TWI507660B - 發光二極體元件的三維視覺檢查方法及三維視覺檢查裝置 - Google Patents

Description

發光二極體元件的三維視覺檢查方法及三維視覺檢查裝置

本發明是有關於一種發光二極體元件的三維視覺檢查裝置及視覺檢查方法，更具體地說，本發明之發光二極體元件的三維視覺檢查裝置及視覺檢查方法能夠準確快速地檢查塗敷在發光二極體元件的半透明體的高度。

一般來說，發光二極體(LED：Light Emitting Diode)、印刷電路板(PCB)的高度檢查裝置在檢查了元件浮起或傾斜之類的貼裝狀態後根據檢查結果移送到下一個製程。

進行高度檢查的三維視覺檢查方法通常如下，通過輸送帶把檢查對象水平移送後在位置調整裝置調節初始位置，調節完畢後，具有格子花紋結構的照明燈對發光二極體元件或印刷電路板進行照射，由相機拍下所照射光線的形態後檢查高度。

之後，高度檢查裝置對攝影部分的高度進行演算並且與基準值比較，然後與高度相關地針對發光二極體元件及貼裝良好與否進行檢查，或者針對表面貼裝元件的貼裝與否進行檢查。

前述高度檢查裝置使用基於狹縫光束的光三角法或疊紋(Moire)技術，這些技術都測量二維形狀並利用三角函數計算三維高度或者利用相移(Phase-shifting)計算。

基於疊紋方式的三維形狀測量方法則通過格子照射光線並且針對所照射光線照在檢查對象表面後形成的影子形狀進行分析，從而測量三維高度。因此，對於利用結構光的高度檢查裝置來說，針對照射光所造成的影子樣式(Pattern)進行準確區分是一個非常重要的要素。

一般發光二極體發光元件包括：收容筒部、引腳部及塗敷在上述收容筒部內的螢光體。

一般來說，上述螢光體是在環氧樹脂之類的樹脂上混合螢光物質後構成的半透明材質。然而，為了檢查塗敷了螢光體的發光二極體元件的高度而照射光線時，由於螢光體的透光而使得光線無法從螢光體表面完全反射，一部分則透射後在收容筒部的底部反射。該光線透射隨着螢光體的濃度而不同，用相機拍攝所反射的光線時很難準確地測量螢光體的表面高度。

本發明的目的，即在提供一種發光二極體元件的視覺檢查裝置及檢查方法，其能夠準確地測量塗敷在發光二極體元件的半透明材質的螢光體表面高度。

本發明的另一個目的為，即在提供一種視覺檢查裝置及檢查方法，其能夠快速地檢查螢光體表面高度。

本發明的再一個目的為，即在提供一種視覺檢查裝置及檢查方法，即使改變了螢光體的濃度也能準確地快速測量螢光體的高度。

能夠達到上述目的的本發明之發光二極體元件的三維視覺檢查裝置是一種發光二極體元件的視覺檢查裝置，其利用相機拍攝照射了格子花紋的發光二極體元件後判別良好與否，包括：工作台(stage)部，把上述發光二極體元件固定在檢查位置或移送到檢查位置；照明部，位於上述工作台部的上部，為上述發光二極體元件提供照明；中央相機部，位於上述照明部的中心，獲取發光二極體元件的二維形狀；側部相機部，配置在上述中央相機部的側部；格子花紋照射部，配置在上述中央相機部的側部；格子視覺處理部，判讀上述中央相機部所拍攝的影像後測量上述發光二極體元件的高度；實際高度測量部，測量上述發光二極體元件的實際高度；良好與否判斷部，利用來自上述格子視覺處理部與實際高度測量部的測量結果來判斷元件的良好與否；控制部，控制上述各構成要素。在此，上述實際高度測量部可以由共軛焦(Confocal)傳感器或雷射傳感器構成。

較佳地，上述良好與否判斷部把來自上述格子視覺處理部的發光二極體元件高度值與來自實際高度測量部的元件高度值之間的差異加以反映後判斷發光二極體元件的良好與否。在此，上述實際高度測量部測量塗敷在發光二極體元件的半透明體材料的高度。

較佳地，上述實際高度測量部沿着上述半透明體材料的中心部測量高度。或者，上述實際高度測量部由傳感器構成，該傳感器檢測兩種物質相接的境界面所反射的光線後測量高度。

另一方面，本發明之發光二極體元件的視覺檢查方法，利用 相機拍攝發光二極體元件後判別良好與否，包括下列步驟：在被移送到檢查位置的複數發光二極體元件中測量某一元件的實際高度；照射格子花紋測量上述某一發光二極體元件高度；計算上述格子花紋照射所測到的高度與實際高度之間的補償係數；對於上述複數發光二集體元件中的其餘發光二極體元件照射格子花紋後測量高度；在上述其餘發光二極體元件的高度反映上述補償係數後判斷元件的良好與否。

較佳地，上述發光二極體元件的實際高度由共軛焦傳感器或雷射傳感器測量。在此，上述複數發光二極體元件中某一元件實際高度的測量步驟可以是測量塗敷在上述某一發光二極體元件的半透明體材料的高度的步驟。

較佳地，上述實際高度測量步驟是沿着上述半透明體材料的中心部測量高度的步驟。或者，上述發光二極體元件的實際高度由傳感器測量，該傳感器檢測兩種物質相接的境界面所反射的光線後測量高度。

本發明能夠準確地測量塗敷在發光二極體元件的半透明材質的螢光體表面高度。而且，能夠迅速地檢查螢光體表面高度。而且，即使改變了螢光體的濃度也能準確地快速測量螢光體的高度。

10‧‧‧發光二極體元件

12‧‧‧螢光體

14‧‧‧引腳部

16‧‧‧收容筒部

20‧‧‧工作台部

30‧‧‧照明部

40‧‧‧中央相機部

50‧‧‧側部相機部

60‧‧‧格子花紋照射部

70‧‧‧格子視覺處理部

80‧‧‧實際高度測量部

90‧‧‧良好與否判斷部

95‧‧‧控制部

第1圖是本發明視覺檢查裝置的概略側剖視圖，第2圖是搭載了複數發光二極體元件的基板的頂視圖，第3(a)圖是發光二極體元件的頂視圖，第3(b)圖是發光二極體元件的側剖視圖， 第4(a)圖是憑藉格子花紋照射對發光二極體元件高度進行測量後測到的高度數據，第4(b)圖是憑藉共軛焦傳感器對發光二極體元件高度進行測量後測到的高度數據，第5圖是本發明之發光二極體元件的視覺檢查方法流程圖。

有關本發明之前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在此附帶一提的是，本說明書及申請專利範圍中所用術語或詞彙的解釋不能限定於通常意義或詞典意義，發明人可以為了使用最佳方法闡釋其發明而適當地定義相關術語之概念，基於該原則，本說明書及申請專利範圍中所用術語或詞彙應該按照符合本發明之技術思想的含義與概念來解釋。

因此，本說明書記載的實施例僅為本發明之較佳實施例，並沒有揭示本發明之全部技術思想，在本發明專利申請時可以出現各種可替代的均等物與變形例。

第1圖是本發明三維視覺檢查裝置的概略側剖視圖，第2圖是搭載了複數發光二極體元件的基板的頂視圖，第3(a)圖是發光二極體元件的頂視圖，第3(b)圖是發光二極體元件的側剖視圖。

請參閱第1圖到第3圖，本發明之發光二極體元件的三維視覺檢查裝置利用相機拍攝發光二極體元件後判別良好與否，包括：工作台部20，把上述發光二極體元件10固定在檢查位置或移送到檢查位置；照明部 30，位於上述工作台部20的上部，為上述發光二極體元件提供照明；中央相機部40，位於上述照明部30的中心，獲取發光二極體元件的二維形狀；側部相機部50，配置在上述中央相機部40的側部；格子花紋照射部60，配置在上述中央相機部40的側部；格子視覺處理部70，判讀上述中央相機部40所拍攝的影像後測量上述發光二極體元件的高度；實際高度測量部，測量上述發光二極體元件的實際高度80；良好與否判斷部90，利用來自上述格子視覺處理部70與實際高度測量部80的測量結果來判斷元件的良好與否；控制部95，控制上述各構成要素。

本發明之發光二極體元件的視覺檢查裝置以下列方式安裝，在發光二極體元件的製造過程中針對完成了螢光體塗敷作業的發光二極體元件進行檢查時，在透過前一個設備的輸送帶向下一個製程移動之前進行檢查。

前述視覺檢查裝置可以按照配置在前、後設備的輸送帶與輸送帶之間所形成的空間的方式安裝，或者不與前、後設備有關聯地以單獨的台(Table)形態使用。

在此，上述工作台部20是一構成要素，其能夠為待檢查的發光二極體元件提供安置空間，其包括：調節並固定上述發光二極體元件位置的位置調節部(未圖示)及固定部(未圖示)等。

在此，照明部30在上述工作台部20的上部以上述中央相機部40為中心沿着圓周方向連續地或間歇地安裝。

上述照明部30是一構成要素，其為了得到準確的上述發光二極體元件影像資料而提供照明，可以配置複數燈或多個發光二極體電燈後 從四面八方對上述發光二極體元件提供照明。上述照明部30包括水平照明部與傾斜照明部。

在此，上述水平照明部被安裝在上述工作台20的上部並且提供垂直入射到發光二極體元件的光線。上述傾斜照明部被配置在上述水平照明部的側部並且提供傾斜方向的光線。上述中央相機部40是一種平面地拍攝發光二極體元件的構成要素，較佳地，由CCD(charge coupled device)相機構成。

在憑藉上述中央相機部40實行發光二極體元件的二維檢查的同時，可以拍下上述格子花紋照射部60所照射的格子花紋的變形程度後測量檢查對象的高度。在上述中央相機部40的側部配置側部相機部50以檢查發光二極體元件的反貼、缺件等不良。上述格子花紋照射部60對上述發光二極體元件照射格子花紋後測量高度。因此，透過上述控制部95的控制讓格子形狀的花紋照射到發光二極體元件上，利用上述中央相機部40拍攝上述格子形狀花紋的變形程度後利用上述格子視覺處理部70計算，從而測量元件的高度。上述格子視覺處理部70針對投影了獲自上述相機部的複數張格子圖像的檢查對象影像資料進行處理後計算高度值。然後，與事先輸入的基準值進行比較後由上述良好與否判斷部90判斷檢查對象的良好與否。而且，上述控制部95作為一個構成要素而包括能夠控制上述工作台部20、相機部的驅動與動作的動作(motion)控制器，該控制部95可以控制本發明視覺檢查裝置的整體驅動。上述控制部95不僅根據系統控制程式進行視覺檢查裝置的攝影位置控制、所攝影像的處理及照明部控制等物理性控制，還實行檢查作業及數據演算作業。而且，上述控制部95負責視覺檢查 裝置的整體控制，包括：為了把作業內容與檢查結果輸出到監控器而進行的輸出裝置控制、為了讓操作員設定並輸入諸多事項而進行的輸入裝置控制等。

第3圖所示發光二極體元件包括引腳部14、收容筒部16及塗敷在上述收容筒部的半透明的螢光體12。一般來說，上述螢光體12是在環氧樹脂之類的樹脂上混合螢光物質後構成的近乎透明的材質，上述螢光體吸收其材質所特有的一定波長帶的光線並且把更高波長帶的光線加以反射。因此，螢光體材質所特有的一定波長帶以外的波長領域的光線將大部分透射上述螢光體。由於上述原因，為了檢查塗敷了螢光體的發光二極體元件的高度而照射光線時，如果上述螢光體的濃度較濃則在第3(b)圖的C部分反射光線，如果濃度較稀則在更深的D部分反射。

因此，對上述發光二極體元件照射格子花紋後測量高度時，會測到如第4(a)圖所示的數據。

另一方面，利用共軛焦傳感器或雷射傳感器測量上述發光二極體元件的表面高度時，如第4(b)圖所示地測量實際的表面高度。

或者，上述發光二極體元件的實際表面高度除了由共軛焦傳感器或雷射傳感器測量以外，還可以使用下列傳感器測量，其檢測互不相同的兩種物質相接的境界面所反射的光線後測量高度(通過相對距離計算高度)。重要的是，使用了能夠測量發光二極體元件的實際表面高度的構成要素，具體的傳感器種類則沒有限制。因此，測量發光二極體元件的實際表面高度時，雖然可以利用共軛焦傳感器或雷射傳感器等掃描表面後測量高度，但測量發光二極體元件表面高度後判斷良好與否時所需時間太長。

因此，本發明在第2圖所示發光二極體元件基板利用共軛焦傳感器或雷射傳感器掃描代表元件P並且利用格子花紋照射測量元件高度並進行補償，其餘元件則照射格子花紋並且反映基於上述補償的補償值，計算元件高度並判斷良好與否，從而能夠在大幅減少檢查所需時間的情形下準確地測量元件高度。在此，針對上述代表元件P進行共軛焦傳感器或雷射傳感器掃描時，可以掃描元件的中心線(A-A或B-B線)。

第5圖是一流程圖，圖示了本發明之發光二極體元件的視覺檢查方法。先參閱第5圖說明本發明之發光二極體元件的三維視覺檢查方法。本發明之發光二極體元件的視覺檢查方法利用相機拍攝發光二極體元件後判別良好與否，包括下列步驟：針對被移送(S10)到檢查位置的複數發光二極體元件中具有代表性的某一元件P測量實際高度(S20)；照射格子花紋後測量上述某一發光二極體元件P高度(S30)；計算上述格子花紋照射所測到的高度與實際高度之間的補償係數(S40)；對於上述複數發光二極體元件中的其餘發光二極體元件照射格子花紋後測量高度(S50)；在上述其餘發光二極體元件的高度反映上述補償係數後判斷元件的良好與否(S60)。

在此，在上述代表元件P照射格子花紋後測量高度的步驟中，可以只針對上述代表元件P照射格子花紋後測量高度，也可以對包括上述代表元件在內的整體基板的發光二極體元件照射格子花紋後測量代表元件P的高度。亦即，透過共軛焦傳感器或雷射傳感器只掃描上述代表元件P後測量實際表面高度，格子花紋的照射則針對第2圖所示整體發光二極體元件基板實行後透過格子花紋照射求得上述代表元件P的表面高度，然後從上述代表元件P計算補償系數，在格子花紋照射所測到的其餘發光二極體元件 的高度反映上述補償系數後判斷良好與否。

因此，可以同時實行針對上述代表元件的基於格子花紋照射的高度測量(S30)與針對其餘元件的高度測量(S50)，重要的是，針對代表元件的實際表面高度由共軛焦傳感器或雷射傳感器等能夠測量實際表面高度的構成要素進行測量，憑藉代表元件的格子花紋照射所測到的表面高度求得補償系數，然後在針對其餘元件的格子花紋照射所測到的表面高度反映上述補償系數，至於其具體順序等內容可以進行各種變形。

對於發光二極體元件的螢光體濃度，如果是第2圖所示同一基板內所包含的元件則通常整體相同，而每個基板則可以稍微不同。因此，針對同一基板所包含的發光二極體元件中代表元件的實際高度進行測量並計算補償系數，就能適用於包含在同一基板內的其餘元件。

雖然本發明已利用上述有限的實例與圖式詳細揭示，然其並非用以限定本發明之技術思想，凡本發明所屬技術領域具通常知識者，在不脫離本發明之技術思想與下述申請專利範圍內可作為各種更動及修改。

20‧‧‧工作台部

30‧‧‧照明部

40‧‧‧中央相機部

50‧‧‧側部相機部

60‧‧‧格子花紋照射部

70‧‧‧格子視覺處理部

80‧‧‧實際高度測量部

90‧‧‧良好與否判斷部

95‧‧‧控制部

Claims (13)

1. 一種發光二極體元件的三維視覺檢查裝置，利用相機拍攝發光二集體元件後判別良好與否，其包括：工作台部，把上述發光二極體元件固定在檢查位置或移送到檢查位置；照明部，位於上述工作台部的上部，為上述發光二極體元件提供照明；中央相機部，位於上述照明部的中心，獲取發光二極體元件的二維形狀；側部相機部，配置在上述中央相機部的側部；格子花紋照射部，配置在上述中央相機部的側部；格子視覺處理部，判讀上述中央相機部所拍攝的影像後測量上述發光二極體元件的高度；實際高度測量部，測量上述發光二極體元件的實際高度；良好與否判斷部，利用來自上述格子視覺處理部與實際高度測量部的測量結果來判斷元件的良好與否；控制部，控制上述各構成要素。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查裝置，其中，上述實際高度測量部是共軛焦傳感器。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查裝置，其中，上述實際高度測量部是雷射傳感器。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查裝置，其中，上述良好與否判斷部反映來自上述格子視覺處理部的發光二極體元件高度值與來自實際高度測量部的元件高度值之間的差異後判斷發光二極體元件的良好與否。
5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查裝置，其中，上述實際高度測量部測量塗敷在發光二極體元件的半透明體材料的高度。
6. 如申請專利範圍第5項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查裝置，其中，上述實際高度測量部沿着上述半透明體材料的中心部測量高度。
7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查裝置，其中，上述實際高度測量部是傳感器，該傳感器檢測兩種物質相接的境界面所反射的光線後測量高度。
8. 一種發光二極體元件的三維視覺檢查方法，利用相機拍攝發光二極體元件後判別良好與否，包括下列步驟：在被移送到檢查位置的複數發光二極體元件中測量某一元件的實際高度；照射格子花紋測量上述某一發光二極體元件高度；計算上述格子花紋照射所測到的高度與實際高度之間的補償係數；對於上述複數發光二極體元件中的其餘發光二極體元件照射格子花紋後測量高度；在上述其餘發光二極體元件的高度反映上述補償係數後判斷元件的良好與否。
9. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查方法，其中，上述發光二極體元件的實際高度由共軛焦傳感器測量。
10. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查方法，其中，上述發光二極體元件的實際高度由雷射傳感器測量。
11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查 方法，其中，上述複數發光二極體元件中某一元件實際高度的測量步驟是測量塗敷在上述某一發光二極體元件的半透明體材料的高度的步驟。
12. 如申請專利範圍第11項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查方法，其中，上述實際高度測量步驟是沿着上述半透明體材料的中心部測量高度的步驟。
13. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體元件的三維視覺檢查方法，其中，上述發光二極體元件的實際高度由傳感器測量，該傳感器檢測兩種物質相接的境界面所反射的光線後測量高度。