CN116613097A - 基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统和方法，包括校正相机、透明十字标靶、定位相机和吸嘴；定位相机和吸嘴设置在机械臂上，校正相机布置在校正工位处，校正相机向上获取影像，定位相机向下获取影像，透明十字标靶设置在校正相机的正上方，透明十字标靶包括十字标记，校正相机通过基于透明十字标靶分别对齐校准定位相机和吸嘴，通过校正系统记录定位相机和吸嘴校准后的坐标，比计算出吸嘴偏移量。本发明通过校准系统和校正方法，通过校正相机实现定位相机和吸嘴的快速精准定位和校正工作，并计算得到其之间的偏移量，通过该偏移量实现IC芯片的快速、精准吸取，提高生产效率。

Description

基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统和方法

技术领域

本发明涉及半导体芯片测试技术领域，具体涉及一种基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统和方法。

背景技术

在IC芯片自动化制程工艺中，经常需要通过机械臂和吸嘴对IC芯片进行吸取和搬运工作，并结合定位相机进行精准定位。但是因为空间关系，用作影像定位的定位相机与吸取IC芯片的吸嘴，难以设计在同一垂直面上，两者之间需间隔一定的距离，为了使吸嘴能顺利指向定位相机所对准的目标位置，一般需要通过预设定位相机与吸嘴之间的偏移量，先通过定位相机定位IC芯片的位置，然后驱动机械臂移动设定好的偏移量，就可以调整吸嘴对准IC芯片。

现有技术一般时通过人为的测量，通过标尺等测量设备测量定位相机与吸嘴之间的距离(即吸嘴偏移量)，但是人为测量时避免不了精度的问题，随着芯片小型化和微型化，可能细小的误差就会带来较大的错误率，而且人为手动测量操作不方便。而且在现有的自动化生产过程中，为了方便更好吸嘴或进行批量化吸取工作的时候，吸嘴装置一般模块化设计，集成若干个吸嘴模块(如图1所示)。过个吸嘴模块集成到一个吸嘴装置上，如果对多个吸嘴模块都进行手动认为测量，当单个吸嘴与定位相机之间出现小的误差，可能会到来整体比较严重的吸取偏差。

并且在高度自动化工作中，XY轴机械手臂在驱动吸嘴吸取搬运工作目标时，依赖X轴马达和Y轴马达将定位相机和吸嘴装置移动到指定位置坐标，因此XY轴马达的移动精度与重复精度，决定了自动化流程的稳定性。如果不及时的对其进行校正定位，长时间的自动化工作中，其精度和准确度会下降，从而也影响自动化芯片测试的效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种高效、精准的基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统，包括校正相机、透明十字标靶、定位相机和吸嘴；所述定位相机和吸嘴设置在机械臂上，所述校正相机布置在校正工位处，所述校正相机向上获取影像，所述定位相机向下获取影像，所述透明十字标靶设置在所述校正相机的正上方，所述透明十字标靶包括十字标记，所述校正相机通过基于所述透明十字标靶分别对齐校准所述定位相机和吸嘴，通过所述校正系统记录所述定位相机和所述吸嘴校准后的坐标，比计算出所述吸嘴偏移量。

进一步的，所述校正相机和所述定位相机的影像中心设置有十字对准辅助线和快速定位辅助框，所述十字标靶还包括mark点、十字标靶第一校准框；所述快速定位辅助框用于快速抓取所述mark点和十字标靶第一校准框，所述校正相机和所述定位相机影像中心的十字对准辅助线通过所述十字标记对齐实现所述校正相机和所述定位相机的中心对齐工作。

进一步的，所述透明十字标靶水平设置在XYZ三轴定位器上，所述XYZ三轴定位器包括X轴微调滑台、Y轴微调滑台和Z轴微调滑台，通过所述X轴微调滑台、所述Y轴微调滑台和所述和Z轴微调滑台实现对所述十字标靶的精确微调。

基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法，包括以下步骤：

步骤S1：调整透明十字标靶的十字标记对准校正相机的影像中心；

步骤S2：校准定位相机，移动机械臂，将定位相机的影像中心对准所述透明十字标靶的十字标记，并记录该坐标为基准坐标；

步骤S3：校准吸嘴，再次移动所述机械臂，将吸嘴对准所述校正相机的影像中心，并记录该坐标作为偏移坐标；

步骤S4：计算吸嘴偏移量，并保存，所述吸嘴偏移量为所述基准坐标与所述偏移坐标之间的距离。

进一步的，还包括以下步骤：

步骤S5：吸嘴吸取IC芯片，所述校正相机定位校准所述定位相机后，所述机械臂移动所述吸嘴偏移量距离，使所述IC芯片进入到所述校正相机的影像中；

步骤S6：微调所述机械臂，使所述IC芯片的中心与所述十字标记对齐，记录此时的所述机械臂坐标作为补偿坐标；

步骤S7：计算距离补偿量，所述距离补偿量为所述补偿坐标与所述偏移坐标之间的距离；

步骤S8：将所述距离补偿量补偿到所述吸嘴偏移量上，进行进一步校正。

XY轴机械手臂马达精准度自动校准方法，包括以下步骤：

S11：校正定位相机，根据权利要求4或5所述的基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法，校正所述定位相机；

S12：通过验证标靶记录所述定位相机的坐标和自动曝光设定；

S13：重复精度验证，在根据计算标准差的方式来推算XY轴马达各自的Cpk；

S14：对比所述Cpk与预设基准值，若所述Cpk大于所述预设基准值，表示所述XY轴机械臂马达的重复精度符合要求。

进一步的，在所述步骤S12中，驱动所述定位相机至所述验证标靶处，所述验证标靶包括十字标记和mark点，所述定位相机通过所述mark点定位和十字标记对齐，实现所述验证标靶的定位。

进一步的，所述自动曝光设定采用每次增加500曝光值、并进行50次的增益，取得影像中像素的平均灰阶值，当所述平均灰阶值大于预设值时为最佳曝光值，记录所述最佳曝光值为所述自动曝光设定。

进一步的，在所述步骤S13中，驱动机械手臂的所述XY马达移动至其正极限和负极限后，在透过所述定位相机辨识所述验证标靶，得到每次XY马达的偏移量，重复若干次。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过校准系统和校正方法，通过校正相机实现定位相机和吸嘴的快速精准定位和校正工作，并计算得到其之间的偏移量，通过该偏移量实现IC芯片的快速、精准吸取，提高生产效率。同时，再通过吸取IC芯片至校准相机处进行补偿校准，得到吸嘴补偿量，从而可以进一步的确保IC芯片搬运的稳定性和重复性。而且通过本发明的校准系统和校准方法，可以快速、准确的得到每个吸嘴的吸嘴偏移量，从而可以确保整个模块化吸嘴装置的吸取精度，以减少认为误差。

2、本发明通过校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统和方法，实现了对XY轴机械手臂的XY轴马达精准度的自动校准工作，从而提高XY轴机械手臂的搬运IC芯片的效率和精准度。

附图说明

图1为本发明的系统结构图；

图2为图1的移动状态图；

图3为本发明的方法原理图；

图4为图1中下相机的影像界面示意图；

图5为图1中十字标靶的示意图；

图6为将十字标靶与下相机的影像中心对准；

图7为本发明的扩展方法原理图；

图8为本发明扩展方法的第一示意图；

图9为本发明扩展方法的第二示意图；

图10为本发明一实施例的原理图；

图中标记为：

1、校正相机，2、十字标靶，3、定位相机，4、吸嘴，5、机械臂，6、IC芯片,101、校正相机影像，1011、十字对准辅助线，1012，快速定位辅助框，201、十字标记，202、mark点，203、十字标靶第一校准框，204、十字标靶第二校准框。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本发明提供了一种基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统，包括校正相机1、透明十字标靶2、定位相机3和吸嘴4。定位相机3和吸嘴4固定在机械臂5上，定位相机和吸嘴均垂直向下布置，定位相机用于机械臂的定位，定位相机通过光学影响系统识别芯片上的标记点，从而定位芯片。吸嘴则用于吸取IC芯片，定位相机与吸嘴之间的间距为偏移量a(也叫吸嘴偏移量)，通过定位相机精准识别和确定IC芯片的位置后，系统驱动机械臂移动相应的偏移量即可调整吸嘴至IC芯片的上方，再通过动力装置驱动其进行吸取和搬运工作。

校正相机设置或固定机台的校正工位处，可布置在机械臂XY运动方向所构成的平面内，位于在定位相机的下方，校正相机用于向上获取影像，定位相机用于向下获取影像。其中，透明十字标靶布置在校正相机的正上方，透明十字标靶采用透明材料制备，其中间印刷或刻有十字标记。本发明的校准系统基于十字标记来确定校正相机和定位相机的中心位置，从而实现对定位相机的校正，再通过校正相机获取吸嘴的中心位置，即可精准、且快速的自动计算出定位相机与吸嘴之间的距离(即偏移量a)。

如图5所示，透明十字标靶包括十字标记201、mark点202、十字标靶第一校准框203和十字标靶第二校准框204。如图4所示，为校正相机和定位相机的影像图像101，包括十字对准辅助线1011和快速定位辅助框1012。十字对准辅助线过影像中心点、且在影像内水平垂直显示，快速定位辅助框则设置在影像中心的焦点，十字对准辅助线和快速定位辅助框通过选用的相机像素和软件计算预设显示在影像界面。十字标记201用于与十字对准辅助线1011对齐，实现相机的校正工作，快速定位辅助框1012用于快速获取mark点202和十字标靶第一校准框203，十字标靶第二校准框204则用于快速获取吸嘴的位置坐标。

通过校正相机的影响将定位相机进行校正工作，如果通过算法和人为无法快速准确的实现，因为相机的高度不同，其获得的影像结果就不同，所以为了能将校正相机和定位相机的影像中心对齐，本发明通过十字标靶进行辅助对齐。

进一步的，如图6所示，我们将透明十字标靶先安装在校正相机上，打开校正相机后，通过人为的调节十字标靶的位置并观察校正相机的影像界面，将十字标靶的十字标记与校正相机的十字对准辅助线重合对齐，先获取校正相机的中心位置。为了提高效率，所以在十字标靶上面进一步的设置mark点202和十字标靶第一校准框203，先将十字标靶第一校正框203置于校正相机影像的快速定位辅助框，然后再微调十字标靶，使十字标记与影像的十字对准辅助线对齐。为了方便查看十字标记与十字对准辅助线是否对齐，校正相机的十字对准辅助线和快速定位辅助框的颜色与十字标靶上的十字标记等颜色不同，可以设置为蓝色、红色等显目的颜色，十字标靶上面的颜色可以通过印刷白色，或者刻画白色方便进行校正对齐工作。

进一步的，校正相机和定位相机影像界面的十字对准辅助线1011和快速定位辅助框1012设计为显目的实线，为了方便查看校正，十字标靶上的十字标记设计为虚线，且十字标靶的第一校正框203和mark点202设置在可被快速定位辅助框1012包围，十字标靶第二校准框204可包围快速定位辅助框1012。

进一步的，我们还可以将透明十字标靶固定在XYZ三轴定位器，XYZ三轴定位器固定或通过磁性底座磁性吸附在校准相机的旁边。XYZ三轴定位器包括磁性底座和XYZ三轴微调滑台，XYZ三轴微调滑台固定在磁性底座上，并通过转接板固定所述透明十字标靶至校准相机的上方。XYZ三轴微调滑台包括X轴微调滑台、Y轴微调滑台和轴微调滑台，X轴微调滑台、Y轴微调滑台和Z轴微调滑台内部相互之间均设置有相互配合的滑槽和滑轨，以及驱动其运动的丝杆，外部则设置分别有各自的调节旋钮，调节旋钮驱动丝杆前后推动，从而带动滑块移动实现精调。

如图3所示，本发明还提供了一种基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法，包括以下步骤：

步骤S1：调整透明十字标靶的十字标记对准下方校正相机的影像中心；

步骤S2：校准定位相机，移动机械臂，将上方定位相机的影像中心对准透明十字标靶的十字标记，并记录该坐标作为基准点；

步骤S3：校准吸嘴，机械臂驱动吸嘴对准下方校正相机的影像中心(即十字标记处)，并记录该坐标作为偏移坐标；

步骤S4：计算吸嘴偏移量，吸嘴偏移量就是基准点与偏移坐标之间的距离。

其中，上述步骤S1中，可通过手动将透明十字标靶放于校正相机镜头上方，然后手动移动透明十字标靶，并在计算机上观察校正相机的影像，直到肉眼观察十字标记对准校正相机的影像中心。因为人为手动移动虽然方便一些，但是精度不高，所以，在另一实施例中，我们还提供了一种透明十字标靶调整装置，通过将透明十字标靶水平固定在XYZ三轴定位器上，通过精调XYZ三轴定位器，从而提高透明十字标靶和校正相机的对准精度。

上述步骤S2中，水平移动机械臂，肉眼观察定位相机的影像，通过微调机械臂的XY坐标，将定位相机的影像中心对准透明十字标靶的十字标记中心，实现定位相机的校正定位。

上述步骤S3中，同样驱动机械臂水平移动，将吸嘴移动至校正相机的影像中心，同样通过肉眼观察计算机上的实时影像。此时，从步骤2到步骤3机械臂移动的距离，即定位相机与吸嘴的距离，我们称为吸嘴偏移量，系统自动计算吸嘴偏移量并进行保存。此后，只要定位相机定位对准的位置，加上机械臂移动吸嘴偏移量，即可将吸嘴对准指定位置进行吸取和搬运工作。在此步骤中，还可以通过在软件层面开发吸嘴辅助定位影像，通过在校正相机的影像中心，进一步的设定吸嘴辅助定位对准框，形状和吸嘴的形状相同，大小保持一致，从而可以快速的将吸嘴对准影像中心。还可以在透明十字标靶的十字标记处(即中心位置处)设计圆形或方形标记作为吸嘴的辅助定位标记，其尺寸大小与吸嘴的大小近似。

如图7和图8所示，在利用吸嘴偏移量进行吸取IC芯片时，会存在有吸不准或者吸取失败的情况和问题，我们发现是由于在组装或者更换吸嘴的时候，存在公差问题，导致吸嘴存在偏斜的情况，吸嘴向下进行吸取的时候，会与定位相机对准的目标有一定的落差。为此，在一实施例中，如图9所示，我们还提供了进一步的距离补偿方法，步骤如下：

步骤S5：吸嘴吸取IC芯片，机械臂移动上述步骤得到的吸嘴偏移量距离，使IC芯片进入校正相机的影像中，此时的IC芯片的中心相对于十字标记会有所偏移；

步骤S6：微调机械臂，使IC芯片与十字标记对齐或与校正相机的影像中心对齐，进行进一步的距离补偿，并记录此时的机械臂坐标作为补偿坐标；

步骤S7：计算距离补偿量，距离补偿量＝原先的偏移坐标与现有的补偿坐标之间的距离；

步骤S8：将调整的距离补偿量补偿到先前的吸嘴偏移量上，进行进一步校正。

通过上述步骤，即可进一步的提高吸取的成功率和吸取搬运的精度。

如图1和图10所示，我们通过一实施例进一步的阐述本发明的方法和优势：

吸嘴组件包括若干吸嘴和定位相机，吸嘴组件一般通过垂直动力装置安装在XY轴机械手臂上形成多轴机械手，垂直动力装置提供驱动其上下运动，XY轴机械手臂驱动其平面运动进行转移工作。XY轴机械手臂在吸取搬运工作目标时，依赖的是X轴马达和Y轴马达将吸嘴组件移动到指定位置坐标，因此XY轴马达的移动精度与重复精度，决定了自动化流程的稳定性。如果不及时的对其进行校正定位，长时间的自动化工作中，其精度和准确度会下降，从而影响自动化生产的效率。为此，我们就需要定期的对其进行校正，确保其精准度。

XY轴机械手臂马达精准度的自动调整方法，包括以下步骤：

S11：校正定位相机，通过本发明的基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法，校正定位相机；

S12：通过验证标靶记录定位相机的坐标和自动曝光设定；

S13：重复精度验证，通过重复若干次测试后，在根据计算标准差的方式来推算XY轴马达各自的Cpk(过程能力指数)；

S14：对比Cpk与预设基准值，若Cpk大于预设基准值，表示XY轴机械臂马达的重复精度符合要求。

在步骤S12中，验证标靶包括但不限于以十字标记为基础的标靶，其设置在机台固定位置处用于定位相机的验证。为了更好的识别验证标靶，我们需要获取定位相机的最佳曝光值，获取定位相机的最佳曝光值的方法如下：

S121：以每次增加预设的曝光值，并进行多次的增益，在一实施例中，我们以每次增加500曝光值，并进行50次的增益；

S122：记录每次增益后影像中像素的平均灰阶值；

S123：对比影像平均灰阶值与灰阶门槛值，若影像平均灰阶值大于或等于灰阶门槛，记录该曝光值作为最佳曝光值。

步骤S123的灰阶门槛值我们设定为200，因为验证标靶的位置固定，且样式固定，此灰阶门槛值可作为后续的固定通用值。

在步骤S13中，我们让XY轴马达分别移动至其正极限和负极限后，在通过定位相机辨识验证标靶，以得到每次XY轴马达的偏移量，通过重复若干次，在一实施例中，我们通过重复32次测试后，在通过计算标准差的方式来计算出XY马达各自的Cpk，并确认Cpk是否大于1.33的预设标准，或者其他预设的标准，以确保其合格率符合要求，从而确保XY轴马达的可靠性和重复精确性。在实际使用过程中，为了避免XY轴马达移动时因超过最大极限而跳出警报，我们在取得XY轴马达极限值后，减掉一设定预警值，以确保马达移动时不会因偏移量而超过最大极限而跳出警报。

通过本发明的基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法，可快速且准确的实现定位相机的校正工作，在通过定位相机以重复验证XY轴马达的移动精度和重复精度，从而提高IC芯片测试过程中搬运工作的稳定性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统，其特征在于：包括校正相机、透明十字标靶、定位相机和吸嘴；所述定位相机和吸嘴设置在机械臂上，所述校正相机布置在校正工位处，所述校正相机向上获取影像，所述定位相机向下获取影像，所述透明十字标靶设置在所述校正相机的正上方，所述透明十字标靶包括十字标记，所述校正相机通过基于所述透明十字标靶分别对齐校准所述定位相机和吸嘴，通过所述校正系统记录所述定位相机和所述吸嘴校准后的坐标，比计算出所述吸嘴偏移量。

2.如权利要求1所述的基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统，其特征在于：所述校正相机和所述定位相机的影像中心设置有十字对准辅助线和快速定位辅助框，所述十字标靶还包括mark点、十字标靶第一校准框；所述快速定位辅助框用于快速抓取所述mark点和十字标靶第一校准框，所述校正相机和所述定位相机影像中心的十字对准辅助线通过所述十字标记对齐实现所述校正相机和所述定位相机的中心对齐工作。

3.如权利要求1所述的基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的校准系统，其特征在于：所述透明十字标靶水平设置在XYZ三轴定位器上，所述XYZ三轴定位器包括X轴微调滑台、Y轴微调滑台和Z轴微调滑台，通过所述X轴微调滑台、所述Y轴微调滑台和所述和Z轴微调滑台实现对所述十字标靶的精确微调。

4.基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：调整透明十字标靶的十字标记对准校正相机的影像中心；

步骤S2：校准定位相机，移动机械臂，将定位相机的影像中心对准所述透明十字标靶的十字标记，并记录该坐标为基准坐标；

步骤S3：校准吸嘴，再次移动所述机械臂，将吸嘴对准所述校正相机的影像中心，并记录该坐标作为偏移坐标；

步骤S4：计算吸嘴偏移量，并保存，所述吸嘴偏移量为所述基准坐标与所述偏移坐标之间的距离。

5.如权利要求4所述的基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法，其特征在于：还包括以下步骤：

步骤S5：吸嘴吸取IC芯片，所述校正相机定位校准所述定位相机后，所述机械臂移动所述吸嘴偏移量距离，使所述IC芯片进入到所述校正相机的影像中；

步骤S6：微调所述机械臂，使所述IC芯片的中心与所述十字标记对齐，记录此时的所述机械臂坐标作为补偿坐标；

步骤S7：计算距离补偿量，所述距离补偿量为所述补偿坐标与所述偏移坐标之间的距离；

步骤S8：将所述距离补偿量补偿到所述吸嘴偏移量上，进行进一步校正。

6.XY轴机械手臂马达精准度自动校准方法，其特征在于：包括以下步骤：

S11：校正定位相机，根据权利要求4或5所述的基于校正相机设定定位相机与吸嘴偏移量的方法，校正所述定位相机；

S12：通过验证标靶记录所述定位相机的坐标和自动曝光设定；

S13：重复精度验证，在根据计算标准差的方式来推算XY轴马达各自的Cpk；

S14：对比所述Cpk与预设基准值，若所述Cpk大于所述预设基准值，表示所述XY轴机械臂马达的重复精度符合要求。

7.如权利要求6所述的XY轴机械手臂马达精准度自动校准方法，其特征在于：在所述步骤S12中，驱动所述定位相机至所述验证标靶处，所述验证标靶包括十字标记和mark点，所述定位相机通过所述mark点定位和十字标记对齐，实现所述验证标靶的定位。

8.如权利要求7所述的XY轴机械手臂马达精准度自动校准方法，其特征在于：所述自动曝光设定采用每次增加500曝光值、并进行50次的增益，取得影像中像素的平均灰阶值，当所述平均灰阶值大于预设值时为最佳曝光值，记录所述最佳曝光值为所述自动曝光设定。

9.如权利要求6所述的XY轴机械手臂马达精准度自动校准方法，其特征在于：在所述步骤S13中，驱动机械手臂的所述XY马达移动至其正极限和负极限后，在透过所述定位相机辨识所述验证标靶，得到每次XY马达的偏移量，重复若干次。