CN1179192C - 检测物体的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用一种检测装置和相应的检测方法，在衬底和检测装置相对运动的条件下，对衬底上的物体进行无接触检测。该装置具有分部可寻址的象素阵列，从而产生包含物体高度信息的第一个象；用第二辐射装置照射至少一部分衬底，衬底上包含一个或更多的物体，使被所述第二辐射装置照射的所述一个或更多的物体中至少一个物体成象于所述传感器上，从而产生包含物体面积信息的第二个象；用所述传感器装置，从所述第一个象，提取物体高度信息；用所述传感器装置，从所述第二个象，提取物体面积信息。

Description

检测物体的方法和装置

技术领域

本发明一般地涉及在衬底和检测装置相对运动的条件下，无接触地检测在衬底上物体的方法和装置。

背景技术

当把物体安置在一衬底上，物体的几何性质和其他性质对于所得产品的性能是重要的。因而要求能够对这些性质快速和准确地进行自动检测。几何性质可以例如是体积，在衬底上的位置，直径，外廓形状，划痕，表面粗糙度等等。其他性质可以是颜色等。这些性质的自动检测难于高速和高准确度地完成。例如，在衬底上加焊膏的过程中，配送(dispensing)或其他类似方法所得到的焊膏沉积物的性质，例如体积和位置，对于后继过程步骤及最后产品是重要的。

现有技术通常基于不同的成象技术，例如二维象处理，模式识别和/或三维光学三角测量术，立体照相，莫尔方法和白光干涉量度学。

为了得到一个物体的高度信息，常常用激光三角测量术，如在US-5 134 655中披露的检测焊料印刷的装置和方法那样。一个辐射源，通常是一个激光器，位于离开传感器某一侧向距离上，并从某一方向照射被检测的物体。该物体通过如折射光学系统这样一个辐射聚焦单元，成象在传感器上。最普通的三角测量照射方法用单个光斑照射，片状光照射或多条光照射三角测量术。传感器从物体被照射的方向的另一个方向对着物体，从而检测从物体反射的或再发射的辐射。因为传感器是二维的以及因为辐射源和传感器和物体基平面的位置是已知的，因此就可以从确定入射到传感器的辐射的方向来确定物体的高度。

另外，通过扫描整个物体以确定很多个高度点或高度分布，就可以确定物体的近似体积。

然而，现有技术的方法和装置存在着一些问题。人们要求把速度和灵活性结合在同一个装置中。一般讲，现有技术的方法和装置都只能用于单一的任务，另外它们常常不够快以满足现在和将来的需求。

在前面所述的US-5 134 655中，公开了一个在印刷电路板(PCB)上检测焊膏印刷的设备，这印刷电路板是一种类型的衬底，其他类型的衬底是，例如，球栅阵列(BGA)，芯片规模封装(CSP)，四方扁平封装(QFP)，倒装片等的衬底。该设备测量印刷偏差，薄膜厚度，印在PCB上的焊盘(pad)上的焊膏的印刷图形。用激光逐点照射PCB来进行高度测量。通过相对移动该装置的PCB，激光光点就扫过单一的焊膏物体。通过在互相正交的x-和y-方向扫描该物体，就得到了物体的投影，它是以x方向和y方向的分布线的形式给出的，这些分布线既显示了焊膏物体，也显示了下方的焊盘。通过这个已知的装置，丝网印刷的焊膏物体相对于此前印刷的焊盘的位置和厚度就可以确定。这个已知设备的缺点是它的有限用途。例如，它既不能进行准确的体积测量也不能进行准确的面积测量，至少不能合理地快，因为这要求在二个方向上很大数目的扫描。

另一个为了检测在PCB上焊膏印刷的解决办法是由菲力浦公司生产的设备，称作TriScan，TriScan设备用了一种先进的光学扫描系统，它包含一个20边多角形镜子，该多角形镜以高达每秒50圈的非常高的速度旋转。一激光束投射到镜子上，因而激光光点扫过物体，其速率高达每秒1000次光扫描。用先进的镜面组，物体被所述的光扫描照射，而反射光被捕捉并导向一传感器。虽然此设备使高速检测几种类型的性质成为可能，然而该设备是复杂的，并且只能完成高度分布的测量并把它作为确定其他性质的基础。限制在高度分布的测量就限制了准确度。通过非常紧密的测量分布，可以得到准确性的某种改善。然而，这要求难以达到测量的高速率。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种检测装置，以在装置和衬底之间有相对运动的条件下，检测衬底上的物体，以及用这样一种检测装置对衬底上物体进行检测的方法，而所述装置和所述方法以一种改进了的方式，把检测的准确性和多任务功能结合起来，还具有高速和低成本的优点。

该目的通过以下所确定的本发明的各个方面所达到。

根据本发明的一个方面，用一种检测装置，在衬底和检测装置相对运动的条件下，无接触地检测衬底上物体的一种方法，它以如下步骤作为其特征：

-用第一辐射装置照射至少一部分衬底，衬底上包含一个或更多的物体，使被所述第一辐射装置照射的所述一个或更多的物体中至少一个物体成象于一个二维阵列传感器装置上，该传感器装置具有分部可寻址的象素阵列，从而产生包含物体高度信息的第一个象；

-用第二辐射装置照射至少一部分衬底，衬底上包含一个或更多的物体，使被所述第二辐射装置照射的所述一个或更多的物体中至少一个物体成象于所述传感器装置上，从而产生包含物体面积信息的第二个象；

—用所述传感器装置，从所述第一个象，提取物体高度信息；以及

—用所述传感器装置，从所述第二个象，提取物体面积信息。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于产生第一个象的步骤与产生第二个象的步骤在时间上是分开的。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于通过把第一个象和第二个象分别成象在所述传感器装置的不同部分上从而把第一个象和第二个象分开的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于通过用所述第一和第二辐射装置分别照射衬底不同的部分从而把第一个象和第二个象分开的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于通过把所述第一和第二辐射装置发出的辐射分别设置在第一和第二频率范围，并用滤光器至少过滤照射到传感器装置第一部位的辐射以使在所述第一和第二频率范围的一个中的辐射可以通过，而在所述第一和第二频率范围的另一个中的辐射被挡住，从而把第一个象和第二个象分开的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于用所述面积和高度信息来计算物体体积的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于用所述面积信息来计算物体位置的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于用所述面积信息来计算物体外廓形状的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于用所述面积信息来计算物体直径的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于信号处理是在芯片上进行的。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于在芯片上进行所述面积和高度信息提取的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，根据本发明上述方法的实施例，其特征在于交替处理所述第一和所述第二个象，以分别得到所述高度和面积信息的步骤。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于并行处理所述第一和所述第二个象以分别得到所述高度和面积信息。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于用所述第一辐射装置照射衬底的辐射是片状光形式的照射。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于所述提取面积信息的步骤是用线扫描来执行的。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于所述提取高度信息的步骤是用三角测量法来执行的。

根据本发明上述方法的实施例，其特征在于适应性地调整所述第一和第二辐射装置中至少一个装置以响应变化的条件。

根据本发明的另一方面，提供在衬底和检测装置相对运动的条件下，检测衬底上物体的一种装置，其特征在于：

—一个二维阵列传感器装置，它有分部可寻址的象素阵列；

—一个第一辐射装置；

—一个第二辐射装置；以及

—把物平面发出的辐射成象在传感器装置上的成象装置；所述第一辐射装置被安置来照射至少一部分衬底，该衬底包含一个或更多的物体，当衬底位于所述物平面内，所述成象装置就产生所述一个或更多物体中至少一个物体的第一个象，所述第一个象包含物体高度信息；

所述第二辐射装置被安置来照射至少一部分衬底，该衬底包含一个或更多的物体，当衬底位于所述物平面内，所述成象装置就产生所述一个或更多物体中至少一个物体的第二个象，所述第二个象包含物体的面积信息；

所述传感器装置包含从所述第一个象提取物体高度信息，和从所述第二个象提取物体面积信息的提取装置。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于传感器包含在片信号处理能力。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于所述在片信号处理能力至少可以由所述提取装置提供。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于所述在片信号处理能力还进一步由在片计算装置来提供，该计算装置通过所述物体高度信息和所述物体面积信息的至少一种来计算一种或多种物体性质。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于第一个象的产生在时间上与第二个象的产生是分开的。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于传感器至少提供了为接受第一个象的第一部分，和为接受第二个象的和第一部分分开的第二部分。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于第一辐射装置被提供用来产生在第一频率范围内的辐射，而第二辐射装置被提供用来产生在第二频率范围内的辐射，以及该检测装置还进一步至少包含一第一滤光器装置，它让所述第一和第二频率范围中某一个频率范围内的辐射通过，而把所述第一和第二频率范围中另一个频率范围内的辐射挡住，所述滤光器装置复盖在所述传感器装置的第一部分上。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于它被安置成用线扫描来提取物体面积信息。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于所述第一辐射装置包含一个激光器，该激光器以片状光的形式产生辐射。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于所述辐射装置包含发光二极管(LEDs)。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于每一个象素都是可以单独被寻址的。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于至少一个所述辐射装置是适应性地可调整的。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于一个第三辐射装置，用以照射对应于全部象素阵列的衬底区域。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于所述第一个，第二个和第三个辐射装置中至少有一个辐射装置配以第一偏振器，至少传感器的一部分配以和第一偏振器正交的第二偏振器。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于所述第一辐射装置包含一个激光器，该激光器以片状光的形式产生辐射。

根据本发明上述装置的实施例，其特征在于第一辐射装置被提供用来产生在第一频率范围内的辐射，而第二辐射装置被提供用来产生在第二频率范围内的辐射，以及该装置还进一步至少包含一第一滤光器装置，它让所述第一和第二频率范围中某一个频率范围内的辐射通过，而把所述第一和第二频率范围中另一个频率范围内的辐射挡住，所述滤光器装置复盖在所述传感器装置的第一部分上。

根据本发明的再一方面，提供在衬底和检测装置相对运动的条件下，检测衬底上物体的一种装置，其特征在于：

—一个二维阵列传感器装置，它有分部可寻址的象素阵列；

—一个第一辐射装置；

—一个第二辐射装置；以及

—把物平面发出的辐射成象在传感器装置上的成象装置；所述成象装置被安置来产生包括提供在所述衬底上并被所述第一辐射装置照射的一个物体的物体高度信息的第一个象，以及产生包括提供在所述衬底上并被所述第二辐射装置照射的一个物体的物体面积信息的第二个象，所述物体高度信息和所述物体面积信息分别能够通过所述传感器提取。

根据本发明的一个实施例，用以上所述的各种装置来测量在衬底上沉积物的体积。

根据本发明，用来分别提取物体高度信息和物体面积信息的第一个和第二个象的产生与有局部可访问象素阵列的阵列传感器装置一起，提供了所产生的象信息的一种有效的和灵活的运用以检测和确定一个或更多物体的性质。这样一种传感器装置的特征是象素阵列和访问的可能性，从而在某一时刻，只读出整个阵列的一部分。部分(分部)可访问(寻址)应被理解为某一时刻至少一个象素被访问(寻址)。这种可能性被开创性地用于对于不同任务给出象素的不同组合。通过用所述第一和第二辐射装置来产生二个不同的象，多任务功能得以开创性地并有效地应用。

与上面所描述过的US-5 134 665的装置和方法比较，本发明可以在衬底和装置相对运动时，对物体多少同时地进行二维和三维检测。

“衬底上的物体”这一陈述包含许多不同可能的物体，象例如粘合剂，焊剂，导电粘合剂，焊缝，电子元件，焊好的电子元件，凸块，管脚，以及特别是沉积物，像单个或一群焊膏或粘合剂小滴。沉积物也包含伴随物，也即配送的焊膏，粘合剂，导电粘合剂等等在配送过程中形成的不需要的小滴。

“辐射”这个词表示不同类型的光，像可见光，红外光，紫外光等等；以及“频率”表示辐射波的频率。“波长”这个词能够等效地用来代替“频率”。

在本发明的一个有利的实施方案中，传感器包含在片(on-chip)信号处理功能。因而信号处理是在形成象素的同一芯片上进行的，这就减少了必须供给外部处理装置的输出量，从而提高了装置的速率。

在本发明的一个有利的实施方案中，所述第一和第二个象是轮流地一部分一部分处理，，也即这二个象被分部地处理，而处理过程在二个象之间跳来跳去。这种处理方式接近于并行地分别处理高度和面积信息。在本发明另一个实施方案中通过使用特别先进的传感器装置，甚至可能对面积和高度信息进行真正并行的，也即同时的，分别处理。

在本发明的又一个实施方案中，第一个和第二个象被额外地的分开。

分开的一个方法是把产生第一个象和第二个象从时间上分开，从而把在第一个象和第二个象在传感器表面上相互重迭的情况下，在传感器表面上，第一个象相关的辐射与第二个象相关的辐射发生干涉这种可能的困难减至最小。这种时间分开还可以用同一传感器的区域来感受二个象，这在某些情况下是有利的。另外，照射衬底的同一区域而又不冒在物平面上辐射干涉的危险的可能性加强了。

另外一个分开的方法是通过第一个和第二个象分别照射在传感器装置的不同部位，也即几何上分开，来把第一个象和第二个象分开。其结果是干涉的危险性基本被清除，以及以这样的方式对不同的象用不同的传感器元素，产生象的总速率能够提高。

分开的又一种方法是通过把从所述第一和第二辐射装置发出的辐射分别分开在第一和第二频率范围，并用滤光器至少过滤入射在传感器装置的第一部分的辐射，使得在所述第一和第二频率范围中一个频率范围内的辐射得以通过而在所述第一和第二频率范围中另一个频率范围内的辐射被挡住从而把第一个象和第二个象分开。除了上述增强分开的优点以外，这种方法还提供了一种可能性，至少在一定程度上用限制所述第一部分的尺寸来限制在衬底上被检测的区域。或者，也可以让传感器装置上二个或更多的部分复盖上让不同频率范围内的辐射通过的多个滤光器。

本发明的其他目标和优点将用示范性的实施方案在下面加以讨论。

附图说明

图1是按照本发明的一个实施方案的装置的示意图；

图2是在图1装置所用的距离成象技术示意图；

图3是在图1装置中所用的线扫描技术的示意图；

图4a-b是包含在图1装置中传感器的辐射敏感表面的示意图；

图5画出了把图4传感器装置的辐射敏感表面分成分区；

图6画出分成分区的滤光器装置；

图7是传感器装置的一个示意透视图，以说明其结构；以及

图8是图7传感器装置一个把细节放大了的示意透视图。

具体实施方式

图1给出了根据本发明的一个实施方案的装置。装置1安置在载着被检测物件2的衬底的上方。装置1和物体2是作相对运动，这由箭头A表示。物体2可以是如前所述许多不同类型的物体。然而为了说明简单起见，在以下让我们假定物体2是已经配送在衬底4表面上的焊膏沉积物。一般讲，被照射检测区域复盖着的被检测物体2是包含好几个小点的沉积物，但为了清晰起见，在图中只给出了一点。

装置1包含一第一辐射装置3，它产生第一频率范围内的，或第一波长范围内的辐射，以及一第二辐射装置5，它产生第二频率范围内的辐射。在本实施方案中，第一辐射装置3包含二个相同的辐射发生器6，8，其第一个辐射发生器6包含一第一激光光源7，最好是一个激光二极管，一第一光学折射装置9，最好是一对圆柱形透镜，以及一第一辐射导向装置11；其第二辐射发生器8，同样包含了一第二激光光源13，一第二光学折射装置15，和一第二辐射导向装置17。把产生的辐射导向衬底4的辐射导向装置11，17最好包含灵活轻质的镜子。然而，也可以用若干替代方法，例如用棱镜。第二辐射装置5包含一个第三，一个第四，以及一个第五辐射发生器分别用19，20，21表示。在该示出的优选实施方案中，第三，第四和第五辐射发生器19，20，21中每一个都包含一个LED光源，它由一组或一套LED(发光二极管)元素组成，以及光学折射装置(没有单独示出)。

另外，装置1还包含一第三辐射装置22，它最好由包含众多单独的发光二极管24和光学折射装置(没有单独画出)的环状辐射发生器组成。

不同类型的辐射发生器的优先选择将在下面进一步解释。

装置1还包含传感器装置或只是一个传感器23，用来检测物体2的象，以及成象装置25，它通过把物体2成象在传感器23上来建立所述象，传感器23最好是一个二维阵列传感器，它有在片信号(on-chip signal)处理能力。如图7和8中所示，传感器23包含一个支架27和由支架支撑着的一集成电路或芯片29。芯片29载有二部分31，33，其第一部分是辐射敏感单元31，其第二部分是一组处理单元33，亦如图4b所示。

在这个实施方案中，所述成象装置25由折射光学，也即一透镜系统组成。透镜系统25安置成把从物体2发出的辐射光学地送至传感器23。换言之，透镜系统被安置成把物平面32成象于象平面，如图2和3所示。从物体2发出的辐射，最初是从辐射发生器6，8，19，20，21，22产生，而由物体2反射或再发射。

辐射发生器6和8安置成相互离开一定距离，它们从不同方向，最好是相对的方向，以及在此实施方案中，如图1所示，以不同的入射角，也即对于物平面32的角度，照射物体2。与入射角的选择相关的至少有三个重要性质。它们是阻挡性(occlusion)，垂直分辨率和垂直测量的动态范围。通过选择不同的角度，对于不同物体的检测，就可能选择不同的分辨率和不同的动态范围。遗憾的是，这将有某些阻挡性问题。反之，如果角度选成相等，这是另一个实施方案，阻挡性基本避免，但分辨率和动态范围却固定了。

第三，第四，第五辐射发生器19-21安置成相互隔开一定距离，从不同方向，最好以对于物平面不同的角度来照射物体2。然而这些辐射发生器照射物体2的相同区域。

除了其他用途以外第三辐射装置22的一个用途是对成象于辐射敏感单元31上的整个衬底表面区域提供均匀的照射。它使要检测的物体表面和它最邻近的背景对比度增强。另外，第三辐射装置22还用来照射在衬底4表面上的基准或参照标志，以使衬底4能对准检测装置1，以及能作光学标定。

如图4a和图4b所示，入射在传感器23上，更具体地讲，入射在辐射敏感单元31上的辐射，被辐射敏感单元31的表面上安置成阵列的辐射敏感元素或像素35所感知。这些像素35可以被联接到，至少在一定时刻有一组象素可以被联接到一组处理单元33，在其中每一处理单元33处理单一的像素35。例如，在名为MAPP2200并由IVP制造的传感器中，所有在同一排的像素在同一时刻被一处理单元阵列平行地处理。哪一行要被分析是可任意选择的。

作为另一个例子，在所谓APS中，即主动象素传感器(active pixelsensor)的缩写，所有的象素都是可以单独寻址的。APS也是一个阵列传感器，其象素被安置在一芯片上。象素输出信号的某些信号处理装置被集成在芯片上。一DSP(数字信号处理器digital signal processor)被用来进一步处理输出象素信号。在APS的一个优选实施方案中，DSP也被集成在芯片上。两种类型的传感器典型地都用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来制作，虽然其他制作方法也可选择地应用。

每一个象素把入射辐射转化为电荷，该电荷再进行在片硬件处理。从而用阈值处理或A/D转换法把电荷的值数字化。

另外，传感器23上的在片硬件，至少当传感器是MAPP2200类型时，具备为了得到有用的象信息所必需完成的处理附加任务的能力。这些任务包括数据简化(data reduction)和模板区配(templatematching)或筛选操作(filtering operations)，这些操作可以减少噪声式增强物体边缘。

这些传感器的功能被本装置创造性地应用。为确定物体2不同性质所需的象信息或者是与面积有关的信息，或者是与高度有关的信息或者两者都是。传感器23，更具体地讲，辐射敏感单元31是可以分成不同的子区域，每个子区域包含一定数目的象素，最好是一行或数行象素。不同的子区域用于提取面积有关或高度有关的象信息。

在此优选的实施方案中，辐射敏感单元31分成第一个和第二个子区域37，39，以提取高度信息和第三个子区域41，以提取面积信息，如图5中所示。由于下面将要叙述的理由，最好如图6所示那样对辐射敏感单元31进行物理划分。一滤光器装置或滤光器层42被安置在辐射敏感单元31的表面。滤光装置42有第一层狭窄的全通部分34，和第二部分36，它通过从第一辐射装置3射出的在所述第一频率范围内的辐射而挡住从第二辐射装置5射出的在所述第二频率范围内的辐射。因而为了充分使用该滤光装置42，第一和第二频率范围是分开的，也即，在本发明简述中提到的一种把象分别处理的方法在这个实施方案中被使用了，这将在下面进一步讨论。

第一和第二辐射装置3，5是适合于分别向传感器23提供第一个和第二个象，产生第一个象以基本包含高度信息，产生第二个象以基本包含面积信息。为了得到这些不同的象，一方面由所述第一辐射装置3产生的辐射是在所述频率范围内的激光辐射，在到达物平面32时已成形为线状或片状。这也称为片状光照射。而另一方面，由所述第二辐射装置5产生的辐射是LED辐射，当到达物平面32时它有较少限制的形状。片状光照射在图2中画出，而LED照射在图3中画出。为了清晰起见，在两个图中，只给出了单个发生器的辐射。

第一和第二辐射发生器6，8是被安置来照射衬底4的第一部分而第三到第五辐射发生器19，20和21是被安置来照射衬底的第二部分的。把被照射的第一部分和第二部分分开的理由是防止辐射干涉对分别提取高度信息和面积信息的负面影响。然而，其他一些实施方案，例如，如前所述在时间上分开的实施方案，就能够在同一部分照射。把第一频率和第二频率范围在频率上分开和使用滤光器42结合起来，就可以增强分开的效果，而替代的实施方案使用重迭的频率范围。

辐射发生器6，8和19-21的不同类型的分别选取依赖于传感器23的结构，辐射敏感单元31的分区和被提取象信息的不同类型。因为物体的高度是用三角测量术来确定的，物体2的高度分布是通过传感器23产生出来的，它要求所用的子区域37，39足够大，通常要用几个邻近的象素行，以包容这样的分布。每一片状光产生一个分布。因而，如图5所示，在这个实施方案中，分别产生了两个分布38和40。正如示出的那样，因为对于第一和第二辐射发生器6和8在衬底4上分别照射的区域是不同的，分布38，40是对应于不同的物体或对应于同一物体的不同部分。一般讲，为了得到足够的高度信息每个物体2几个分布已经够了，把高度信息与面积信息结合起来，就能够确定所要的性质。

面积信息用线扫描来得到，这意味着物体2被一条线一条线地扫描，这些线是邻近的。一般讲，每一条线对应于辐射敏感单元上的一象素行，该行的所有的象素被平行地处理。为了在敏感单元31上得到这样一条细线的入射辐射，自然会想到要用激光光源在相应狭窄的区域上来照射物体。然而由于在物体2上局部干涉而引起的斑点噪声，这样做法被证明是困难的。斑点噪声的问题用非相干辐射，例如由LEDS产生的辐射可以消除。因而LEDS是优选的。然而当用LEDS时，又会出现在限制照射区域方面的困难。而通过把在传感器23上接受面积信息的子区域41限制到，例如，只有一行象素，后面的问题就可以避免。然而被第三到第五辐射发生器19-21LED光源所照射的象平面32的区域，也要用折射光学系统来加以限制，以使该区域与由第一和第二辐射发生器6，8的激光器光源7，13分别照射的区域分开。用折射光学系统来限制照射区域的另一个目的是在衬底4的被照射区域内得到更高的辐射强度。最好用前面所述的光谱滤光器以增强这种分开。

为了得到高度信息，即使片状光或激光线的宽度等于几行象素，例如3-5行，仍可能得到好的分辨率。因而斑点噪声的影响大大减少，这就使应用激光光源7，13成为可能。

另外，第一和第二辐射发生器6，8中每一个产生一单独的激光线，它成象在辐射敏感单元的不同的部位，也即分别在第一和第二个子区域37，39，如图5所示。因而，可以使用不同的分辨率，也即象素行的数目。

这样，当使物体2相对于装置1运动时，构成子区域41的象素行被连续地采样和处理以逐行提取物体的面积信息。该处理与相应采样其他子区域37，39的象素行从而收集到的高度信息的处理一起进行。最好面积信息和高度信息轮流提取以充分利用传感器的能力。这种轮流确定原则上是通过暂断任务并行地运行，从而轮流分别执行整条线和面积的各个部分。因而使高速运动而又把准确性保持在高水平上成为可能。

为了使在高速运动下结果更好，辐射发生器6，8，19，20，21最好是脉冲的，或者讲发射的辐射是脉冲的，从而把在辐射发生器发射辐射时由于物体的运动引起的模糊减至最小。

如从上可以显而易见的那样，传感器23产生数字输出信号，这些输出信号送至一控制装置，例如一个CPU(中央处理单元)(图中没有画出)，来进一步处理所述输出信号。这输出信号包含高度信息输出和面积信息输出，控制装置用它来确定物体2的不同性质。另外，使用者用这控制装置来对传感器23来编程。编程可以包括，例如，定义不同的子区域37，39，41和在其中创建不同的象处理功能，例如使图象边缘锐化的功能。由于传感器23的在片硬联接的和/或编程的信号处理功能，在传感器23和控制装置之间数据交换量就减少了，从而使更快的物体检测过程成为可能。当用一先进的传感器，例如MAPP2200，它的在片功能是足够复杂的以至足以认为在片进行的信号处理是一种图象处理。

本发明是用来检测在衬底上的物体，特别是检测配送在衬底上的焊膏沉积物2。用于表面安装元件的衬底具有印刷平台或焊盘来接受元件联接端点。元件通过焊接被联接到印刷版上。焊膏是通过几种通常的方法，如丝网印刷或配送(dispense)事先加在焊盘上。为了元件以后的安装和焊接能够成功，焊膏沉积物，后面简称沉积物，要有正确的形状和正确的定位，没有产生焊膏伴随物等是重要的。

由于沉积物的小的尺寸，通常只有几分之一毫米的量级，对检测装置要求有高分辨率的准确测量。由于质量要求，需要在配送以后对在衬底上的每一个沉积物进行检测。另外，配送速率很高并且还不断增加，因而要求也能够以高速率完成检测。另外还要求能够确定不同的性质，例如在前面提到的那些性质。

由于开创性地应用传感器23，本发明能够实现高速率。至于要确定的不同性质，面积信息是逐行地得到，如前所述。前面提到的MAPP2200传感器能够产生相邻区域的线，对于偶而出错的象素，这些线已经过修正，这些线对于沉积物和周围的一个或多个焊盘有清晰的界限。这些线输出到CPU，在CPU中计算沉积物的正确面积。同样，在片上予处理了的，或者以其他方式在装置1内部或外部予处理了的一定数目的高度分布输出到CPU。传感器给出的面积和高度输出是位置相关的，因而CPU能够把对于同一沉积物的高度信息和面积信息结合起来以确定体积及其他性质。将来甚至更先进的传感器很可能能够完成更多的在片计算，大概可以相信传感器对于每一个象素都包含一个处理单元，而不是一定数目的处理单元对应于每行中象素的数目。

装置1根据当前被检测物体2的性质通过调整辐射发生器6，8，19-22发射的辐射来调整照射以有利于信号处理并使可靠而准确的信号提取成为可能。可调整照射的一个典型的目的是提高物体和它邻近背景之间的对比度。可调整的参数至少有以下几种：

*调整辐射的强度以得到足够高的对比度等级

*为了强调对比度，入射到物体上的角度是有用的。

*为了减少例如从明亮物体的闪光，可以有效使用辐射的偏振。为此目的，在辐射发生器6，8，19-22和衬底4，更具体地讲和衬底上的物体之间放置一偏振器。另外，在传感器23前面放另一偏振器，该偏振器的取向垂直于前述的第一偏振器。其结果是，所有直接反射，也即不改变第一偏振器引起的偏振的反射，被第二偏振器挡住。而另一方面，在物体2的表面散开的辐射，偏振是混乱的，从而能到达辐射敏感单元31。

*辐射的频率/波长

本发明的装置可以作为独立存在的装置起作用，也可以作为用以配送焊膏，丝网印刷，安装元件等的机器一部分起作用。

本发明的若干实施方案已在上面描述，这应当只看成是一个非限制性的例子。在由权利要求书所确定的本发明的范围内可能作许多附加的修正。

Claims (35)

1.用一种检测装置，在衬底和检测装置相对运动的条件下，无接触地检测衬底上物体的一种方法，它以如下步骤作为其特征：

-用第一光辐射装置照射至少一部分衬底，衬底上包含一个或更多的物体，使被所述第一光辐射装置照射的所述一个或更多的物体中至少一个物体成象于一个二维阵列传感器装置上，该传感器装置具有分部可寻址的象素阵列，从而产生包含物体高度信息的第一个象；

-用第二光辐射装置照射至少一部分衬底，衬底上包含一个或更多的物体，使被所述第二光辐射装置照射的所述一个或更多的物体中至少一个物体成象于所述传感器装置上，从而产生包含物体面积信息的第二个象；

-用所述传感器装置，从所述第一个象，提取物体高度信息；以及

-用所述传感器装置，从所述第二个象，提取物体面积信息。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于产生第一个象的步骤与产生第二个象的步骤在时间上是分开的。

3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于通过把第一个象和第二个象分别成象在所述传感器装置的不同部分上从而把第一个象和第二个象分开的步骤。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于通过用所述第一和第二光辐射装置分别照射衬底不同的部分从而把第一个象和第二个象分开的步骤。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于通过把所述第一和第二光辐射装置发出的光辐射分别设置在第一和第二频率范围，并用滤光器至少过滤照射到传感器装置第一部位的光辐射以使在所述第一和第二频率范围的一个中的光辐射可以通过，而在所述第一和第二频率范围的另一个中的光辐射被挡住，从而把第一个象和第二个象分开的步骤。

6.按照权利要求1的方法，其特征在于用所述面积和高度信息来计算物体体积的步骤。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于用所述面积信息来计算物体位置的步骤。

8.按照权利要求1的方法，其特征在于用所述面积信息来计算物体外廓形状的步骤。

9.按照权利要求1的方法，其特征在于用所述面积信息来计算物体直径的步骤。

10.按照权利要求1的方法，其特征在于信号处理是在芯片上进行的。

11.按照权利要求10的方法，其特征在于在芯片上进行所述面积和高度信息提取的步骤。

12.按照权利要求1的方法，其特征在于交替处理所述第一和所述第二个象，以分别得到所述高度和面积信息的步骤。

13.按照权利要求1的方法，其特征在于并行处理所述第一和所述第二个象以分别得到所述高度和面积信息。

14.按照权利要求1的方法，其特征在于用所述第一光辐射装置照射衬底的光辐射是片状光形式的照射。

15.按照权利要求1的方法，其特征在于所述提取面积信息的步骤是用线扫描来执行的。

16.按照权利要求1的方法，其特征在于所述提取高度信息的步骤是用三角测量法来执行的。

17.按照权利要求1的方法，其特征在于适应性地调整所述第一和第二光辐射装置中至少一个装置以响应变化的条件。

18.在衬底和检测装置相对运动的条件下，检测衬底上物体的一种装置，其特征在于：

-一个二维阵列传感器装置，它有分部可寻址的象素阵列；

-一个第一光辐射装置；

-一个第二光辐射装置；以及

-把物平面发出的光辐射成象在传感器装置上的成象装置；所述第一光辐射装置被安置来照射至少一部分衬底，该衬底包含一个或更多的物体，当衬底位于所述物平面内，所述成象装置就产生所述一个或更多物体中至少一个物体的第一个象，所述第一个象包含物体高度信息；

所述第二光辐射装置被安置来照射至少一部分衬底，该衬底包含一个或更多的物体，当衬底位于所述物平面内，所述成象装置就产生所述一个或更多物体中至少一个物体的第二个象，所述第二个象包含物体的面积信息；

所述传感器装置包含从所述第一个象提取物体高度信息，和从所述第二个象提取物体面积信息的提取装置。

19.按照权利要求18的装置，其特征在于传感器包含在片信号处理能力。

20.按照权利要求19的装置，其特征在于所述在片信号处理能力至少可以由所述提取装置提供。

21.按照权利要求20的装置，其特征在于所述在片信号处理能力还进一步由在片计算装置来提供，该计算装置通过所述物体高度信息和所述物体面积信息的至少一种来计算一种或多种物体性质。

22.按照权利要求18的装置，其特征在于第一个象的产生在时间上与第二个象的产生是分开的。

23.按照权利要求18的装置，其特征在于传感器至少提供了为接受第一个象的第一部分，和为接受第二个象的和第一部分分开的第二部分。

24.按照权利要求18的装置，其特征在于第一光辐射装置被提供用来产生在第一频率范围内的光辐射，而第二光辐射装置被提供用来产生在第二频率范围内的光辐射，以及该检测装置还进一步至少包含一第一滤光器装置，它让所述第一和第二频率范围中某一个频率范围内的光辐射通过，而把所述第一和第二频率范围中另一个频率范围内的光辐射挡住，所述滤光器装置复盖在所述传感器装置的第一部分上。

25.按照权利要求18的装置，其特征在于它被安置成用线扫描来提取物体面积信息。

26.按照权利要求18的装置，其特征在于所述第一光辐射装置包含一个激光器，该激光器以片状光的形式产生光辐射。

27.按照权利要求18的装置，其特征在于所述光辐射装置包含发光二极管(LEDs)。

28.按照权利要求18的装置，其特征在于每一个象素都是可以单独被寻址的。

29.按照权利要求18的装置，其特征在于至少一个所述光辐射装置是适应性地可调整的。

30.按照权利要求18的装置，其特征在于一个第三光辐射装置，用以照射对应于全部象素阵列的衬底区域。

31.按照权利要求30的装置，其特征在于所述第一个，第二个和第三个光辐射装置中至少有一个光辐射装置配以第一偏振器，至少传感器的一部分配以和第一偏振器正交的第二偏振器。

32.按照权利要求25的装置，其特征在于所述第一光辐射装置包含一个激光器，该激光器以片状光的形式产生光辐射。

33.按照权利要求32的装置，其特征在于第一光辐射装置被提供用来产生在第一频率范围内的光辐射，而第二光辐射装置被提供用来产生在第二频率范围内的光辐射，以及该装置还进一步至少包含一第一滤光器装置，它让所述第一和第二频率范围中某一个频率范围内的光辐射通过，而把所述第一和第二频率范围中另一个频率范围内的光辐射挡住，所述滤光器装置复盖在所述传感器装置的第一部分上。

34.在衬底和检测装置相对运动的条件下，检测衬底上物体的一种装置，其特征在于：

-一个二维阵列传感器装置，它有分部可寻址的象素阵列；

-一个第一光辐射装置；

-一个第二光辐射装置；以及

-把物平面发出的光辐射成象在传感器装置上的成象装置；所述成象装置被安置来产生包括提供在所述衬底上并被所述第一光辐射装置照射的一个物体的物体高度信息的第一个象，以及产生包括提供在所述衬底上并被所述第二光辐射装置照射的一个物体的物体面积信息的第二个象，所述物体高度信息和所述物体面积信息分别能够通过所述传感器提取。

35.用按照权利要求18-34中任一项的装置来测量在衬底上沉积物的体积。

Images