CN201060169Y - 光学视觉检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学视觉检测装置，其光源供应单元包括具有凹陷表面的光源底座与多个波长较短的发光组件，通过凹陷表面以承载发光组件使得光源可集中在需进行检测的待测表面上，由于所使用的短波长发光组件具有较高的能量，因此光源接收单元所接收到的光信号较现有技术中一般的蓝光光源或是红光光源所产生的光信号为强，对于接续的信号处理单元，无论待测物的特征如何，本实用新型所使用的短波长光源可提供较稳定的光信号，且使得待测物的待测表面上的缺陷检测结果更为精确。

Description

光学视觉检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，尤其指一种光学视觉检测装置。

背景技术

由于光电业及电子业组件大型化和细线化的趋势，以及对于生产线速度的要求也日渐严苛的情况下，人工目视检测无法符合质量与速度的要求，然而，为提高电子组件的质量同时又达到降低成本的目的，必须使得电子组件在生产流程完成前发现缺陷并加以补救或剔除，除了可对电子组件进行电性检验外，其外观及表面瑕疵检测也是相当重要的一个项目，其中，用以检测电子组件的外观及表面瑕疵的技术便可利用自动化光学检测技术(AutomaticOptical Inspection，AOI)，通过此一技术不仅可在电子产品的制作流程中做为终端产品的品管，也能协助制程监控，以及早采取补救的措施。

然而常见的电子组件外观及表面上的瑕疵有：脏污、尘埃、异物、刮伤、气泡、崩角、折痕...等等，因此，受限于光源本身的特性、电荷耦合组件(ChargeCoupled Device，CCD)的光感测范围等因素，经常使得一种特定的自动化光学检测机台仅可适用于上述其中几种特定的外观或是表面瑕疵，举例来说，目前一般工业常用的电荷耦合组件对于光波的响应频率是介于300～700纳米之间，因此所使用的光源设计多半基于检测物材料的特质、机台本身所搭配的电荷耦合组件等因素，故一般的自动化光学检测设备所搭配应用的光源多利用具有可见光波长的光源为主，常见的光源波长是介于470～680纳米之间，其相对应的光学检测架构的部分示意图则如图1(A)与图1(B)所示，其中，在图1(A)中仅具有单一光源，此第一光源10具有多个波长约为450纳米的蓝光发光体101，且其位于承载有待测物13的载盘12下方，而用来接收光信号的电荷耦合组件14也位于待测物13的下方，其是利用待测物13受到光线(图中是以实线箭头表示光线前进的方向)照射的相对应表面所反射出的光信号(如图中虚线箭头所示的方向即为光信号前进的方向)以进行进一步的缺陷分析，然而，在图1(A)所示的光学检测架构中，无论待测物13是否具有可透光的特性，利用此种光源设计的光学检测架构在每一次的操作下，仅能针对检测待测物13的其中一表面进行检测，因此，图1(B)中所显示的光学检测架构是可同时透过两光源10、11以对一待测物13的两主要表面进行分析，且此待测物13具有可透光的特性，而在此光学检测架构中的第一光源10是位于待测物13与电荷耦合组件14之间，此第一光源10是由波长约在450纳米附近的多个蓝光发光体101所构成，另外，在第一光源10的相对应的位置上设置有一第二光源11，且待测物13是位于第一光源10与第二光源11之间，此第二光源11则是由波长约在600纳米附近的多个红光发光体111所构成，由于红光发光体111具有较强的穿透能力，且蓝光发光体101具有较强的反射能力，因此，可同时将待测物13的主要两表面上的缺陷一并显现于电荷耦合组件14中，然而，因为上述现有的光源硬件架构并未有特别的设计，所以到达至待测物13的待测表面上的光线为分散而非集中，相对地，也使得电荷耦合组件14所接收到的光信号变得相当微弱。

上述的两种现有的光学检测装置仅为目前光学检测技术中的两种常见的实施例，而在实际的应用上，是可通过调整电荷耦合组件、待测物与光源的设置位置，以达到预期的检测效果，但是无论现有技术中光学检测装置的硬件设置架构为何，其中较常见的应用光源为蓝光或是红光或是两者的配合，但就蓝光、红光本身的光学特性而言，由于都属于较长波长的光源，换言之，即此些长波长的光源具有较低的能量，因此纵使目前已发展出许多不同的打光方式来弥补光源能量不足的缺陷，例如：正向打光、背向打光与结构打光三种主要的技术，不过这些设计通常会造成整体的光学检测架构变得较为复杂，且过于复杂的光学路径通常会造成光源能量的削弱，因此，此些光源到达待测物并经过待测物吸收部分的光后所产生的折射或透射的光信号强度变得相当微弱，也因此导致进入至电荷耦合组件的光信号强度变得难以分析，甚至导致部分微小的表面缺陷无法有效地被侦测出来。

有鉴于此，本实用新型系针对上述的问题，提出一种光学视觉检测装置，其是利用能量较高的光源得以加强光信号的强度，而提升检测的准确度。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是提供一种光学视觉检测装置，其是利用较短波长的发光组件在特定的排列设计下，将此些具有较高能量的光源聚集在待测物的表面上，使得微小的表面缺陷也可轻易地被侦测出来。

本实用新型的另一目的，在提供一种光学视觉检测装置，其是调整具有较高能量的光源供应单元与光源接收单元之间的位置，以同时提供具有穿透性待测物与不具有穿透性的待测物的检测。

为了达到上述的目的，本实用新型提供一种光学视觉检测装置，包括至少一光源供应单元、至少一检测平台、至少一光源接收单元及至少一信号处理单元，在光源供应单元中包括一光源底座与多个发光组件，且此些发光组件具有较短的波长，其波长范围是介于370至400纳米之间，在光源底座上具有至少一凹陷表面，此些光学组件则是设置在凹陷表面上，且每一发光组件可提供一光源，为了提高此些光源的效率，在光源底座上的凹陷表面的凹陷角度约在5至30度之间，因而，在检测平台上所承载的至少一待测物可接收来自光源供应单元的光源，且此些光源是利用凹陷表面的角度设计以集中在待测物的表面上用于产生多个反射光信号、透射光信号，而通过至少一光源接收单元以接收来自待测物的反射光信号、透射光信号并传送到至少一信号处理单元中，以进一步根据此些光信号以进行待测物的表面缺陷分析。因此，本实用新型所公开的光学视觉检测装置是可利用光源底座的凹陷角度设计，并配合上波长较短的发光组件以提供光源，使得到达待测物表面的光源可维持一定的能量，同时使得反射或是穿透自待测物的光信号强度也可维持在一定的能量范围内，以提高整体光学视觉检测装置的准确度。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

由于本实用新型的光学视觉检测装置提供较短波长的发光组件，并利用特殊凹陷结构的光源底座以承载此些发光组件，使得所产生的光源可集中于待测物的待测表面上，进而增加了待测表面上的缺陷被检测出的机率。

附图说明

图1(A)为现有的光学视觉检测装置中的单一光源供应单元的结构示意图；

图1(B)为现有的光学视觉检测装置中的双光源供应单元的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例的结构示意图；

图4(A)为本实用新型的光源供应单元的截面结构剖面图；

图4(B)为本实用新型的光源供应单元的立体结构示意图；

图5为本实用新型第三实施例的结构示意图。

图号说明

10第一光源        101蓝光发光体

11第二光源        111红光发光体

12载盘            13待测物

14电荷耦合组件    20光源供应单元

201光源底座       202发光组件

203陷表面         204开口

21调整单元        22检测平台

23待测物          24光源接收单元

25信号处理单元    26辅助光源供应单元

27输送单元        28分类单元

291良品收集槽     292劣品收集槽

293重工品收集槽

具体实施方式

为了实现待测物外观及表面瑕疵的检测，检测装置中有效、稳定且准确的光源设计为影响检测结果的最主要因素，因此，本实用新型提供一种光学视觉检测装置。以下，将详细提供相关的基本理论与本实用新型的各种实施例，同时结合图示以加强说明。

光源对于待测物的影响可分为反射、透射、吸收三大部分，因此可有效地判定出光源在待测物上的反射率、透射率、吸收能量，然而，待测物对于光源的折射率不但与待测物本身材料的物理性质有关，也与光源的波长有关，举例来说，对于同一种光学玻璃而言，绿光比红光的折射率高，而蓝光则又比绿光的折射率为高。因此，基于上述理论并同时参考图2所示，其为本实用新型的第一实施例的结构示意图，在此实施例中的待测物23为不可透光的材料，例如：半导体基板、印刷电路板、镀有不透光材料的基材等，因此为了可有效地检测出此待测物23的待测表面上的缺陷，置放于检测平台22上的待测物23的待测表面是接收来自光源供应单元20的光源(图中是以实线箭头表示光线前进的方向)，而为了使抵达到待测物23待测表面上的光源能量可达到一定的强度，光源供应单元20或是检测平台22或是两者同时都连接至一调整单元21，通过此调整单元21根据不同的待测物厚度、待测物置放位置、光源种类等参数，来调整光源供应单元20与检测平台22上待测物23的待测表面之间的距离，使得来自于光源供应单元20的光源可聚焦在待测物23的待测表面上，由于此实施例中的待测物23为不可透光的材料，因此，大部分的光源被待测物23吸收与反射，并经由待测物23反射的光信号(图中是以虚线箭头表示光信号前进的方向)进入至光源接收单元24中，再利用信号处理单元25以对此些光信号进行运算与分析，其中，因为光信号是反射自待测物23，所以，以待测物23为基准而言，用于提供光源的光源供应单元20与用于接收光信号的光源接收单元24分别设置在待测物23的同一侧。

此外，除了上述的不可透光材料以外，待测物也可为具有可透光特性的材料，例如：一般的光学玻璃、石英等，然而，用于检测的光学视觉检测装置的整体架构配置则与上述的实施例有所不同，请参考图3所示，为本实用新型第二实施例的结构示意图，相同地，在本实施例中具有一光源供应单元20以提供光源至检测平台22上待测物23的待测表面上，由于此待测物23为可透光的材料，因此，抵达至待测物23的光源大部分是被此待测物23吸收或穿透，相对于图2中所公开的实施例而言，在本实施例中光源经过待测物23后所产生的主要光信号为穿透光的光信号，相同地，以待测物23为基准而言，用于提供光源的光源供应单元20与用于接收光信号的光源接收单元24分别设置在待测物23的两侧。

而无论是上述图2或图3中所公开的光学视觉检测装置，其中的光源供应单元包括有一光源底座与多个发光组件，其截面结构的剖面图则如图4(A)所示，而其立体结构示意图则如图4(B)所示，为了提供较高能量的光源，此些发光组件202具有较短的波长，其波长范围是介于370至400纳米之间，实际的应用则如：发光二极管、冷阴极荧光灯管或有机电激光组件等发光源；此外，更针对硬设备的设计来说，以本实施例为例，在光源底座201上形成一倒圆锥形的凹陷表面203，并将上述的光学组件202设置在此凹陷表面203上，因此，位于凹陷表面203上的发光组件202是利用凹陷表面203的角度设计而将光源集中在待测物的待测表面上，然而，依据不同的检测项目、机台设计等因素，在光源底座201上所形成的凹陷表面203可以各种不同的形态表现，除了本实施例中所提供的倒圆锥形以外，可为矩形、倒三角锥形、圆形等形态。另外，在凹陷表面203的中央可形成一开口204，而上述的光源接收单元则可设置于此开口204中以用来接收来自待测物的光信号。而设置于凹陷表面203上的发光组件202的排列方法除了可呈现整齐的数组以外，也可以不规则的方式排列此些发光组件203，以用来检测待测物表面上各种不同的缺陷。

另外，为了可配合制程自动化的要求，本实用新型的光学视觉检测装置还可以额外装设良品收集槽、劣品收集槽、重工品收集槽等，请参考图5所示，为本实用新型的第三实施例结构示意图，利用一输送单元27将需检验的待测物23输送至检测平台22上，利用光源供应单元20以提供光源至待测物23的待测表面上，且在光源接收单元24接收到来自待测物23的光信号并传送至信号处理单元25后，若运算分析后的结果显示为良品时，则通过分类单元28输送至良品收集槽291中，以等待下一步的制程，而当运算分析后的结果显示为劣品时，则分类单元28将判定为劣品的待测物23输送到劣品收集槽292中，以进行验退的动作，而若运算分析后的结果显示为重工品时，则经由分类单元27输送到重工品收集槽293，以回收再次进行处理。

而上述的光源接收单元可为电荷耦合组件。且针对不同的待测物特性，也可配合使用不同的检测平台，较为常见的检测平台有分割转盘或是X-Y载盘等形式，同时，为了使待测物可稳固地承载于检测平台上，也可使用真空或是夹具以使待测物稳定地固定在检测平台上，也可以使得光源供应单元所提供的光源可顺利地投射在待测物的待测表面上。根据不同的待测物特征，还可增加额外的辅助光源供应单元，举例而言，为了加强不透光的待测物的反射光信号强度，可在光源供应单元的同一侧加设一辅助光源供应单元，其中所使用的光源种类则可选择与光源供应单元中相类似的发光组件以增加光源的强度，或是为了加强可透光待测物的光信号，可在光源供应单元的同一侧加设辅助光源供应单元，但其中所使用的光源种类则主要以穿透力较强的光源为主。而为了可同时侦测同一待测物的两待测表面，则可利用两光源供应单元分别装设在待测物的两侧，以同时对同一待测物的两待测表面进行检测。然而，由于光学视觉检测装置在实际的应用上，其结构的设计受到相当多因素的影响，在此将不一一详细解释，本实用新型所公开的主要光源设计与架构实可广泛地应用在各种不同的光学视觉检测装置中。

综合上述可知，由于本实用新型的光学视觉检测装置提供较短波长的发光组件，并利用特殊凹陷结构的光源底座以承载此些发光组件，使得所产生的光源可集中于待测物的待测表面上，进而增加了待测表面上的缺陷被检测出的机率。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (20)

1.一种光学视觉检测装置，其特征在于，包括：

至少一光源供应单元，包括：

一光源底座，具有至少一凹陷表面；以及

多个发光组件，设置于该凹陷表面上以提供短波长光源；

至少一检测平台，用于承载至少一待测物，且该待测物接收来自该光源供应单元的光源并产生相对应的多个光信号；

至少一光源接收单元，接收自该检测平台上的该待测物所产生该些光信号；以及

至少一信号处理单元，根据该些光信号以进行该待测物的表面缺陷分析。

2.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该凹陷表面的凹陷角度介于5至30度。

3.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该发光组件的波长范围介于370至400纳米。

4.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该发光组件为发光二极管、冷阴极荧光灯管或有机电激光组件。

5.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该待测物为透光物或不透光物。

6.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该光源接收单元与该光源供应单元位于该检测平台的同一侧。

7.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该光源接收单元与该光源供应单元位于该检测平台的相异侧。

8.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，还包括至少一调整单元，且该调整单元连接于该光源供应单元、或该检测平台、或同时连接于该光源供应单元与该检测平台。

9.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，还包括至少一辅助光源供应单元。

10.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该检测平台选自分割转盘或X-Y载盘。

11.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该检测平台还连接一传输单元。

12.如权利要求11所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该传输单元还连接一分类单元。

13.如权利要求12所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该信号处理单元同时控制该传输单元与该分类单元。

14.如权利要求12所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该分类单元将该信号处理单元判定为良品的该待测物传送至一良品收集部。

15.如权利要求12所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该分类单元将该信号处理单元判定为劣品的该待测物传送至一劣品收集部。

16.如权利要求1所述的光学视觉检测装置，其特征在于，该分类单元将该信号处理单元判定为重工品的该待测物传送至一重工品收集部。

17.一种光源供应器，应用于一光学视觉检测装置，其特征在于，该光源供应器包括：

一光源底座，具有至少一凹陷表面；以及

多个发光组件，设置于该凹陷表面上以提供短波长光源。

18.如权利要求17所述的光源供应器，其特征在于，该凹陷表面的凹陷角度介于5至30度。

19.如权利要求17所述的光源供应器，其特征在于，该发光组件的波长范围介于370至400纳米。

20.如权利要求17所述的光源供应器，其特征在于，该发光组件为发光二极管、冷阴极荧光灯管或有机电激光组件。

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