CN121568552B - 一种多工位视觉引导的自动上下料方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多工位视觉引导的自动上下料方法及控制系统，属于半导体制造与测试领域，通过顶部工位初筛定位、正面工位精确定位与偏差计算、反面工位独立复核、测试座工位目标确认的多阶段视觉引导流程，结合高精度运动控制，实现芯片从抓取到放置的全过程实时补偿与校正，实现了±0.1mm的重复定位精度，避免了芯片与测试Socket的损伤，并可通过参数配置实现快速换型与全过程数据溯源，显著提升测试良率、设备可靠性与综合效率。

Description

一种多工位视觉引导的自动上下料方法及控制系统

技术领域

本发明涉及半导体制造与测试领域，尤其涉及一种多工位视觉引导的自动上下料方法及控制系统。

背景技术

在半导体后道制程中，芯片在封装后必须经过一系列严格的电气与可靠性测试，以筛选出潜在缺陷品，保证出厂产品的质量与长期可靠性。其中，高温高加速应力测试（High-Accelerated Stress Test, HAST）是评估芯片在高温、高湿、高压恶劣环境下可靠性的关键环节。目前，测试前的上料准备主要面临以下挑战：

（1）人工与半自动模式的固有缺陷：传统方式高度依赖操作员手动将芯片放置到测试板（如HAST板）的对应测试座（Socket）中。此过程效率极低，难以满足批量测试产能要求；同时，人眼判断和手工操作易产生放置位置偏差、角度偏移或力度不当，不仅导致测试接触不良、结果失准，更极易刮伤芯片引脚或损坏昂贵的测试Socket，造成直接经济损失。

（2）现有自动化方案的局限性：目前提出的自动化上下料设备，其视觉定位系统通 常较为简单，往往只进行单次、单一角度的粗略定位。这类方案缺乏对芯片正反面、多自由 度空间姿态以及测试Socket完好状态（如是否有异物、引脚是否变形）进行 系统性、协同性检测的能力。由于无法在拾取、中转、放置等多个关键工位进行闭环的视觉 反馈与补偿，其实际重复定位精度很难稳定达到±0.1mm，该精度阈值是确保方形扁平无引 脚封装（Quad Flat No-leads Package, QFN）等多引脚芯片与Socket可靠接触的关键。

（3）柔性化与诊断能力不足：面对不同尺寸、封装的芯片以及多种规格的测试板，现有设备换型调试复杂，适应性差。同时，普遍缺乏完善的流程诊断与数据追溯功能，当发生误操作或测试失败时，难以快速定位是芯片问题、放置问题还是Socket本身的问题，影响整体设备综合效率与生产良率。

因此，本领域迫切需要一种集成度高、具备多阶段视觉定位与纠偏能力、操作柔性化且具备智能诊断功能的全自动上下料解决方案，以突破当前芯片测试，特别是高要求可靠性测试中的产能与质量瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供了一种多工位视觉引导的自动上下料方法及控制系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：一种多工位视觉引导的自动上下料方法，该方法包括以下步骤：

将芯片移送至顶部工位，采集芯片的顶部图像，根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位；

控制执行机构根据初步定位结果拾取芯片，并将芯片移送至正面工位，采集芯片的正面图像，根据正面图像计算芯片的第一当前位置，并计算第一当前位置与标准位置之间的第一位置偏差；和/或，根据正面图像计算芯片的第一当前角度，并计算第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差；

将芯片移送至反面工位，采集芯片的反面图像，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置和/或第二当前角度，并将第一当前位置与第二当前位置进行交叉验证，和/或将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果；

采集测试座图像，基于测试座图像进行测试座残留芯片检测，并计算测试座的当前位置；

根据第一偏差结果、复核结果以及测试座的当前位置，控制执行机构对芯片的放置位置和/或角度进行补偿校正，并将芯片放入测试座；第一偏差结果包括第一位置偏差和/或第一角度偏差。

在一示例中，所述根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位，包括：

对顶部图像进行处理，识别出第一芯片区域，提取第一芯片轮廓并计算芯片的第一像素中心坐标；

提取芯片表面的字符或纹理特征与预设正面字符纹理模板进行匹配，实现芯片正反面的判断与筛选；

基于相机标定模型将正面朝上芯片的第一像素中心坐标转换为机械坐标系下的初步世界坐标，完成初步定位。

在一示例中，所述根据正面图像计算芯片的第一当前位置，包括：

对正面图像进行处理，识别出第二芯片区域，提取第二芯片轮廓并计算芯片的第二像素中心坐标，作为第一当前位置；

和/或，根据正面图像计算芯片的第一当前角度，包括：

识别正面图像上的第一预设特征标记，计算第一预设特征标记在正面图像中角度，作为第一当前角度；

和/或，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置，包括：

对反面图像进行处理，识别出第三芯片区域，提取第三芯片轮廓并计算芯片的第三像素中心坐标，作为第二当前位置；

和/或，根据反面图像独立计算芯片的第二当前角度，包括：

识别反面图像上的第二预设特征标记，计算第二预设特征标记在图像中的角度，作为第二当前角度。

在一示例中，所述将第一当前位置与第二当前位置进行交叉验证，和/或将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果，包括：

计算第一当前位置与第二当前位置之间的第二位置偏差，和/或计算第一当前角度与第二当前角度之间的第二角度偏差；

将第二位置偏差和/或第二角度偏差分别与预设的位置阈值和角度阈值进行比较；

若第二位置偏差不超过位置阈值和/或第二角度偏差不超过角度阈值，生成复核通过的复核结果；否则，生成复核未通过的复核结果。

在一示例中，采集芯片的正面图像后，还包括：

根据正面图像进行批次验证与身份识别；

和/或，根据正面图像进行表面缺陷检测。

在一示例中，采集芯片的反面图像后，还包括：

根据反面图像进行批次验证与身份识别；和/或，

根据反面图像进行引脚检测，包括完整性检测、破损及瑕疵检测中至少一种。

在一示例中，所述方法还包括示教步骤：

根据人工视觉反馈对视觉定位得到的初步放料坐标进行调整，生成微调后坐标；

根据微调后坐标控制执行机构携带基准芯片运动，并下降至测试座的预设高度；

控制执行机构以低于速度阈值的速度进行下降，同步采集与测试座关联的实时压力数据；

若实时压力数据在预设的安全压力阈值范围内，将微调后坐标作为测试座工位初始拍照位置；若实时压力数据不在预设的安全压力阈值范围内，中止运动并触发报警。

需要进一步说明的是，上述方法各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

本发明还包括一种多工位视觉引导的自动上下料控制系统，用于执行上述任一示例或多个示例组合形成的所述上下料方法，所述系统包括：

视觉检测模块，包括顶部工位单元、正面工位单元、反面工位单元和测试座工位单元；顶部工位单元用于采集芯片的顶部图像，根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位；正面工位单元用于采集芯片的正面图像，根据正面图像计算芯片的第一当前位置与标准位置之间的第一位置偏差，和/或，根据正面图像计算芯片的第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差；反面工位单元用于采集芯片的反面图像，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置和/或第二当前角度，并将第一当前位置与第二当前位置进行交叉验证，和/或将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果；测试座工位单元用于采集测试座图像，基于测试座图像进行测试座残留芯片检测，并计算测试座的当前位置；

运动控制模块，与视觉检测模块连接，用于控制执行机构根据初步定位结果拾取芯片，并将芯片移送至正面工位、反面工位；运动控制模块还用于根据第一偏差结果、复核结果以及测试座的当前位置，控制执行机构对芯片的放置位置和/或角度进行补偿校正，并将芯片放入测试座；第一偏差结果包括第一位置偏差和/或第一角度偏差。

在一示例中，所述系统还包括：

压力传感模块，设于测试座下方，用于采集测试座的实时压力数据；

示教子系统，与运动控制模块、压力传感模块连接，用于对初步放料坐标进行调整，生成微调后坐标并反馈至运动控制模块，使运动控制模块根据微调后坐标控制执行机构携带基准芯片运动，并下降至测试座的预设高度，并使运动控制模块控制执行机构以低于速度阈值的速度进行下降，示教子系统同步采集与测试座关联的实时压力数据；若实时压力数据在预设的安全压力阈值范围内，将微调后坐标作为测试座工位初始拍照位置；若实时压力数据不在预设的安全压力阈值范围内，示教子系统将异常结果反馈至运动控制模块，使运动控制模块控制执行机构中止运动并触发报警。

在一示例中，所述系统还包括：

上位机，与运动控制模块、视觉检测模块连接，用于向运动控制模块、视觉检测模块发送任务指令，并接收运动控制模块、视觉检测模块返回的结果数据，进行任务管理与调度；上位机上还存储有不同工位的生产参数文件、视觉参数文件和硬件板文件；

多工位并行处理模块，与上位机模块连接，用于分别为顶部工位、正面工位、反面工位从上位机加载并独立配置对应的生产参数文件、视觉参数文件和硬件板文件，硬件板文件存储有标准位置与标准角度。

需要进一步说明的是，上述系统各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1.在一示例中，通过初步定位、正面精定位、反面复核定位以及测试座精定位的多阶段、多维度视觉引导，将芯片在每一工位的实时位置角度与预标定的标准位置角度进行精确比对与校验，并与高精度运动控制结合，实现了对芯片从抓取、传送到最终放置全过程的亚毫米级实时补偿与校正，实现了±0.1mm的重复定位精度，有效避免了芯片引脚和测试Socket的损伤；同时，对不同型号芯片适配其对应的标准位置与标准角度，实现了生产柔性化；正面、反面、测试座工位均生成可记录的第一位置偏差、第一角度偏差、复核结果及测试座当前位置，为全过程提供了精准的数据溯源，能够快速诊断并定位问题环节，从而显著提升了测试良率、设备可靠性与综合效率。

2.通过交叉验证，能够有效识别因单一工位误判、机械漂移导致的定位异常芯片，避免了批量错误，极大地提升了系统的鲁棒性和生产安全性。

3.通过多层次芯片质量检测（身份验证、表面缺陷、引脚质量检测），形成了从外观到功能的全方位质量筛选，在定位同时完成初步质量筛查，进一步提升了测试良率。

4.通过物理观察对初步放料坐标进行亚像素级手动微调，消除了机械安装、夹具公差等静态系统误差；同时，在低速缓降过程中进行实时压力监控与阈值判断，能在发生对位偏差或存在异物时立即中止并报警，有效防止了芯片与昂贵测试座的损伤，显著提升了设备的可靠性、安全性与使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用于提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号表示相同或相似的部分，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。

图1为本发明一示例提供的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，使用序数词(例如，“第一至第三”等)是为了对物体进行区分，并不限于该顺序，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在一示例中，如图1所示，一种多工位视觉引导的自动上下料方法，该方法包括以下步骤：

S1：将芯片移送至顶部工位，采集芯片的顶部图像，根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位。

步骤S1中，通过快速识别芯片正反面，筛选出可吸取的正面朝上芯片，并进行初步定位，输出初步定位结果，为后续正面工位精定位操作提供基础位置参考。

S2：控制执行机构根据初步定位结果拾取芯片，并将芯片移送至正面工位，采集芯片的正面图像，根据正面图像计算芯片的第一当前位置与标准位置之间的第一位置偏差，和/或，根据正面图像计算芯片的第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差。

步骤S2中，优选根据正面图像计算芯片的第一当前位置与标准位置之间的第一位置偏差，并根据正面图像计算芯片的第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差。其中，标准位置和标准角度根据实验或历史经验得出。此时，可通过第一位置偏差以及第一角度偏差对芯片的放置位置和角度进行补偿校正，能够进一步提升定位精度。

S3：将芯片移送至反面工位，采集芯片的反面图像，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置和/或第二当前角度，并将第一当前位置与第二当前位置进行交叉验证，和/或将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果。

步骤S3中，优选根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置以及第二当前角度，此时将第一当前位置与第二当前位置、第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，基于芯片反面特征对芯片位置进行二次独立的精定位复核，确保定位结果的可靠性。

S4：采集测试座图像，基于测试座图像进行测试座残留芯片检测，并计算测试座的当前位置。

步骤S4中，在放料前，进行测试座残留芯片检测，进一步精确定位测试座的精确位置，进而将芯片无偏差放入测试座，进一步提高了上下料的定位精度。

S5：根据第一偏差结果、复核结果以及测试座的当前位置，控制执行机构对芯片的放置位置和/或角度进行补偿校正，并将芯片放入测试座；第一偏差结果包括第一位置偏差和/或第一角度偏差。

步骤S5中，优选控制执行机构对芯片的放置位置以及角度进行补偿校正，最大程度保证定位精度。此时，结合执行机构的机械模型与第一偏差结果、复核结果以及测试座的当前位置，计算在最终放料时所需的微补偿量，该补偿量用于修正从取料到放料全流程中可能累积的机械误差或热漂移或传动间隙引起的累积误差，确保抓取与中转过程中的定位稳定性。

本发明方法通过多工位视觉定位机制，实现了从芯片初筛、精确定位、反面复核到测试座对位的全流程闭环高精度引导，各视觉工位功能明确、协同作业，从芯片筛选、多角度定位到Socket状态确认，形成了完整的质量与精度控制闭环，保证了系统长期稳定运行，且具备多阶段视觉定位与纠偏能力，实现了±0.1mm的重复定位精度，能够保证QFN等多引脚芯片与测试座可靠接触；同时，本发明方法对不同型号芯片适配其对应的标准位置与标准角度，实现了生产柔性化；正面、反面、测试座工位均生成可记录的第一位置偏差、第一角度偏差、复核结果及测试座当前位置，为全过程提供了精准的数据溯源，能够快速诊断并定位问题环节，从而显著提升了测试良率、设备可靠性与综合效率。

在一示例中，根据芯片顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位，包括：

S11：对顶部图像进行处理，识别出第一芯片区域，提取第一芯片轮廓并计算芯片的第一像素中心坐标。

具体地，首先对采集到的顶部图像进行预处理和二值化处理，预处理包括图像去噪、对比度增强、光照不均匀矫正等，二值化处理能够凸出芯片与背景的差异；进一步地，通过Blob分析（连通域分析）识别出视野中所有独立的第一芯片区域，针对每个独立的第一芯片区域，进一步进行边缘检测，精确提取第一芯片轮廓，并通过计算第一芯片区域轮廓的最小外接矩形或几何矩心，进而确定该芯片的第一像素级中心坐标，确保了即使芯片存在轻微旋转或排列不齐，也能被准确分割和定位。

通过采用亚像素边缘检测与轮廓特征点分析，结合芯片正表面的字符、专用标记圆点等封装外形特征，实现不受光照波动、轻微遮挡或表面污染影响的稳定正面字符特征提取。

S12：提取芯片表面的字符或纹理特征与预设正面字符纹理模板进行匹配，实现芯片正反面的判断与筛选。

具体地，在确定芯片的第一像素级中心坐标后，以该坐标为中心，提取包含芯片表面字符或特定纹理的区域图像，将此区域图像与预先学习建立的正面字符纹理模板进行归一化互相关匹配，匹配得分高于设定阈值的芯片被判定为正面朝上，进入后续流程；匹配失败的芯片则被判定为反面朝上或异常，进行异常标记并引导至废弃流程。

通过归一化互相关匹配与特征点描述子匹配相结合，确保在芯片存在轻微形变或姿态变化时仍能实现高精度匹配，匹配精度可达亚像素级以下，为后续运动补偿提供可靠输入。另外，此步骤将定位与筛选合二为一，提升了处理效率。

S13：基于相机标定模型将正面朝上芯片的第一像素中心坐标转换为机械坐标系下的初步世界坐标，完成初步定位。

具体地，对于判定为正面朝上的芯片，将该芯片的第一像素级中心坐标输入到预先完成的九点标定模型中。该标定模型建立了图像像素坐标系与机械手世界坐标系之间的高精度映射关系。通过模型计算转换，最终输出该芯片在机械手坐标系下的精确世界坐标。该精确世界坐标同时作为双吸嘴（执行机构）的中心点初步位置，以及规划路径将芯片移送至正面视觉工位进行精确定位的基准位置。

优选地，步骤S11中，仅对顶部图像进行处理，并识别出第一芯片区域，后续根据步骤S12的正反面的判断结果，仅计算正面朝上芯片的第一像素中心坐标，以降低计算开销。

本示例上述连通域分析、模板匹配筛选、坐标转换协同处理，不仅高效完成了正反面筛选，更输出了高精度的初步空间位置，为整个系统实现±0.1mm的综合定位精度奠定了坚实的第一阶段基础。

在一示例中，根据正面图像计算芯片的第一当前位置，包括：

对正面图像进行处理，识别出第二芯片区域，提取第二芯片轮廓并计算芯片的第二像素中心坐标，作为第一当前位置；

具体地，当芯片由顶部工位初步定位后移送至正面工位，正面高分辨率相机在最优光照条件下采集芯片的正面图像。先对顶部图像进行预处理，然后通过连通域分析快速分离出第二芯片区域，针对该区域进行亚像素级边缘检测，精准提取第二芯片轮廓，并计算其几何中心或主轮廓的矩心，得到芯片在当前视野中的精确第二像素中心坐标，作为第一当前位置。

进一步地，将计算得到的第一当前位置，与示教阶段标定的标准位置进行比较，计算出芯片在X和Y方向的像素级偏差，此偏差通过预先标定的相机像素分辨率（每个像素代表的实际物理尺寸）转换为机械坐标系下的物理位置偏差，得到第一位置偏差。运动控制模块能够根据第一位置偏差，结合双吸嘴的机械偏移参数，实时计算出吸嘴末端执行器所需进行的精确位置补偿，从而确保吸嘴能够以零偏差的姿态拾取或放置芯片

在一示例中，根据正面图像计算芯片的第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差，包括：

识别正面图像上的第一预设特征标记，计算第一预设特征标记在正面图像中角度，作为第一当前角度；

具体地，识别芯片正面上预先设定的第一预设特征标记，如字符信息或专用标记点，通过模板匹配或特征点匹配算法，将第一预设特征标记的当前角度与标准角度进行比对，计算出芯片绕Z轴的旋转偏差角，作为第一当前角度。该角度偏差值将实时发送至运动控制模块，驱动U轴（旋转轴）在拾取或放置前进行自动校正，确保芯片引脚与测试座的严格对位。

将上述涉及正面工位的正面图像处理步骤示例进行组合，此时能够得到校正后的精确中心坐标、旋转角度、字符识别结果、瑕疵检测标志。其中，中心坐标、旋转角度用于驱动运动系统完成高精度纠偏与放置；字符与瑕疵结果则用于质量判断，不合格品将在后续流程中被分拣剔除。通过此种正面图像处理方式，确保了芯片能以优于±0.1mm的重复定位精度和正确的姿态进入下一环节，是达成系统整体精度与可靠性目标的关键。

在一示例中，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置，包括：

对反面图像进行处理，识别出第三芯片区域，提取第三芯片轮廓并计算芯片的第三像素中心坐标，作为第二当前位置；

具体地，当芯片被移送至反面工位后，基于反面图像重新开始一次完整的定位流程。首先，对反面图像进行预处理，然后通过连通域分析快速分离出第三芯片区域，针对该第三芯片区域进行亚像素级边缘检测，精准提取第三芯片轮廓，并计算其几何中心或主轮廓的矩心，得到芯片在当前视野中的精确第三像素中心坐标，作为第二当前位置。

在一示例中，根据反面图像独立计算芯片的第二当前角度，包括：

识别反面图像上的第二预设特征标记，计算第二预设特征标记在图像中的角度，作为第二当前角度。

具体地，识别芯片正面上预先设定的第二预设特征标记，如字符信息或专用标记点，通过模板匹配或特征点匹配算法，将第二预设特征标记的当前角度与标准角度进行比对，计算出芯片绕Z轴的旋转偏差角，作为第二当前角度。

进一步地，将本示例与上一示例进行组合，此时，将第二当前位置、第二当前角度与正面工位传递至的预期位置和角度（第一当前位置、第一当前角度）进行比对，实现交叉验证。交叉验证过程中，利用两个吸嘴工位的中心，与正面工位的相机中心判断，计算出吸嘴吸取芯片正中心的位置偏差和角度偏差，根据上述位置偏差及角度偏差结果进行补偿，使双工位吸嘴吸取芯片的正中心。理论上是反面相机正中心与芯片中心重合，实际反面工位检测反面芯片中心点偏离，若距离相机中心点差大于0.2mm，或角度大于1度，认为不合格，将不合格芯片放入废料筒，有效避免了因单一工位误判或机械漂移导致的批量错误。

在一示例中，优选将第一当前位置与第二当前位置、将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，包括：

（1）计算第一当前位置与第二当前位置之间的第二位置偏差，并计算第一当前角度与第二当前角度之间的第二角度偏差；

（2）将第二位置偏差、第二角度偏差分别与预设的位置阈值和角度阈值进行比较；

（3）若第二位置偏差不超过位置阈值且第二角度偏差不超过角度阈值，生成复核通过的复核结果；否则，判定为定位过程异常或芯片姿态不稳，生成复核未通过的复核结果，触发报警。

在一示例中，采集芯片的正面图像后，还包括：

根据正面图像进行批次验证与身份识别。

具体地，利用光学字符识别或特定的字符模板匹配技术，对芯片表面的激光刻印字符进行读取，将识别结果与预设的正确字符进行比对，从而判断芯片的型号、批次等信息是否正确，不合格品将被分拣剔除，实现初步的追溯与筛选。

在一示例中，采集芯片的正面图像后，还包括：

根据正面图像进行表面缺陷检测。

具体地，基于同一幅高分辨率正面图像，运行划痕、污渍、缺损等瑕疵检测算法，通过分析图像纹理、亮度异常或轮廓完整性，标记出可能的缺陷区域，并将不合格品分拣剔除。

在一示例中，采集芯片的反面图像后，还包括：

根据反面图像进行批次验证与身份识别。

具体地，对芯片反面的引脚阵列纹理或特定布局特征进行图像采样，通过与此芯片型号预设的标准引脚纹理模板进行高精度模板匹配，计算匹配相似度。该步骤不仅用于辅助定位，更重要的是作为一种批次符合性验证：匹配度高的芯片被确认为当前批次的合格品；匹配度低的则可能混入了不同型号或批次异常的芯片，将被标记并剔除。

在一示例中，采集芯片的反面图像后，还包括：

根据反面图像进行引脚检测，包括完整性检测、破损及瑕疵检测中至少一种。

具体地，在完成定位的同时，在同一幅高分辨率反面图像上执行并行的引脚质量检测：（1）完整性检测：通过分析引脚区域的连通性和轮廓完整性，判断是否存在引脚缺失、弯曲或桥接等致命缺陷；（2）破损及瑕疵分析：利用灰度形态学或纹理分析算法，检测引脚表面的划痕、氧化、污渍或镀层异常等瑕疵。本示例对引脚缺失、弯曲、桥接、划伤等多种缺陷的同步检测与分类，检测结果与定位数据绑定记录，为后续质量追溯提供完整数据链；采用轮廓边缘灰度共生矩阵纹理分析，对芯片反面引脚阵列进行特征建模与匹配实现破损及瑕疵分析，不仅辅助定位，还可作为批次一致性验证手段，有效识别混料、错料或封装异常，从源头杜绝测试混淆。

将上述涉及反面工位的反面图像处理步骤示例进行组合，此时能够得到复核后的芯片位置与角度、引脚纹理匹配得分（用于批次验证）、最终放料微补偿量、以及详细的引脚质量检测报告。此反面图像处理方式，确保了只有位置精准、身份正确、引脚完好的芯片才会被准许放入昂贵的测试座中，从根本上保障了测试可靠性与设备安全。

在一示例中，方法还包括示教步骤：

根据人工视觉反馈对视觉定位得到的初步放料坐标进行调整，生成微调后坐标；

根据微调后坐标控制执行机构携带基准芯片运动，并下降至测试座的预设高度；

控制执行机构以低于速度阈值的速度进行下降，同步采集与测试座关联的实时压力数据；

若实时压力数据在预设的安全压力阈值范围内，将微调后坐标作为测试座工位初始拍照位置；若实时压力数据不在预设的安全压力阈值范围内，中止运动并触发报警。

在操作员基于微调后坐标完成初步坐标微调后，引导吸嘴携带芯片下降至距目标测试座约1mm的检测高度（预设高度），随后进入压力监控放料模式。在此模式下，实时采集硬件板上测试座受到的实时压力数据，并同步监控压力曲线。吸嘴以极低速（小于速度阈值）缓降完成最后段行程，动态判断压力值是否在预设的安全阈值内。若压力数据平稳且未超限，则判定芯片已无应力、精准就位，自动保存此位置为高精度放料点，作为测试座工位初始拍照位置，以消除不同硬件板上测试座存在的位置差异；若压力异常升高，则立即停止并报警，提示可能存在的对位偏差或Socket异常。本步骤能够保证实际放料位置与理论标准位置的偏差稳定在±0.1mm以内，并从根本上防止因放置不准导致的芯片或Socket机械损伤。

优选地，示教步骤之前，还包括：

S00：执行机构的各运动轴执行高精度回零复位操作，并建立精准的坐标系基准；

S01：为每个工位选择对应的生产参数文件、视觉参数文件和硬件板文件，其中生产参数文件定义了芯片拾取、传送、放置等各工位的运动流程；视觉参数文件存储了各视觉工位进行图像处理、特征匹配和缺陷检测所需的算法模板、图像采集光源设置与检测阈值。硬件板文件记录了针对特定物理硬件板上每个测试座经高精度示教标定后得到的标准位置，是实现±0.1mm精度的空间基准。

将上述示例进行组合，得到本发明优选示例，此时方法包括以下步骤：

S100：执行机构的各运动轴执行高精度回零复位操作，并建立精准的坐标系基准；

S200：为每个工位选择对应的生产参数文件、视觉参数文件和硬件板文件；

S300：根据人工视觉反馈对视觉定位得到的初步放料坐标进行调整，生成微调后坐标；根据微调后坐标控制执行机构携带基准芯片运动，并下降至测试座的预设高度；控制执行机构以低于速度阈值的速度进行下降，同步采集与测试座关联的实时压力数据；若实时压力数据在预设的安全压力阈值范围内，将微调后坐标作为测试座工位初始拍照位置；若实时压力数据不在预设的安全压力阈值范围内，中止运动并触发报警；

S400：将芯片移送至顶部工位，采集芯片的顶部图像，根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位；

S500：控制执行机构根据初步定位结果拾取芯片，并将芯片移送至正面工位，采集芯片的正面图像，根据正面图像计算芯片的第一当前位置与标准位置之间的第一位置偏差、第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差；

S600：将芯片移送至反面工位，采集芯片的反面图像，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置、第二当前角度，并将第一当前位置与第二当前位置、第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果；

S700：采集测试座图像，基于测试座图像进行测试座残留芯片检测，并计算测试座的当前位置；

S800：根据第一位置偏差、第一角度偏差、复核结果以及测试座的当前位置，控制执行机构对芯片的放置位置、角度进行补偿校正，并将芯片放入测试座。

本发明还包括一种多工位视觉引导的自动上下料控制系统，用于执行上述任一示例或多个示例组成的上下料方法，该系统包括视觉检测模块和运动控制模块，视觉检测模块与运动控制模块连接。

其中，视觉检测模块包括顶部工位单元、正面工位单元、反面工位单元和测试座工位单元。具体地，顶部工位单元用于采集芯片的顶部图像，根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位。正面工位单元用于采集芯片的正面图像，根据正面图像计算芯片的第一当前位置与标准位置之间的第一位置偏差，和/或，根据正面图像计算芯片的第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差；反面工位单元用于采集芯片的反面图像，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置和/或第二当前角度，并将第一当前位置与第二当前位置进行交叉验证，和/或将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果；测试座工位单元用于采集测试座图像，基于测试座图像进行测试座残留芯片检测，并计算测试座的当前位置。

运动控制模块作为系统的控制核心，采用高精度伺服电机及驱动器，控制执行机构的X轴、Y轴、Z轴、U轴等运动单元，确保系统的重复定位精度优于±0.1mm。具体地，运动控制模块用于控制执行机构根据初步定位结果拾取芯片，并将芯片移送至正面工位、反面工位；运动控制模块还用于根据第一偏差结果、复核结果以及测试座的当前位置，控制执行机构对芯片的放置位置和/或角度进行补偿校正，并将芯片放入测试座；第一偏差结果包括第一位置偏差和/或第一角度偏差。

优选地，运动控制模块提供一手动设备操作界面，允许用户以预设的微小移动距离对各个运动轴进行精细调整，以辅助实现并维持±0.1mm的定位精度。

本示例通过高精度运动控制模块与视觉检测模块共同实现对芯片的抓取、传送及放置的重复定位精度优于±0.1mm。

在一示例中，系统还包括压力传感模块和示教子系统，示教子系统与运动控制模块、压力传感模块连接。其中，压力传感模块设于测试座下方，用于采集测试座的实时压力数据；示教子系统用于对初步放料坐标进行调整，生成微调后坐标并反馈至运动控制模块，使运动控制模块根据微调后坐标控制执行机构携带基准芯片运动，并下降至测试座的预设高度，并使运动控制模块控制执行机构以低于速度阈值的速度进行下降，示教子系统同步采集与测试座关联的实时压力数据；若实时压力数据在预设的安全压力阈值范围内，将微调后坐标作为测试座工位初始拍照位置；若实时压力数据不在预设的安全压力阈值范围内，示教子系统将异常结果反馈至运动控制模块，使运动控制模块控制执行机构中止运动并触发报警。

优选地，示教子系统通过图形化界面引导用户逐步完成取料位置、各视觉拍照位置、放料位置的自动标定与保存，并提供基于视觉反馈的坐标微调功能，此时操作员通过示教子系统提供的坐标微调功能，结合吸嘴的上下移动观察，对放料位置进行X、Y方向的精细补偿，直至芯片能无偏差放入Socket，并将此补偿后的高精度位置坐标保存至系统。

在一示例中，系统还包括上位机和多工位并行处理模块，上位机与运动控制模块、视觉检测模块、多工位并行处理模块连接。其中，上位机，用于向运动控制模块、视觉检测模块发送任务指令，并接收运动控制模块、视觉检测模块返回的结果数据，进行任务管理与调度；上位机上还存储有不同工位的生产参数文件、视觉参数文件和硬件板文件。优选地，上位机用于系统整体调度、任务管理及各模块间的数据交互。多工位并行处理模块，用于支持各独立工位同时进行生产，分别为顶部工位、正面工位、反面工位从上位机加载并独立配置对应的生产参数文件、视觉参数文件和硬件板文件，硬件板文件存储有标准位置与标准角度。

在一示例中，系统还包括参数管理子系统，用于对系统核心参数文件进行全生命周期集中管理，包括运动流程与控制参数文件、硬件板位置与压力传感阈值参数文件、视觉模型与检测参数文件。该参数管理子系统支持对上述文件的创建、修改、删除、版本管理及克隆复用功能。当导入新型号芯片时，工程师可基于相似型号的参数文件快速克隆，并仅需在示教子系统中针对关键差异进行标定与调整（如更新视觉模板、重标放料位、设置新的压力阈值），从而大幅缩短换型调试时间，提升设备柔性化生产能力。

将上述系统示例进行组合，得到本发明优选示例，此时系统工作原理如下：

（1）系统启动后，操作人员首先运行运动流程与控制参数文件，首次使用或更换型号后，需点击主界面的回零复位按钮，使各运动轴回归机械原点，建立高精度基准。

（2）操作员为每个启用工位选择预设的运动流程与控制参数文件、硬件板位置与压力传感阈值参数文件、视觉模型与检测参数文件，并输入批次号。确认后，系统进入示教界面。

若所选硬件板位置与压力传感阈值参数文件为新型号，则需执行完整的示教流程。系统通过图形化按钮逐步引导：

a.首先引导至开始测试座位置，调用Socket视觉进行拍照，建立空Socket物料模板，并精确定位Socket位置。

b.随后依次运动至顶部、正面、反面拍照位。在顶部视觉工位，调整光源与相机参数，建立正反面判断模型与初步定位模板；在正面视觉工位，精细调整参数，建立用于精确定位和角度校正的模板；在反面视觉工位，建立用于引脚检测和位置复核的模板。

c.系统调用已标定的Socket视觉进行位置复核，操作员可通过手动微调界面，对X/Y坐标进行亚像素级精细补偿，同时结合吸嘴的上下动作观察芯片与Socket的对准情况，直至芯片能毫无阻碍地精确放入，随后保存此高精度坐标作为标准位置。示教完成后，主界面将显示各工位的开批信息面板。

（3）在生产前，操作员可在主界面设定每个工位的计划放料数量，点击开始按钮，系统即进入全自动运行模式，其高精度生产流程如下：

a.取料与初筛：系统从振动盘取料，运送至顶部工位，该工位相机采集芯片的顶部图像，并基于顶部图像快速判断芯片正反面，仅筛选出正面朝上的芯片，并进行初步定位，为后续精确操作提供初始位置数据。

b.正面精定位：正面朝上的合格芯片被送至正面视觉工位，此处进行高分辨率正面图像采集，通过多拟合等算法实现芯片的精确位置计算与角度识别，并将位置和角度偏差发送给运动控制系统进行实时补偿。

c.反面复核与检测：芯片随后被翻转或移动至反面视觉工位。该工位对芯片反面进行反面成像，执行引脚检测、破损分析等，并基于反面特征对芯片位置进行二次精定位复核，确保正面定位的准确性。

d.最终放料：芯片被运送到测试Socket上方，Socket视觉工位首先对目标Socket进行拍照，确认其内无芯片残留，并精确定位Socket的当前位置。运动控制模块综合芯片的最终位置信息和Socket的精确位置，驱动吸嘴将芯片高精度（±0.1mm）放入Socket中，并将不合格的芯片放入废料筒。

在整个过程中，管理员可以通过设备操作界面手动精细控制任何执行机构的运动轴或气路，用于调试或故障恢复。视觉参数工程师可以通过视觉参数设置界面，对各工位的相机、光源、检测算法参数进行独立调整和测试，这些参数的精准性是维持系统整体±0.1mm定位精度的基石。

本发明通过上述多工位、多传感器、多算法融合的视觉定位体系，实现了从芯片初筛、精确定位、反面复核到Socket对位的全流程闭环高精度引导。本发明方案不仅在各工位内实现了亚像素级定位与多维度检测，更通过工位间的数据交叉验证与动态误差补偿，构建了一套具备自校准、自适应、自诊断能力的高精度上下料系统，突破了现有技术中定位精度不足、可靠性差、换型繁琐等瓶颈，具有显著的技术先进性与产业应用价值。

本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一示例或者多个示例组合形成的所述一种多工位视觉引导的自动上下料方法的步骤。其中，处理器可以是单核或者多核中央处理单元或者特定的集成电路，或者配置成实施本发明的一个或者多个集成电路。

本发明还提供了一种存储介质，与上述任一示例或多个示例组合形成的一种多工位视觉引导的自动上下料方法具有相同的发明构思，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述任一示例或多个示例组合形成的所述一种多工位视觉引导的自动上下料方法的步骤。

基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式进行体现，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明还提供了一种终端，与上述一种多工位视觉引导的自动上下料方法对应的任一示例或多个示例组合具有相同的发明构思，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述一种多工位视觉引导的自动上下料方法的步骤。处理器可以是单核或者多核中央处理单元或者特定的集成电路，或者配置成实施本发明的一个或者多个集成电路。

在一示例中，终端即电子设备以通用计算设备的形式表现，电子设备的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元（处理器）、上述至少一个存储单元、连接不同系统组件(包括存储单元和处理单元)的总线。

其中，所述存储单元存储有程序代码，所述程序代码可以被所述处理单元执行，使得所述处理单元执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，所述处理单元可以执行上述一种多工位视觉引导的自动上下料方法。

存储单元可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)3201和/或高速缓存存储单元，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)。

存储单元还可以包括具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，这样的程序模块包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备也可以与一个或多个外部设备(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备交互的设备通信，和/或与使得该电子设备能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口进行。并且，电子设备还可以通过网络适配器与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器通过总线与电子设备的其它模块通信。应当明白，可以结合电子设备使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式进行实现。因此，根据本示例性实施例的技术方案可以以软件产品的形式进行体现，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行本申请示例性实施例的方法。

以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多工位视觉引导的自动上下料方法，其特征在于，包括以下步骤：

将芯片移送至顶部工位，采集芯片的顶部图像，根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位；

控制执行机构根据初步定位结果拾取芯片，并将芯片移送至正面工位，采集芯片的正面图像，根据正面图像计算芯片的第一当前位置，并计算第一当前位置与标准位置之间的第一位置偏差；和/或，根据正面图像计算芯片的第一当前角度，并计算第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差；

将芯片移送至反面工位，采集芯片的反面图像，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置和/或第二当前角度，并将第一当前位置与第二当前位置进行交叉验证，和/或将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果；

采集测试座图像，基于测试座图像进行测试座残留芯片检测，并计算测试座的当前位置；

根据第一偏差结果、复核结果以及测试座的当前位置，控制执行机构对芯片的放置位置和/或角度进行补偿校正，并将芯片放入测试座；第一偏差结果包括第一位置偏差和/或第一角度偏差。

2.根据权利要求1所述的多工位视觉引导的自动上下料方法，其特征在于，所述根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位，包括：

对顶部图像进行处理，识别出第一芯片区域，提取第一芯片轮廓并计算芯片的第一像素中心坐标；

提取芯片表面的字符或纹理特征与预设正面字符纹理模板进行匹配，实现芯片正反面的判断与筛选；

基于相机标定模型将正面朝上芯片的第一像素中心坐标转换为机械坐标系下的初步世界坐标，完成初步定位。

3.根据权利要求1所述的多工位视觉引导的自动上下料方法，其特征在于，所述根据正面图像计算芯片的第一当前位置，包括：

对正面图像进行处理，识别出第二芯片区域，提取第二芯片轮廓并计算芯片的第二像素中心坐标，作为第一当前位置；

和/或，根据正面图像计算芯片的第一当前角度，包括：

识别正面图像上的第一预设特征标记，计算第一预设特征标记在正面图像中角度，作为第一当前角度；

和/或，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置，包括：

对反面图像进行处理，识别出第三芯片区域，提取第三芯片轮廓并计算芯片的第三像素中心坐标，作为第二当前位置；

和/或，根据反面图像独立计算芯片的第二当前角度，包括：

识别反面图像上的第二预设特征标记，计算第二预设特征标记在图像中的角度，作为第二当前角度。

4.根据权利要求1所述的多工位视觉引导的自动上下料方法，其特征在于，所述将第一当前位置与第二当前位置进行交叉验证，和/或将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果，包括：

计算第一当前位置与第二当前位置之间的第二位置偏差，和/或计算第一当前角度与第二当前角度之间的第二角度偏差；

将第二位置偏差和/或第二角度偏差分别与预设的位置阈值和角度阈值进行比较；

若第二位置偏差不超过位置阈值和/或第二角度偏差不超过角度阈值，生成复核通过的复核结果；否则，生成复核未通过的复核结果。

5.根据权利要求1所述的多工位视觉引导的自动上下料方法，其特征在于，采集芯片的正面图像后，还包括：

根据正面图像进行批次验证与身份识别；

和/或，根据正面图像进行表面缺陷检测。

6.根据权利要求1所述的多工位视觉引导的自动上下料方法，其特征在于，采集芯片的反面图像后，还包括：

根据反面图像进行批次验证与身份识别；和/或，

根据反面图像进行引脚检测，包括完整性检测、破损及瑕疵检测中至少一种。

7.根据权利要求1所述的多工位视觉引导的自动上下料方法，其特征在于，所述方法还包括示教步骤：

根据人工视觉反馈对视觉定位得到的初步放料坐标进行调整，生成微调后坐标；

根据微调后坐标控制执行机构携带基准芯片运动，并下降至测试座的预设高度；

控制执行机构以低于速度阈值的速度进行下降，同步采集与测试座关联的实时压力数据；

若实时压力数据在预设的安全压力阈值范围内，将微调后坐标作为测试座工位初始拍照位置；若实时压力数据不在预设的安全压力阈值范围内，中止运动并触发报警。

8.一种多工位视觉引导的自动上下料控制系统，用于执行权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述系统包括：

视觉检测模块，包括顶部工位单元、正面工位单元、反面工位单元和测试座工位单元；顶部工位单元用于采集芯片的顶部图像，根据顶部图像进行正反面判断与筛选，并对筛选出的正面朝上芯片进行初步定位；正面工位单元用于采集芯片的正面图像，根据正面图像计算芯片的第一当前位置与标准位置之间的第一位置偏差，和/或，根据正面图像计算芯片的第一当前角度与标准角度之间的第一角度偏差；反面工位单元用于采集芯片的反面图像，根据反面图像独立计算芯片的第二当前位置和/或第二当前角度，并将第一当前位置与第二当前位置进行交叉验证，和/或将第一当前角度与第二当前角度进行交叉验证，生成复核结果；测试座工位单元用于采集测试座图像，基于测试座图像进行测试座残留芯片检测，并计算测试座的当前位置；

运动控制模块，与视觉检测模块连接，用于控制执行机构根据初步定位结果拾取芯片，并将芯片移送至正面工位、反面工位；运动控制模块还用于根据第一偏差结果、复核结果以及测试座的当前位置，控制执行机构对芯片的放置位置和/或角度进行补偿校正，并将芯片放入测试座；第一偏差结果包括第一位置偏差和/或第一角度偏差。

9.根据权利要求8所述的多工位视觉引导的自动上下料控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

压力传感模块，设于测试座下方，用于采集测试座的实时压力数据；

示教子系统，与运动控制模块、压力传感模块连接，用于对初步放料坐标进行调整，生成微调后坐标并反馈至运动控制模块，使运动控制模块根据微调后坐标控制执行机构携带基准芯片运动，并下降至测试座的预设高度，并使运动控制模块控制执行机构以低于速度阈值的速度进行下降，示教子系统同步采集与测试座关联的实时压力数据；若实时压力数据在预设的安全压力阈值范围内，将微调后坐标作为测试座工位初始拍照位置；若实时压力数据不在预设的安全压力阈值范围内，示教子系统将异常结果反馈至运动控制模块，使运动控制模块控制执行机构中止运动并触发报警。

10.根据权利要求8所述的多工位视觉引导的自动上下料控制系统，其特征在于，所述系统还包括：

上位机，与运动控制模块、视觉检测模块连接，用于向运动控制模块、视觉检测模块发送任务指令，并接收运动控制模块、视觉检测模块返回的结果数据，进行任务管理与调度；上位机上还存储有不同工位的生产参数文件、视觉参数文件和硬件板文件；

多工位并行处理模块，与上位机模块连接，用于分别为顶部工位、正面工位、反面工位从上位机加载并独立配置对应的生产参数文件、视觉参数文件和硬件板文件，硬件板文件存储有标准位置与标准角度。