一種自動光學檢測方法及系統的製作方法
2023-08-09 04:57:21
專利名稱：一種自動光學檢測方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及自動光學檢測，特別涉及一種彌補電路板檢測中機械精度不足 的自動光學檢測方法及系統。
背景技術：
自動光學檢測AOI (Auto-Optical-Inspection)系統，即用光學手段獲取被測 物影像數據(一般通過攝像裝置獲得檢測物的圖像並數位化)，然後以特定方法 與預先建立的模板進行比較、分析、檢驗和判斷。在具體實現時，現有的自動光學檢測系統通過以下方式實現比較首先抓 取整個電路板的圖像並通過電路板上的兩個標記點(Mark)進行圖像分析，然 後根據上述分析結果重新計算電路板的坐標體系，然後根據新的坐標體系移動 到每一個預定位置抓取圖像後對對所述圖像直接進行分析。在這種情況下要求 機械運動的重複精度必須高於所要的測量精度。隨著電子產品的小型化和複雜化，自動光學檢測已經越來越顯示出它的不 可替代性。但同時也對檢測系統的精度提出了越來越高的要求。由於在檢測中 自動光學檢測系統的XY平臺要帶動圖像系統和電路板相互之間移動成百上千 次，因此檢測系統的機械運動的定位精度顯得尤其重要。如前所述，類似手機和筆記本電腦這樣小型而複雜的產品，圖像的解析度 必須在10微米以下，機械運動的重複精度必須小於這個數字，而對於在裝配中 的機械精度要求就更要小於這個數字。事實上，機械設備要達到這樣的要求是 非常艱難的，而且成本也很高。另外，在使用過程中由於不斷的磨損會造成檢 測系統的精度急劇下降，故障率會提高，測試的重複性越來越差，很快機器就會報廢。 發明內容本發明要解決的技術問題在於，針對上述自動光學檢測系統中機械精度要 求較高的問題，提供一種可彌補電路板檢測中機械精度不足的自動光學檢測方 法及系統。本發明解決上述技術問題的技術方案包括以下步驟(a) 採集待檢測物上的標記點並根據所述標記點及標記點模板計算整體坐標體系；(b) 參照所述整體坐標體系將待檢測物和/或圖像採集單元移動到預定位 置並採集檢測圖像，所述檢測圖像為包括冗餘區及待檢測區的圖像；(c) 在待檢測區對應的標準模板上確定一個或一個以上的特徵區作為子模 板，並在所述檢測圖像中分析査找所述子模板所對應的區域並把該區域作為參 照區，然後根據所述參照區計算局部坐標體系；(d) 使用所述局部坐標體系對照相應的標準模板對所述待檢測區進行分析檢測。在本發明所述的自動光學檢測方法中，所述檢測圖像中參照區位於待檢測 區中。在本發明所述的自動光學檢測方法中，所述檢測圖像中待檢測區佔據所述 檢測圖像面積的50%-98%，冗餘區佔據所述檢測圖像面積的2%-50%。在本發明所述的自動光學檢測方法中，所述子模板和參照區為任意平面形狀。在本發明所述的自動光學檢測方法中，還包括建立標記點模板和待檢測圖 像對應的標準模板，其中所述的標準模板包括有一個或一個以上的子模板。 本發明還提供一種自動光學檢測系統，包括存儲單元，用於存儲標記點模板和待檢測圖像對應的標準模板，其中所述 的標準模板包括有一個或一個以上的子模板；圖像採集裝置，用於採集圖像；機械運動裝置，用於移動待檢測物和/或圖像採集裝置；第一計算單元，用於根據圖像採集單元採集的待檢測物上的標記點及存儲單元中的標記點模板計算整體坐標體系；控制單元，用於控制圖像採集單元採集待檢測物上的標記點以及用於參照 所述整體坐標體系使機械運動裝置將待檢測物和/或圖像採集裝置移動到預定 位置後使圖像採集裝置採集檢測圖像，所述檢測圖像為包括冗餘區及待檢測區 的圖像；第二計算單元，用於在所述檢測圖像中分析査找與標準模板中的子模板所 對應的區域並把該區域作為參照區，然後根據所述參照區計算局部坐標體系；檢測分析單元，用於使用所述局部坐標體系參照檢測圖像的標準模板對所 述檢測圖像中的待檢測區進行檢測分析。在本發明所述的自動光學檢測系統中，所述檢測圖像中參照區位於待檢測 區中。在本發明所述的自動光學檢測系統中，所述檢測圖像中待檢測區佔據所述 檢測圖像面積的50%-98%，冗餘區佔據所述檢測圖像面積的2%-50%。在本發明所述的自動光學檢測系統中，所述子模板和參照區為任意平面形狀。在本發明所述的自動光學檢測系統中，還包括模板創建單元，用於建立標 記點模板和待檢測圖像對應的標準模板，其中所述的標準模板包括有一個或一 個以上的子模板並將所述模板存儲到存儲單元。本發明通過增大採集的圖像(即增加了冗餘區)，並在現有的整體坐標計算 的基礎上增加了待檢測區的二次局部坐標計算，從而避免了圖像採集過程中機 械運動的影響，增加了檢測的準確性。本發明增加了機械運動允許的誤差範圍， 使得機械精度可降低到原來的1/5或更低。本發明的自動光學檢測方法及系統，通過二次定位，使得機械精度可降低 到原來的1/5或更低。此外，本發明不僅降低了對機械部件的要求，而且機械部件的成本也同時降低，簡化了裝配和調試過程。本發明的自動光學檢測系統的 檢測成功率高，整個系統的製造成本可以是原來的一半或以下。在系統使用過 程中，由於不用擔心磨損造成精度不夠，可靠性和使用壽命會大大提高，同時 由於機械磨損所造成的故障率會極大地下降。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明自動光學檢測系統採集的檢測圖像的示意圖；圖2是所述檢測圖像對應的標準模板的示意圖；圖3是本發明自動光學檢測系統實施例的結構示意圖；圖4是本發明自動光學檢測方法實施例的流程示意圖；圖5是本發明自動光學檢測系統中機械運動裝置的結構示意圖。
具體實施方式
本發明的自動光學檢測方法及系統，在對待檢測區的圖像進行分析前，先 對該圖像做二次定位分析，從而降低了機械運動造成的偏差，提高了分析精度 及準確率。如圖3所示，是本發明自動光學檢測系統實施例的示意圖。在本實施例中， 系統包括機械運動單元31、圖像採集單元32、第一計算單元33、第二計算單元 34、控制單元35、檢測分析單元36以及存儲單元37，其中控制單元35用於控 制機械運動單元31的機械運動及圖像採集單元32的圖像採集過程。在本發明 的系統中還可包括現有裝置中的其他結構，例如設備底座、照射到待檢測物的 光源等。存儲單元37用於存儲模板，例如特定待檢測物上用於標記位置的標記點模 板或待檢測物上特定區域的檢測圖像的標準模板(如圖2所示)。在本實施例中， 檢測圖像的標準模板上除了包括待檢測區的標準圖像21外，還包括有用於定位的一個或多個子模板22(圖2中僅示出兩個)。通常參照區越多，檢測精度越大，但相應的計算量也越大。上述子模板22 —般為為標準模板上特徵明顯的部分，例如電路板基板上的空白區域等。在該存儲單元37中，檢測圖像的標準模板的數量與需檢測的區域的數量相同，例如可以是一個、二個或更多。
圖像採集裝置32用於採集圖像，即採集位於該圖像採集裝置32前方物體的圖像。在本實施例中，圖像採集裝置32為CCD或者具有類似圖像感應功能的攝像頭等。該圖像採集裝置32可通過變焦方式實現不同範圍物體的採集。
機械運動裝置31用於移動待檢測物和/或圖像採集裝置31。如圖5所示，在本實施例中，機械運動裝置31包括分別由電機驅動的縱嚮導軌51和橫嚮導軌52，其中橫嚮導軌52位於縱嚮導軌51的上方並與縱嚮導軌51垂直，待檢測物(例如電路板)固定在縱嚮導軌51上，圖像採集裝置32固定在橫嚮導軌52上並採集其下方物體的圖像。
第一計算單元33用於根據圖像採集單元32釆集的標記點(MARK)及存儲單元37中的標記點模板計算整體坐標體系。與現有技術類似，上述標記點位於待檢測物上， 一般包括兩個並分別位於待檢測物的對角位置。圖像採集裝置32每次攝取一個標記點，第一計算單元33通過兩次採集獲得的分別包括該兩個標記點圖像從而確定標記點的實際位置，然後將該兩個標記點的實際位置對照標記點模板計算整體坐標體系。當然，該第一計算單元33也可通過其他現有的標記及計算方式計算整體坐標體系。
控制單元35用於控制圖像採集單元32採集包括標記點的圖像以及用於參照整體坐標體系使機械運動裝置31將待檢測物和/或圖像採集裝置32移動到預定位置後使圖像採集裝置32採集檢測圖像(如圖1所示)，該檢測圖像為包括冗餘區11及待檢測區12 (例如電路板中的某一晶片)的圖像。在上述預定位置，圖像採集裝置32正對著電路板上的某一待檢測區域。
在本實施例中，該檢測圖像中待檢測區12佔據整個圖像面積的大50%-98%，而冗餘區11則佔據整個圖像面積的2%-50%。這樣，即使機械運動裝置31在運動時存在偏差，也能將待檢測物的待檢測區的所有部分都採集到檢測圖像中。
第二計算單元34用於在圖像採集單元32採集的檢測圖像中分析查找與對
應標準模板中的子模板22所對應的區域並把該區域作為參照區13，然後根據所
述參照區13及標準模板中的子模板計算局部坐標體系。當存儲單元37中存在
多個檢測圖像的標準模板時，第二計算單元34需先確定對應的標準模板(例如
通過整體坐標體系)。
特別地，當標準模板中的子模板22及檢測圖像上參照區13是一個多邊形
(例如矩形或梯形等)時，第二計算單元34需結合參照區13的形狀和位置並
運用擬合算法得到局部坐標體系(此時檢測圖像的標準模板上的對照區的大小與形狀與參照區相同)。
當標準模板中的子模板22及檢測圖像上參照區13分別為多個時，例如兩
個點，則此時第二計算單元34可僅考慮這兩個點的相對位置計算獲得局部坐標體系。
檢測分析單元36用於使用局部坐標體系參照檢測圖像的標準模板對檢測圖像中的待檢測區進行檢測分析。該檢測分析單元36與現有的自動光學檢測設備中對應部分的原理類似，只是其採用了局部坐標體系進行檢測分析。
在上述的自動光學檢測系統中，還可設置模板創建單元(圖中未示出)，以創建標記點模板及檢測圖像的標準模板並將上述標準模板存儲到存儲單元37。上述檢測圖像標準模板中包括用於定位的一個或多個子模板。
如圖4所示，是本發明自動光學檢測方法實施例的流程示意圖。該方法具體包括以下步驟
步驟S41:採集待檢測物上的標記點並根據該標記點及標記點模板計算整體坐標體系。上述標記點模板需預先創建。
步驟S42:參照整體坐標體系將待檢測物和/或圖像採集單元移動到預定位置並採集檢測圖像，該檢測圖像為包括冗餘區及待檢測區的圖像。該步驟中，可通過機械運動裝置調整待檢測物和/或圖像採集單元的位置。特別地，上述檢測圖像中待檢測區佔據整個檢測圖像面積的50%-98%,而冗餘區佔據所述檢測圖像面積的2%-50%。
步驟S43:在待檢測區對應的標準模板上確定一個或一個以上的特徵區作為子模板，並在所述檢測圖像中分析査找所述子模板所對應的區域並把該區域作為參照區，然後根據所述參照區計算局部坐標體系。上述檢測圖像的標準模板需預先創建，而標準模板上的子模板也可在創建標準模板時一起創建或者在檢測過程中即時確定。
特別地，當檢測圖像上的參照區及其標準模板上的子模板是一個多邊形時，需結合參照區的形狀和位置並運用擬合算法得到局部坐標體系；當標準模板上具有多個子模板時，例如兩個點，則此時可僅考慮這兩個點的相對位置計算獲得局部坐標體系。
步驟S44:使用局部坐標體系參照檢測圖像的標準模板對檢測圖像中的待檢
測區進行檢測分析。
需要指出的是，本發明的系統及方法所需的圖像採集裝置的性能要比正常稍高，相關處理單元的計算量也比現有設備中的稍大。但電子技術的快速發展已經將所增加的這些負擔可以忽略不計，例如CPU的頻率和性能以及多CPU方法的出現，所增加的時間成本幾乎與原來沒有變化。
上述系統及方法不僅可應用於電路板(例如PCB、 PCBA)檢測，也可應用於其他產品的自動光學檢測。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1、一種自動光學檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟(a)採集待檢測物上的標記點並根據所述標記點及標記點模板計算整體坐標體系；(b)參照所述整體坐標體系將待檢測物和/或圖像採集單元移動到預定位置並採集檢測圖像，所述檢測圖像為包括冗餘區及待檢測區的圖像；(c)在待檢測區對應的標準模板上確定一個或一個以上的特徵區作為子模板，並在採集的檢測圖像中分析查找所述子模板所對應的區域並把該區域作為參照區，然後根據所述參照區計算局部坐標體系；(d)使用所述局部坐標體系對照相應的標準模板對所述待檢測區進行分析檢測。
2、 根據權利要求l所述的自動光學檢測方法，其特徵在於，所述檢測圖像 中參照區位於待檢測區中。
3、 根據權利要求1或2所述的自動光學檢測方法，其特徵在於，所述檢測 圖像中待檢測區佔據所述檢測圖像面積的50%-98%，冗餘區佔據所述檢測圖像面 積的2%-50%。
4、 根據權利要求l所述的自動光學檢測方法，其特徵在於，所述子模板和 參照區為任意平面形狀。
5、 根據權利要求l所述的自動光學檢測方法，其特徵在於，還包括建立標 記點模板和待檢測圖像對應的標準模板，其中所述的標準模板包括有一個或一 個以上的子模板。
6、 一種自動光學檢測系統，其特徵在於，包括存儲單元，用於存儲標記點模板和待檢測圖像對應的標準模板，其中所述 的標準模板包括有一個或一個以上的子模板； 圖像採集裝置，用於採集圖像；機械運動裝置，用於移動待檢測物和/或圖像採集裝置；第一計算單元，用於根據圖像採集單元採集的待檢測物上的標記點及存儲 單元中的標記點模板計算整體坐標體系；控制單元，用於控制圖像採集單元採集待檢測物上的標記點以及用於參照 所述整體坐標體系使機械運動裝置將待檢測物和/或圖像採集裝置移動到預定 位置後使圖像採集裝置採集檢測圖像，所述檢測圖像為包括冗餘區及待檢測區 的圖像；第二計算單元，用於在所述檢測圖像中分析査找與標準模板中的子模板所 對應的區域並把該區域作為參照區，然後根據所述參照區計算局部坐標體系；檢測分析單元，用於使用所述局部坐標體系參照檢測圖像的標準模板對所 述檢測圖像中的待檢測區進行檢測分析。
7、 根據權利要求6所述的自動光學檢測系統，其特徵在於，所述檢測圖像 中參照區位於待檢測區中。
8、 根據權利要求6或7所述的自動光學檢測系統，其特徵在於，所述檢測 圖像中待檢測區佔據所述檢測圖像面積的50%-98%，冗餘區佔據所述檢測圖像面 積的2%-50%。
9、 根據權利要求6所述的自動光學檢測系統，其特徵在於，所述子模板和 參照區為任意平面形狀。
10、 根據權利要求6所述的自動光學檢測系統，其特徵在於，還包括模板 創建單元，用於建立標記點模板和待檢測圖像對應的標準模板，其中所述的標 準模板包括有一個或一個以上的子模板並將所述模板存儲到存儲單元。
全文摘要
本發明涉及一種自動光學檢測方法，特別適用於需要多次局部圖像採集組合分析檢測的情況，包括以下步驟(a)採集待檢測物上的標記點並根據所述標記點及標記點模板計算整體坐標體系；(b)參照整體坐標體系採集檢測圖像，該檢測圖像為包括冗餘區及待檢測區的圖像；(c)計算局部坐標體系；(d)使用局部坐標體系對照相應的標準模板對待檢測區進行分析檢測。本發明還提供一種對應的系統。本發明通過增大採集的圖像(增加了冗餘區)，在現有的整體坐標計算的基礎上增加了待檢測區的二次局部坐標計算，從而避免了圖像採集過程中機械運動的影響，增加了檢測的準確性，並增加了機械運動允許的誤差範圍，使得機械精度可降低到原來的1/5或更低。
文檔編號G01N21/88GK101566581SQ20091010754
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者王佔良 申請人:深圳市美威數控技術有限公司