现高暗状态。
12.根据权利要求6所述的使用衬底检测装置的方法，其特征在于，步骤S4还包括：所述计算机模块对所述色度采集装置收集到的反射光进行计算，得出衬底的总色差值和平均亮度值，并判断所述衬底还原程度是否达标。
13.根据权利要求6~12中任意一项所述的使用衬底检测装置的方法，其特征在于，所述衬底为钽酸锂或铌酸锂。
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