CN215931691U - 基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，横向滑动组件包括互相匹配的横向滑轨和横向滑块，横向滑块与载物台固定连接，且带动载物台沿横向滑轨长度方向滑动，纵向滑动组件设置在横向滑动组件上方，纵向滑动组件包括互相匹配的纵向滑轨和纵向滑块，纵向滑块与传动件固定连接，且带动传动件沿纵向滑轨长度方向滑动，升降滑动组件包括互相匹配的升降滑轨和升降滑块，纵向滑块与升降滑块通过传动件连接，升降滑轨固定光源装置，且带动光源装置上下移动，本实用新型提高了倒装焊芯片的检测时的位置精度，进而提高检测效率，降低了人工检测的劳动强度。

Description

基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及产品表面缺陷检测技术领域，具体而言，涉及一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置。

背景技术

由于近几年中美贸易摩擦不断升级，美国利用国家手段打击中国芯片制造企业，从中兴到华为，中美贸易战的爆发暴露了中国在芯片领域的巨大弊端。芯片承担着运算和存储的功能，是计算机、平板电脑与手机等电子产品中的核心硬件，也是国家信息安全的重要基础。虽然我国已经具备了中低端芯片的生产、研发的技术能力，但由于我国工业化起步晚，在先进技术及产业化能力特别是高端芯片制造业的技术实力与发达国家存在显著差距，致使国产芯片的研发与量产面临技术和市场的双重瓶颈，需要从国外进口大量高端芯片。互联网时代下，芯片产业的智能制造与自主可控能力建设对国家安全与经济发展意义重大。

倒装焊芯片产品由于规模集成度高、体积小、引脚数多等特点，使得倒装焊芯片内部包含成千上万个凸点，凸点的直径仅有百微米，1个凸点的失效就可能导致一颗价值几亿甚至几十亿的卫星报废，甚至造成一系列相关的损失，所以这就要求芯片及凸点必须经过严格的质量检验，以保证产品的可靠性。

针对倒装焊芯片产品在封装、测试的后道工序生产中，检测效率较低、人工检测困难以及质量追溯较难的问题，开展倒装焊芯片表面质量缺陷识别及自动在线检测技术的研究，显得尤为重要。

国内倒装焊芯片检验还以人工检验为主，由于芯片凸点结构尺寸小、检验员为保证检验质量，通常采用高倍率显微镜进行检验，但高倍显微镜景深有限，当聚焦到凸点顶部时，凸点的周围就显示模糊，为保证检验到凸点的所有表面，就需要频繁切换聚焦位置，这就加大了操作难度和检验难度，易造成凸点缺陷的漏检。

对于微电子封装来说，伴随着IC产品的小型化和多功能化发展，芯片倒装互连封装产业对于高密度倒装焊产品微结构凸点以及表面缺陷的智能化在线检测技术的应用研究已经成为了微电子封装可靠性探究中最为重要的方向之一。对于数字化倒装焊器件质量在线检测技术，国外的主要研发内容为针对倒装焊微小结构的三维成像以及智能化识别技术和针对数字化质量检测数据传输的产品身份编码识别技术。

佐治亚理工的Charles教授针对倒装芯片缺陷检测的研究研发了一套基于脉冲激光超声激励的倒装芯片缺陷检测系统，主要通过脉冲激光对倒装芯片进行了激励振动，再采用激光干涉仪对其振动信号进行检测。焊球的不同缺陷情况导致了其振动信号的差异。通过相关系数法等方法对缺陷焊球和完好焊球的振动信号进行比较，对缺陷进行定位以及识别。

但是该方法的检测步骤复杂，有效检测效率较低，仅适用于实验室进行产品研制与论证研究，不适应大批量生产检测。本方案设计和改进了检测机构与检测方法，以适用于批量产品检测需求。

实用新型内容

本实用新型旨在一定程度上解决上述技术问题。

有鉴于此，本实用新型提供了基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，提高了倒装焊芯片的检测时的位置精度，进而提高检测效率，降低了人工检测的劳动强度。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，包括载物台、传动件、横向滑动组件、纵向滑动组件、升降滑动组件和光源装置，所述横向滑动组件包括互相匹配的横向滑轨和横向滑块，所述横向滑块与所述载物台固定连接，且带动所述载物台沿所述横向滑轨长度方向滑动，所述纵向滑动组件设置在所述横向滑动组件上方，所述纵向滑动组件包括互相匹配的纵向滑轨和纵向滑块，所述纵向滑块与所述传动件固定连接，且带动所述传动件沿所述纵向滑轨长度方向滑动，所述升降滑动组件包括互相匹配的升降滑轨和升降滑块，所述纵向滑块与所述升降滑块通过所述传动件连接，所述升降滑轨固定所述光源装置，且带动所述光源装置上下移动。

进一步，还包括设置在所述载物台的上方用于检测的视觉系统。

进一步，所述光源装置包括LED灯体和设置于所述LED灯体外部的半封闭球形罩体。

进一步，所述纵向滑动组件有两组，两组所述纵向滑动组件分别设置于所述载物台两侧的上方。

进一步，所述横向滑动组件、所述纵向滑动组件和所述升降滑动组件形状结构相同。

进一步，所述纵向滑轨包括第一纵向支滑轨和第二纵向支滑轨，所述纵向滑块包括第一纵向支滑块和第二纵向支滑块，所述第一纵向支滑块与所述第一纵向支滑轨相匹配，所述第二纵向支滑轨与所述第二纵向支滑块相匹配。

进一步，所述纵向滑动组件还包括纵向驱动电机、传动螺旋轴和传动块，所述传动螺旋轴设置在所述第一纵向支滑轨和所述第二纵向支滑轨之间，所述传动块开设与所述传动螺旋轴相匹配的内螺纹，所述传动块旋拧在所述传动螺旋轴上，且固定连接所述传动件，所述纵向驱动电机的输出轴与所述传动螺旋轴同轴固定连接。

本实用新型的技术效果在于：本装置提高了倒装焊芯片的检测时的位置精度，进而提高检测效率，降低了人工检测的劳动强度，本系统解决的问题为解决现有倒装焊芯片机器视觉拍照自动化的问题。

附图说明

图1是根据本实用新型的一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置的前侧的立体图；

图2是根据本实用新型的一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置的后侧的立体图；

图3是根据本实用新型的一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置的纵向滑动组件的结构示意图。

其中，1-载物台；2-传动件；3-横向滑动组件；4-纵向滑动组件；5-升降滑动组件；6-光源装置；7-半封闭球形罩体；31-横向滑轨；32-横向滑块；41-纵向滑轨；42-纵向滑块；43-纵向驱动电机；44-传动螺旋轴；45-传动块；51-升降滑轨；52-升降滑块；411-第一纵向支滑轨；412-第二纵向支滑轨；421-第一纵向支滑块；422-第二纵向支滑块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图1和图2所示，一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，包括载物台1、传动件2、横向滑动组件3、纵向滑动组件4、升降滑动组件5 和光源装置6，横向滑动组件3包括互相匹配的横向滑轨31和横向滑块32，横向滑块32与载物台1固定连接，且带动载物台1沿横向滑轨31长度方向滑动，纵向滑动组件4设置在横向滑动组件3上方，纵向滑动组件4包括互相匹配的纵向滑轨41和纵向滑块42，纵向滑块42与传动件2固定连接，且带动传动件 2沿纵向滑轨41长度方向滑动，升降滑动组件5包括互相匹配的升降滑轨51 和升降滑块52，纵向滑块42与升降滑块52通过传动件2连接，升降滑轨51 固定光源装置6，且带动光源装置6沿升降滑轨51长度方向上下移动。

根据本实用新型的具体实施例，一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，包括载物台1、传动件2、横向滑动组件3、纵向滑动组件4、升降滑动组件5和光源装置6，将横向滑轨31设置在工作台(图中未显示)上，横向滑块32与横向滑轨31滑动连接，且横向滑块32与载物台1固定连接，使载物台1可沿横向滑轨31的长度方向进行移动，将需要进行检测的倒装焊芯片放置在载物台1上，通过横向滑块32与横向滑轨31的滑动连接关系，实现对倒装焊芯片位置的调整纵向滑动组件4设置在横向滑动组件3上方，纵向滑动组件4包括互相匹配的纵向滑轨41和纵向滑块42，支撑杆的底部设置在工作台上，支撑杆的顶部连接纵向滑轨41，以实现对纵向滑轨41的支撑，纵向滑块42与传动件2固定连接，且带动传动件2沿纵向滑轨41长度方向滑动，升降滑动组件5包括互相匹配的升降滑轨51和升降滑块52，纵向滑块42与升降滑块52通过传动件2连接，升降滑轨51固定光源装置6，上下移动升降滑轨，进而带动光源装置6上下移动，横向滑动组件3、纵向滑动组件4、升降滑动组件5，提高芯片与光源之间的位置的相对精度。

一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，还包括设置在载物台1的上方用于检测的视觉系统，视觉系统通过支撑组件与载物台1进行连接，视觉系统包括工业相机及镜头安装在桁架机械臂的的Z轴上，可以上下运动，以适应不同厚度的陶瓷基板、芯片对焦需要，再配合X、Y方向的运动，可以让相机移动到待检测物体的正上方，自动检测时，由机械臂将图像采集设备运送至每一个待检连接器上方，同时打开特定光源，然后程序控制摄像机获取待检连接器的影像，传入计算机的图像处理系统，通过软件的计算，将缺陷检测结果显示出来，该机械臂有效负载5kg，运动范围可达1000mm，最大移动速度 1m/s，可以满足图像采集装置移动需求。图像采集装置和环形光源通过螺钉安装在机械臂Z轴的前端图像采集装置可随龙门式机械臂在X、Y、Z三个方向运动，检测芯片贴放位置是否贴正，芯片、凸点和外壳等典型结构表面的质量缺陷，同时提高了倒装焊芯片的检测效率，降低了人工检测的劳动强度。

如图1所示，光源装置6包括LED灯体和设置于LED灯体外部的半封闭球形罩体7，半封闭球形罩体7对LED灯体进行保护，提高LED灯体的使用寿命。

如图1所示，纵向滑动组件4有两组，两组纵向滑动组件4分别设置于载物台1两侧的上方。

如图1所示，横向滑动组件3、纵向滑动组件4和升降滑动组件5形状结构相同，制作方便，方便操作人员调整。

如图1和图2所示，纵向滑轨41包括第一纵向支滑轨411和第二纵向支滑轨412，纵向滑块42包括第一纵向支滑块421和第二纵向支滑块422，第一纵向支滑块421与第一纵向支滑轨411相匹配，第二纵向支滑轨412与第二纵向支滑块422相匹配。

如图1和图3所示，纵向滑动组件4还包括纵向驱动电机43、传动螺旋轴 44和传动块45，传动螺旋轴44设置在第一纵向支滑轨411和第二纵向支滑轨 412，传动块45开设与传动螺旋轴44相匹配的内螺纹，传动块45旋拧在传动螺旋轴44上，且固定连接传动件2，纵向驱动电机43的输出轴与传动螺旋轴44同轴固定连接。

根据本实用新型的具体实施例，驱动电机43的输出轴与传动螺旋轴44同轴固定连接，驱动电机的输出轴旋转，进而带动传动螺旋轴44旋转，传动块 45开设与传动螺旋轴44相匹配的内螺纹，传动块45可旋拧在传动螺旋轴44 上，传动块45、第一纵向支滑块421和第二纵向支滑块422均固定连接传动件 2，启动驱动电机，传动件2在第一纵向支滑轨411和第二纵向支滑轨412的约束下进行移动。

一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测系统，包括如下步骤：S1：对一幅连接器图像，首先将该图像与其模板图像进行配准，通过图像差值法提取变化图像；S2：基于YOLO框架，将变化图像与原始图像合并作为YOLO 模型的输入，对连接器缺陷区域进行检测和识别；S3：检测和识别获得的数据包图像传输至计算机终端，针对现有倒装焊芯片封装测试过程中，表面缺陷需要人工在显微镜下逐一查看识别的问题，解决倒装焊芯片多种缺陷种类的自动拍照，图片处理、缺陷识别和图片存储的问题。

其中，步骤S4中，如果需要上传到网络服务器，可以采用Socket实现图像数据的传输，如果要接入MES，我们可以开放接口，供MES调用。解决了倒装焊芯片缺陷检测工序瓶颈，用自动识别、自动检测及自动记录的方式提高产出。提高检测结果的一致性，减少了人为因素对产品质量的影响，采用自动采集和提供接口方式实现质量数据的采集与共享。使得生产模式更适应当前多品种，小批量的订单现状。为芯片产品质量追溯和监控提供数据支持，有助于后期建立质量数据平台进行统一管理。

具体的，倒装焊芯片陶瓷基板最大尺寸为60*60mm,芯片最大尺寸为 25*25mm。

根据本实用新型的具体实施例，一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测系统，其中步骤S1包括：S11：图像亚像素程度配准，首先提取图像的角点和相应的特征描述子，然后进行特征点匹配，采用RANSAC去除错误的配准点对；S12：根据配准点对估计两幅图像的单应矩阵；S13：利用单应矩阵计算两幅图像之间的差值图，实现机器视觉成像以及表面缺陷自动在线检测，解决产品批量检测准确度低的问题。

以上实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，其特征在于，包括载物台、传动件、横向滑动组件、纵向滑动组件、升降滑动组件和光源装置，所述横向滑动组件包括互相匹配的横向滑轨和横向滑块，所述横向滑块与所述载物台固定连接，且带动所述载物台沿所述横向滑轨长度方向滑动，所述纵向滑动组件设置在所述横向滑动组件上方，所述纵向滑动组件包括互相匹配的纵向滑轨和纵向滑块，所述纵向滑块与所述传动件固定连接，且带动所述传动件沿所述纵向滑轨长度方向滑动，所述升降滑动组件包括互相匹配的升降滑轨和升降滑块，所述纵向滑块与所述升降滑块通过所述传动件连接，所述升降滑轨固定所述光源装置，且带动所述光源装置上下移动。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，其特征在于，还包括设置在所述载物台的上方用于检测的视觉系统。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，其特征在于，所述光源装置包括LED灯体和设置于所述LED灯体外部的半封闭球形罩体。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，其特征在于，所述纵向滑动组件有两组，两组所述纵向滑动组件分别设置于所述载物台两侧的上方。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，其特征在于，所述横向滑动组件、所述纵向滑动组件和所述升降滑动组件形状结构相同。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，其特征在于，所述纵向滑轨包括第一纵向支滑轨和第二纵向支滑轨，所述纵向滑块包括第一纵向支滑块和第二纵向支滑块，所述第一纵向支滑块与所述第一纵向支滑轨相匹配，所述第二纵向支滑轨与所述第二纵向支滑块相匹配。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的产品表面缺陷自动在线检测装置，其特征在于，所述纵向滑动组件还包括纵向驱动电机、传动螺旋轴和传动块，所述传动螺旋轴设置在所述第一纵向支滑轨和所述第二纵向支滑轨之间，所述传动块开设与所述传动螺旋轴相匹配的内螺纹，所述传动块旋拧在所述传动螺旋轴上，且固定连接所述传动件，所述纵向驱动电机的输出轴与所述传动螺旋轴同轴固定连接。

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