CN202600432U - Led芯片视觉伺服二次定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种LED芯片视觉伺服二次定位系统，它可提高LED芯片的定位速度和定位精度，降低LED芯片的误检率，提高生产效益。LED芯片视觉伺服二次定位系统包括底座、安装于底座上的用来放置LED芯片并能带动LED芯片做XY向移动的XY滑台、用来带动XY滑台移动的滑台驱动装置、安装于XY滑台上方相对底座位置固定处且每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台上的两个以上清晰LED芯片图像信号的粗定位相机、安装于XY滑台上方相对底座位置固定处且每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台上的一个清晰LED芯片图像信号的精定位相机以及连接于粗定位相机、精定位相机和滑台驱动装置之间的计算机控制装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体芯片的检测定位系统，特别是一种适合用于LED芯片检测技术领域的LED芯片视觉伺服二次定位系统，是检测机、分拣机、固晶机等设备的定位系统。
背景技术
目前，在国际与国内LED芯片检测领域，视觉伺服定位技术是热点又是难点。尽管国外已研制出成型的LED芯片检测机、固晶机等设备，但其采用单相机定位，检测定位精度和准确性远没有达到5um以下，特别是固晶机定位精度，目前国内定位精度约为38um左右。理论上一个相机的一次定位存在固有的定位精度差，定位速度慢的固疾。因为一个相机没有粗精定位过程，本身定位不可能准确；且当视野变化时（这里指扫描定位和零点定位时视野必须变化），要调整相机焦距即运动平台的Z坐标，致使时间上延误且运动平台费用增加。
因此，在以往的应用中均采用单相机定位，由于LED芯片定位不准确，无法可靠实现LED芯片脚正负极准确对位检测，因此常使正常可用的LED芯片被误检为费品，人为产生报费损失，一次直接损失就是1万多元。再加上定位速度慢，生产效率低等损失，年损失达几十万元。
发明内容
为了解决现有技术中由于单相机定位精度低、定位速度慢，无法可靠实现LED芯片脚正负极准确对位检测，致使芯片的误检率增加，人为产生报费损失大的问题，本实用新型提供了一种LED芯片视觉伺服二次定位系统，它可提高LED芯片的定位速度和定位精度，降低LED芯片的误检率，提高生产效益。
本实用新型技术方案是这样构成的：一种LED芯片视觉伺服二次定位系统，其特征在于：它包括底座、安装于底座上的用来放置LED芯片并能带动LED芯片做XY向移动的XY滑台、用来带动XY滑台移动的滑台驱动装置、安装于XY滑台上方相对底座位置固定处且每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台上的两个以上清晰LED芯片图像信号的粗定位相机、安装于XY滑台上方相对底座位置固定处且每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台上的一个清晰LED芯片图像信号的精定位相机以及连接于粗定位相机、精定位相机和滑台驱动装置之间的计算机控制装置；
所述计算机控制装置包含以下模块：①模板匹配粗定位模块：与粗定位相机连接，能接收粗定位相机每次拍摄的图像信号，并根据该图像信号利用模板匹配算法粗略计算各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc；②模板匹配精定位模块：与精定位相机连接，能接收精定位相机每次拍摄的图像信号，并根据该图像信号利用模板匹配算法精确计算各个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj以及各个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY；③中央处理模块：连接于模板匹配粗定位模块、模板匹配精定位模块及滑台驱动装置之间，能先接收模板匹配粗定位模块计算获得的各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc并储存至存储模块，接着根据该粗略坐标位置Xc、Yc通过滑台驱动控制装置控制XY滑台移动，使XY滑台依次带动各个LED芯片中心移动至精定位相机的拍摄中心，驱动精定位相机依次对各个LED芯片进行拍摄并通过模板匹配精定位模块计算各个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj以及精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY，根据各个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY通过滑台驱动控制装置控制XY滑台移动，使XY滑台带动各个LED芯片中心精确对位；④存储模块：与中央处理模块连接，能存储各个LED芯片的粗略坐标位置Xc、Yc、精确坐标位置Xj、Yj以及精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY。
本实用新型上述技术方案中，所述滑台驱动装置包括伺服电机、伺服驱动器、运动控制卡及光栅尺；伺服电机、伺服驱动器及运动控制卡依次连接于XY滑台和中央处理模块之间并根据中央处理模块的指令带动XY滑台移动；光栅尺安装于XY滑台上以检测XY滑台的位移情况；光栅尺与运动控制卡连接以将其检测到的XY滑台位移情况反馈给运动控制卡。
所述粗定位相机采用低放大倍率的镜头，精定位相机采用高放大倍率的镜头。
较之现有技术而言，本实用新型的优点在于：
（1）本实用新型不仅可提高LED芯片的定位速度和定位精度，降低LED芯片的误检率，使检测定位的合格率百分百，提高生产效益，还能够对LED芯片进行旋转定位，两相机粗精检测减少了自动对焦程序提讥效率真。
（2）本实用新型减少了XY滑台的调焦z轴定位，降低了机器的生产成本。按每台节约成本1万元计算，年产各款检测机5000台，效益就是5000万，大大提高了生产效益。
附图说明
图1是是单个LED芯片的图像，也是模板匹配粗定位模块和模板匹配精定位模块中用以匹配定位的模板。
图2是典型的粗定位相机的视野范围，图中包含9个LED芯片。
图3是本实用新型LED芯片视觉伺服二次定位系统的原理框图。
图4是本实用新型LED芯片视觉伺服二次定位系统的结构示意图。
图5是模板匹配粗定位模块和模板匹配精定位模块中模板匹配算法的一种程序流程图。
图中标号说明：1、底座，2、XY滑台，3、粗定位相机，4、精定位相机，5、模板匹配粗定位模块，6、模板匹配精定位模块，7、中央处理模块，8、存储模块，9、伺服电机，10、伺服驱动器，11、运动控制卡，12、光栅尺，13、载有LED芯片的晶圆，14、粗定位相机的镜头，15、精定位相机的镜头。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型内容进行详细说明：
一、具体实施方式一：
如图3-图4所示为本实用新型提供的一种LED芯片视觉伺服二次定位系统，其特征在于：它包括底座1、安装于底座1上的用来放置LED芯片并能带动LED芯片做XY向移动的XY滑台2、用来带动XY滑台2移动的滑台驱动装置、安装于XY滑台2上方相对底座1位置固定处且每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台2上的两个以上清晰LED芯片图像信号的粗定位相机3、安装于XY滑台2上方相对底座1位置固定处且每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台2上的一个清晰LED芯片图像信号的精定位相机4以及连接于粗定位相机3、精定位相机4和滑台驱动装置之间的计算机控制装置；
所述计算机控制装置包含以下模块：①模板匹配粗定位模块5：与粗定位相机3连接，能接收粗定位相机3每次拍摄的图像信号，并根据该图像信号利用模板匹配算法粗略计算各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc；②模板匹配精定位模块6：与精定位相机4连接，能接收精定位相机4每次拍摄的图像信号，并根据该图像信号利用模板匹配算法精确计算各个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj以及各个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY；③中央处理模块7：连接于模板匹配粗定位模块5、模板匹配精定位模块6及滑台驱动装置之间，能先接收模板匹配粗定位模块5计算获得的各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc并储存至存储模块8，接着根据该粗略坐标位置Xc、Yc通过滑台驱动控制装置控制XY滑台2移动，使XY滑台2依次带动各个LED芯片中心移动至精定位相机4的拍摄中心，驱动精定位相机4依次对各个LED芯片进行拍摄并通过模板匹配精定位模块6计算各个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj以及精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY，根据各个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY通过滑台驱动控制装置控制XY滑台2移动，使XY滑台2带动各个LED芯片中心精确对位；④存储模块8：与中央处理模块7连接，能存储各个LED芯片的粗略坐标位置Xc、Yc、精确坐标位置Xj、Yj以及精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY。
所述滑台驱动装置包括伺服电机9、伺服驱动器10、运动控制卡11及光栅尺12；伺服电机9、伺服驱动器10及运动控制卡11依次连接于XY滑台2和中央处理模块7之间并根据中央处理模块7的指令带动XY滑台2移动；光栅尺12安装于XY滑台2上以检测XY滑台2的位移情况；光栅尺12与运动控制卡11连接以将其检测到的XY滑台2位移情况反馈给运动控制卡11。
所述粗定位相机3采用低放大倍率的镜头（如1倍放大倍率的镜头），精定位相机4采用高放大倍率的镜头（如5倍放大倍率的镜头）。
二、具体实施方式二：
用具体实施方式一所述的LED芯片视觉伺服二次定位系统进行LED芯片精确定位的定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：
1、初始化：调整好粗定位相机3，使粗定位相机3的视野和焦距满足在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台2上的两个以上清晰LED芯片图像信号的的要求；同样调整好精定位相机4，使精定位相机4的视野和焦距满足在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台2上的一个清晰LED芯片图像信号的要求；
2、一次识别定位：
①首先由粗定位相机3进行第一次拍摄，并将拍摄的第一组LED芯片的图像信号传输给计算机控制装置，计算机控制装置通过模板匹配粗定位模块5对图像信号进行识别，并利用模板匹配算法粗略计算出第一组LED芯片中各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc；
每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台2上的两个以上清晰LED芯片图像信号的粗定位相机3
②之后中央处理模块7通过滑台驱动装置驱动XY滑台2移动，使XY滑台2带动第二组LED芯片移动至粗定位相机3拍摄区域，驱动粗定位相机3进行第二次拍摄，并将拍摄的第二组LED芯片的图像信号传输给计算机控制装置，计算机控制装置通过模板匹配粗定位模块5对图像信号进行识别，并利用模板匹配算法粗略计算出第二组LED芯片中各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc；
③接着以此类推，按照一次识别定位中步骤②的方法，粗定位相机3、中央处理模块7、模板匹配粗定位模块5、滑台驱动装置及XY滑台2相互配合依次拍摄并计算出其余各组LED芯片的各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc后，将计算获得的各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc存入存储模块8中；
一次识别定位时，载有LED芯片的晶圆13放置于XY滑台2上，按照粗定位相机3每次能在同一个视野范围内拍摄的LED芯片的数量将LED芯片分为多组，依次进行拍摄，每组LED芯片中包含的LED芯片的数量与粗定位相机3每次能在同一个视野范围内拍摄的LED芯片的数量一致，如图2中，每组LED芯片中包含9个LED芯片。
3、二次识别定位：
①中央处理模块7调取一次识别定位获得并存入存储模块8的各个LED芯片中心的粗略坐标位置Xc、Yc，根据该粗略坐标位置Xc、Yc驱动XY滑台2，使第一组LED芯片的第一个LED芯片中心位置移到精定位相机4的拍摄中心，并以此为零点；之后中央处理模块7触发精定位相机4进行第一次拍摄，并将拍摄的第一组LED芯片的第一个LED芯片的图像信号传输给计算机控制装置，计算机控制装置通过模板匹配精定位模块6对图像信号进行识别，计算出第一组LED芯片的第一个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj，再与原粗略坐标位置Xc、Yc比较得到精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY，中央处理模块7根据该偏差坐标ΔX、ΔY通过滑台驱动装置驱动XY滑台2移动，使XY滑台2带动第一组LED芯片的第一个LED芯片中心精确对位；
②接着中央处理模块7驱动XY滑台2，使第一组LED芯片的第二个LED芯片中心位置移到精定位相机4的拍摄中心；之后中央处理模块7触发精定位相机4进行第二次拍摄，并将拍摄的第一组LED芯片的第二个LED芯片的图像信号传输给计算机控制装置，由计算机控制装置通过模板匹配精定位模块6对图像信号进行识别，计算出第一组LED芯片的第二个LED芯片中心的精确坐标位置Xj、Yj，再与原粗略坐标位置Xc、Yc比较得到精确坐标位置Xj、Yj与粗略坐标位置Xc、Yc的偏差坐标ΔX、ΔY，中央处理模块7根据该偏差坐标ΔX、ΔY通过滑台驱动装置驱动XY滑台2移动，使XY滑台2带动第一组LED芯片的第二个LED芯片中心精确对位；
③之后以此类推，按照二次识别定位中步骤②的方法，中央处理模块7、精定位相机4、模板匹配精定位模块6、滑台驱动装置及XY滑台2相互配合依次完成第一组LED芯片的其余各个LED芯片中心以及其余各组LED芯片的各个LED芯片中心的精确对位。
在模板匹配粗定位模块5和模板匹配精定位模块6中，采用以下小波点模板匹配算法作为模板匹配算法：先利用db1小波将拍摄的LED芯片图像进行多尺度分解，得到水平、垂直和对角线的小波系数；然后，对分解系数分别进行多尺度的分步移位相关，阈值化后得到水平、垂直和对角线边缘的二值位置图；最后，利用得到的水平、垂直和对角线图像构建完整的LED芯片角点图像，提取LED芯片图像的角点特征；对提取的LED芯片图像角点，采取局部匹配加全局匹配的两步匹配搜索策略，利用最小二乘法进行偏置参数的精确计算实现点模式匹配，利用VC编程实现LED芯片定位标记的点模式匹配程序，从而实现高精度定位。模板匹配算法的程序流程图参见图5所示。
在具体实施时，模板匹配粗定位模块5和模板匹配精定位模块6也可以采用现有的灰度模板匹配算法或几何模板匹配算法或其它各种模板匹配算法。
Claims (3)
1.一种LED芯片视觉伺服二次定位系统，其特征在于：它包括底座（1）、安装于底座（1）上的用来放置LED芯片并能带动LED芯片做XY向移动的XY滑台（2）、用来带动XY滑台（2）移动的滑台驱动装置、安装于XY滑台（2）上方相对底座（1）位置固定处且每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台（2）上的两个以上清晰LED芯片图像信号的粗定位相机（3）、安装于XY滑台（2）上方相对底座（1）位置固定处且每次能在同一个视野范围内拍摄位于XY滑台（2）上的一个清晰LED芯片图像信号的精定位相机（4）以及连接于粗定位相机（3）、精定位相机（4）和滑台驱动装置之间的计算机控制装置。
2.根据权利要求1所述的LED芯片视觉伺服二次定位系统，其特征在于：所述滑台驱动装置包括伺服电机（9）、伺服驱动器（10）、运动控制卡（11）及光栅尺（12）；XY滑台（2）、伺服电机（9）、伺服驱动器（10）及运动控制卡（11）依次连接；光栅尺（12）安装于XY滑台（2）上以检测XY滑台（2）的位移情况；光栅尺（12）与运动控制卡（11）连接以将其检测到的XY滑台（2）位移情况反馈给运动控制卡（11）。
3.根据权利要求1所述的LED芯片视觉伺服二次定位系统，其特征在于：所述粗定位相机（3）采用低放大倍率的镜头，精定位相机（4）采用高放大倍率的镜头。
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| CN114801509A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-07-29 | 北京博示电子科技有限责任公司 | 一种原点定位机构 |
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| CN114801509B (zh) * | 2022-05-23 | 2023-03-14 | 北京博示电子科技有限责任公司 | 一种原点定位机构 |
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