CN113740260A - 一种光学检测装置、成像方法和智能双面检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学检测装置、成像方法和智能双面检测系统，属于半导体、线路板等板状器件的上料检测系统领域，装置包括图像采集模组、光源模组和移动载台，图像采集模组采用在XZ平面内受控移动的线扫相机进行图像采集，移动载台在Y轴方向受控的移动送料；图像采集模组与图像处理器电讯连接，通过图像处理算法对获取的图像进行尺寸和瑕疵的量检测。其中，光学检测装置结构简单紧凑，根据待测件的宽幅可调的模块化设置。光源模组采用带缝隙灯条，高度可调，便于针对不同厚度和宽幅的待测件提供稳定的光照环境；综上提高了检测准确度和效果，为线路板、硅片等需要双面检的板件提供了技术支撑，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于半导体、线路板等板状器件的上料检测系统领域，具体涉及一种光学检测装置、成像方法和智能双面检测系统。
背景技术
线路板(包括FPC及PCB的喷锡板、沉金板、镀金板、沉银板、沉锡板、OSP抗氧化板等)及硅片是目前电子、电气系统中广泛应用的器材，同时也是将电路原理实体化的重要材料。现有技术中，如线路板等板件物料或产品的生产包括多个工序，其中最重要的工位是对待测板件的板面进行光学量检测。现有的光学检测装置一般采用相机拍照方式，首先对应不同规格尺寸的待测件，需要设计不同的光学成像模组，不能模块化设计，提高了成本；其次，其光学环境不稳定，导致板件表面成像光学灰度值受影响，总体成像质量差，降低量检测准确度和效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光学检测装置、成像方法和智能双面检测系统，其能解决上述问题。
一种光学检测装置，所述光学检测装置包括图像采集模组、光源模组和移动载台，所述图像采集模组、光源模组和移动载台自上而下布置，所述图像采集模组采用在XZ平面内受控移动的线扫相机进行图像采集，所述移动载台在Y轴方向受控的移动送料；所述图像采集模组与图像处理器电讯连接，通过图像处理算法对获取的图像进行尺寸和瑕疵的量检测。
进一步的，所述图像采集模组包括光学侧立柱、光学转接背板、光学X轴组件、光学Z轴组件和线扫相机，其中，两个所述光学侧立柱跨设在所述移动载台两侧，所述光学转接背板的两端固定至所两个所述光学侧立柱上，所述光学X轴组件横向固定至所述光学转接背板上，所述光学Z轴组件固定至所述光学X轴组件上，多个所述线扫相机并排的固定至所述光学Z轴组件上。
进一步的，所述光源模组包括光源支架、灯条和散热组件，在灯条的横向中间设有灯条间隙，在散热组件的横向中间设有与所述灯条间隙对齐的透光缝，其中所述灯条通过光源支架侧边的光源驱动件驱动以实现Z轴方向的微调。
进一步的，所述移动载台的驱动台采用电机丝杆驱动或直线电机驱动，载台采用真空吸附平台或夹爪平台，在驱动台的两端板处设置防撞件，在驱动台的两侧端设置光栅尺以测算载台在Y轴方向的位置和位移量。
本发明还提供了一种采用前述光学检测装置进行线扫成像的方法，方法包括：
S1、先将移动载台上的待测件沿着Y轴输送至光源模组正下方；
S2、微调定位线扫始点，先将待测件在Y轴向始点定位，再将图像采集模组的线扫相机在X轴向始点定位；
S3、调节检测光强，通过光源模组的光源驱动件驱动灯条的Z轴向高度实现亮度调节，同时图像采集模组在Z轴向调节线扫相机的高度实现定焦；
S4、线扫成像，线扫相机沿X轴开始线扫，完成一行后暂停，移动载台沿Y轴方向将待测件移送至下一位置，进行下一行线扫，如此重复直至完成整个待测件板面的图像采集；
S5、图像处理器接收步骤S4采集的待测件的图像并进行拼接，获取待测件的整个图像。
本发明还提供了一种板件智能双面检测系统，系统包括上料装置、正面检装置、翻转装置、反面检装置和下料装置；其中，正面检装置用于对上料装置供给的待测件的正面进行量检测；所述翻转装置对正面检测完的待测件在翻转工位翻转180°并运送至反面检装置；所述反面检装置用于对反面朝上的待测件进行反面的量检测，并将检测完的板件输送给下料装置；其中，所述正面检装置和反面检装置均采用前述光学检测装置进行图像采集。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本申请的光学检测装置结构简单紧凑，根据待测件的宽幅可调的模块化设置。光源模组采用带缝隙灯条，高度可调，便于针对不同厚度和宽幅的待测件提供稳定的光照环境。综上提高了检测准确度和效果，为线路板、硅片等需要双面检的板件提供了技术支撑，便于推广应用。
附图说明
图1为本发明光学检测装置一个角度的结构示意图；
图2为图1另一角度的示意图；
图3为线扫成像的方法流程图；
图4为板件智能双面检测系统的示意图。
图中，
100、光学检测装置；
10、图像采集模组；11、光学侧立柱；12、光学转接背板；13、光学X轴组件；14、光学Z轴组件；15、线扫相机；16、相机转接板；
20、光源模组；21、光源支架；22、灯条；23、散热组件；24、光源驱动件；
30、移动载台；31、驱动台；32、载台；33、防撞件；34、光栅尺；
10000、上料装置；20000、正面检装置；30000、翻转装置；40000、反面检装置；50000、下料装置。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
光学检测装置
参见图1和图2，一种光学检测装置100，包括图像采集模组10、光源模组20和移动载台30。图像采集模组10采用在XZ平面内受控移动的线扫相机进行图像采集，所述移动载台30在Y轴方向受控的移动送料；所述图像采集模组10与图像处理器电讯连接，通过图像处理算法对获取的图像进行尺寸和瑕疵的量检测。
连接关系：所述图像采集模组10、光源模组20和移动载台30自上而下布置。具体实施例中，图像采集模组10、光源模组20采用龙门架结构并跨设在所述移动载台30上方。
其中，所述图像采集模组10包括光学侧立柱11、光学转接背板12、光学X轴组件13、光学Z轴组件14和线扫相机15，其中，两个所述光学侧立柱11跨设在所述移动载台30两侧，所述光学转接背板12的两端固定至所两个所述光学侧立柱11上，所述光学X轴组件13横向固定至所述光学转接背板12上，所述光学Z轴组件14固定至所述光学X轴组件13上，多个所述线扫相机15并排的固定至所述光学Z轴组件14上。
一个实施例中，两个或三个所述线扫相机15通过相机转接板16固定至所述光学Z轴组件14上，所述线扫相机15在相机转接板16上的位置可调。
线扫相机15优先采用两个并排设置，当然这是根据待测件的尺寸适当的选择调整。
此处的线扫相机15包括相机本体和镜头，并带有相机散热风扇，镜头能自动对焦或手动对焦。
进一步的，相机转接板16包括多个调整板、固定板和微调块，参见图1和图2，调整板和微调块有针对相机的，也有针对镜头的，用于线扫相机15在水平向和垂直向的微调和定位。并可将多个相机本体实现模块化的拼装。以此提高整机的适配性和模块化操作。
进一步的，所述光学X轴组件13和光学Z轴组件14采用电机丝杆驱动或直线电机驱动，优先采用电机丝杆驱动。
其中，所述光源模组20包括光源支架21、灯条22和散热组件23，在灯条22的横向中间设有灯条间隙，在散热组件23的横向中间设有与所述灯条间隙对齐的透光缝，其中所述灯条22通过光源支架21侧边的光源驱动件24驱动以实现Z轴方向的微调。
进一步的，光源支架21的底面与所述光学侧立柱11的底面平齐的固定至机台上，所述线扫相机15的光路出射方向正对所述光源模组20的透光缝和灯条间隙。
其中，所述移动载台30的驱动台31采用电机丝杆驱动或直线电机驱动，载台32采用真空吸附平台或夹爪平台，在驱动台31的两端板处设置防撞件33，在驱动台31的两侧端设置光栅尺34以测算载台32在Y轴方向的位置和位移量。
进一步的，载台32上还包括图未示的真空载物台或柔性夹爪，以固定待测件。
一个示例中，线扫相机15的解析度为5～15um精度。检测面积为50mm×50mm～500×500mm。
进一步的，线扫相机15包括一个初检相机和一个复检相机，对应不同的光源使用。
其中，初检相机使用16K彩色CCD，光学分辨率优于或等于10um；相机数量：单个检测台面兼容1～3台相机。其中，复检相机，放大倍率1～3倍，拍照上下左右偏移≤0.2mm，拍照清晰比率高，配合算法控制实现缺陷点自动复检功能。
进一步的，待测件到位后的定位，可以进行机械对位配合光学校准，可以自动定位(待测件上预设始点或控制系统里编入定位点坐标)或手动定位。
通过成像可用于下一步尺寸测量和缺陷检测，缺陷范围包括：①基材检测：毛边、铜渣、折痕、刮伤；②文字检测：偏位、模糊(错字)、漏印；③钻孔检测：少孔、孔偏、孔破、孔环过细、堵孔；④线路检测：开路、短路、缺口、露铜、线距、氧化；⑤金面检测：刮伤、异色、露铜、凹凸、油墨上pad、其他异物；⑥补强检测：裂纹、褶皱、补强偏移、毛刺、披锋等。
成像后，结合深度学习智能AI过滤系统，能够大大的提高漏检和误报，保证设备能够更加精准的检测缺陷。
成像方法
一种采用前述光学检测装置进行线扫成像的方法，参见图3，方法包括以下步骤。
S1、先将移动载台30上的待测件沿着Y轴输送至光源模组20正下方。
S2、微调定位线扫始点，先将待测件在Y轴向始点定位，再将图像采集模组10的线扫相机15在X轴向始点定位。
S3、调节检测光强，通过光源模组20的光源驱动件24驱动灯条22的Z轴向高度实现亮度调节，同时图像采集模组10在Z轴向调节线扫相机15的高度实现定焦。
S4、线扫成像，线扫相机15沿X轴开始线扫，完成一行后暂停，移动载台30沿Y轴方向将待测件移送至下一位置，进行下一行线扫，如此重复直至完成整个待测件板面的图像采集。
S5、图像处理器接收步骤S4采集的待测件的图像并进行拼接，获取待测件的整个图像。
板件智能双面检测系统
一种板件智能双面检测系统，参见图4，系统包括上料装置10000、正面检装置20000、翻转装置30000、反面检装置40000和下料装置50000；其中，正面检装置20000用于对上料装置10000供给的待测件的正面进行量检测；所述翻转装置30000对正面检测完的待测件在翻转工位翻转180°并运送至反面检装置40000；所述反面检装置40000用于对反面朝上的待测件进行反面的量检测，并将检测完的板件输送给下料装置；其中，所述正面检装置20000和反面检装置40000均采用前述的光学检测装置进行图像采集。
系统智能化的实现自动上下料，全自动检测，杜绝人工疲劳等人为因素带来的产能下降，效率可达手动检测设备的4-5倍。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种光学检测装置，其特征在于：所述光学检测装置(100)包括图像采集模组(10)、光源模组(20)和移动载台(30)，所述图像采集模组(10)、光源模组(20)和移动载台(30)自上而下布置，所述图像采集模组(10)采用在XZ平面内受控移动的线扫相机进行图像采集，所述移动载台(30)在Y轴方向受控的移动送料；所述图像采集模组(10)与图像处理器电讯连接，通过图像处理算法对获取的图像进行尺寸和瑕疵的量检测。
2.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于：所述图像采集模组(10)包括光学侧立柱(11)、光学转接背板(12)、光学X轴组件(13)、光学Z轴组件(14)和线扫相机(15)，其中，两个所述光学侧立柱(11)跨设在所述移动载台(30)两侧，所述光学转接背板(12)的两端固定至所两个所述光学侧立柱(11)上，所述光学X轴组件(13)横向固定至所述光学转接背板(12)上，所述光学Z轴组件(14)固定至所述光学X轴组件(13)上，多个所述线扫相机(15)并排的固定至所述光学Z轴组件(14)上。
3.根据权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于：两个或三个所述线扫相机(15)通过相机转接板(16)固定至所述光学Z轴组件(14)上，所述线扫相机(15)在相机转接板(16)上的位置可调。
4.根据权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于：所述光学X轴组件(13)和光学Z轴组件(14)采用电机丝杆驱动或直线电机驱动。
5.根据权利要求2所述的光学检测装置，其特征在于：所述光源模组(20)包括光源支架(21)、灯条(22)和散热组件(23)，在灯条(22)的横向中间设有灯条间隙，在散热组件(23)的横向中间设有与所述灯条间隙对齐的透光缝，其中所述灯条(22)通过光源支架(21)侧边的光源驱动件(24)驱动以实现Z轴方向的微调。
6.根据权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于：所述光源支架(21)的底面与所述光学侧立柱(11)的底面平齐的固定至机台上，所述线扫相机(15)的光路出射方向正对所述光源模组(20)的透光缝和灯条间隙。
7.根据权利要求5所述的光学检测装置，其特征在于：所述移动载台(30)的驱动台(31)采用电机丝杆驱动或直线电机驱动，载台(32)采用真空吸附平台或夹爪平台，在驱动台(31)的两端板处设置防撞件(33)，在驱动台(31)的两侧端设置光栅尺(34)以测算载台(32)在Y轴方向的位置和位移量。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述光学检测装置进行线扫成像的方法，其特征在于，方法包括：
S1、先将移动载台(30)上的待测件沿着Y轴输送至光源模组(20)正下方；
S2、微调定位线扫始点，先将待测件在Y轴向始点定位，再将图像采集模组(10)的线扫相机(15)在X轴向始点定位；
S3、调节检测光强，通过光源模组(20)的光源驱动件(24)驱动灯条(22)的Z轴向高度实现亮度调节，同时图像采集模组(10)在Z轴向调节线扫相机(15)的高度实现定焦；
S4、线扫成像，线扫相机(15)沿X轴开始线扫，完成一行后暂停，移动载台(30)沿Y轴方向将待测件移送至下一位置，进行下一行线扫，如此重复直至完成整个待测件板面的图像采集；
S5、图像处理器接收步骤S4采集的待测件的图像并进行拼接，获取待测件的整个图像。
9.一种板件智能双面检测系统，其特征在于：系统包括上料装置(10000)、正面检装置(20000)、翻转装置(30000)、反面检装置(40000)和下料装置(50000)；其中，正面检装置(20000)用于对上料装置(10000)供给的待测件的正面进行量检测；所述翻转装置(30000)对正面检测完的待测件在翻转工位翻转180°并运送至反面检装置(40000)；所述反面检装置(40000)用于对反面朝上的待测件进行反面的量检测，并将检测完的板件输送给下料装置；其中，所述正面检装置(20000)和反面检装置(40000)均采用权利要求1-7任一项所述的光学检测装置进行图像采集。
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