專利名稱：一種自動光學檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(tǒng)。
背景技術：
自動光學檢測AOI (Auto-Optical-Inspection)系統(tǒng)，即用光學手段獲取被測 物影像數(shù)據(jù)(一般通過攝像裝置獲得檢測物的圖像并數(shù)字化)，然后以特定方法 與預先建立的模板進行比較、分析、檢驗和判斷。在具體實現(xiàn)時，現(xiàn)有的自動光學檢測系統(tǒng)通過以下方式實現(xiàn)比較首先抓 取整個電路板的圖像并通過電路板上的兩個標記點(Mark)進行圖像分析，然 后根據(jù)上述分析結(jié)果重新計算電路板的坐標體系，然后根據(jù)新的坐標體系移動 到每一個預定位置抓取圖像后對對所述圖像直接進行分析。在這種情況下要求 機械運動的重復精度必須高于所要的測量精度。隨著電子產(chǎn)品的小型化和復雜化，自動光學檢測已經(jīng)越來越顯示出它的不 可替代性。但同時也對檢測系統(tǒng)的精度提出了越來越高的要求。由于在檢測中 自動光學檢測系統(tǒng)的XY平臺要帶動圖像系統(tǒng)和電路板相互之間移動成百上千 次，因此檢測系統(tǒng)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復雜的產(chǎn)品，圖像的分辨率 必須在10微米以下，機械運動的重復精度必須小于這個數(shù)字，而對于在裝配中 的機械精度要求就更要小于這個數(shù)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，在使用過程中由于不斷的磨損會造成檢 測系統(tǒng)的精度急劇下降，故障率會提高，測試的重復性越來越差，很快機器就會報廢。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對上述自動光學檢測系統(tǒng)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(tǒng)。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案包括以下步驟(a) 采集待檢測物上的標記點并根據(jù)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/或圖像采集單元移動到預定位 置并采集檢測圖像，所述檢測圖像為包括冗余區(qū)及待檢測區(qū)的圖像；(c) 在待檢測區(qū)對應的標準模板上確定一個或一個以上的特征區(qū)作為子模 板，并在所述檢測圖像中分析査找所述子模板所對應的區(qū)域并把該區(qū)域作為參 照區(qū)，然后根據(jù)所述參照區(qū)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(qū)進行分析檢測。在本發(fā)明所述的自動光學檢測方法中，所述檢測圖像中參照區(qū)位于待檢測 區(qū)中。在本發(fā)明所述的自動光學檢測方法中，所述檢測圖像中待檢測區(qū)占據(jù)所述 檢測圖像面積的50%-98%，冗余區(qū)占據(jù)所述檢測圖像面積的2%-50%。在本發(fā)明所述的自動光學檢測方法中，所述子模板和參照區(qū)為任意平面形狀。在本發(fā)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(fā)明還提供一種自動光學檢測系統(tǒng)，包括存儲單元，用于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；圖像采集裝置，用于采集圖像；機械運動裝置，用于移動待檢測物和/或圖像采集裝置；第一計算單元，用于根據(jù)圖像采集單元采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，用于控制圖像采集單元采集待檢測物上的標記點以及用于參照 所述整體坐標體系使機械運動裝置將待檢測物和/或圖像采集裝置移動到預定 位置后使圖像采集裝置采集檢測圖像，所述檢測圖像為包括冗余區(qū)及待檢測區(qū) 的圖像；第二計算單元，用于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(qū)域并把該區(qū)域作為參照區(qū)，然后根據(jù)所述參照區(qū)計算局部坐標體系；檢測分析單元，用于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(qū)進行檢測分析。在本發(fā)明所述的自動光學檢測系統(tǒng)中，所述檢測圖像中參照區(qū)位于待檢測 區(qū)中。在本發(fā)明所述的自動光學檢測系統(tǒng)中，所述檢測圖像中待檢測區(qū)占據(jù)所述 檢測圖像面積的50%-98%，冗余區(qū)占據(jù)所述檢測圖像面積的2%-50%。在本發(fā)明所述的自動光學檢測系統(tǒng)中，所述子模板和參照區(qū)為任意平面形狀。在本發(fā)明所述的自動光學檢測系統(tǒng)中，還包括模板創(chuàng)建單元，用于建立標 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 個以上的子模板并將所述模板存儲到存儲單元。本發(fā)明通過增大采集的圖像(即增加了冗余區(qū))，并在現(xiàn)有的整體坐標計算 的基礎上增加了待檢測區(qū)的二次局部坐標計算，從而避免了圖像采集過程中機 械運動的影響，增加了檢測的準確性。本發(fā)明增加了機械運動允許的誤差范圍， 使得機械精度可降低到原來的1/5或更低。本發(fā)明的自動光學檢測方法及系統(tǒng)，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(fā)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(diào)試過程。本發(fā)明的自動光學檢測系統(tǒng)的 檢測成功率高，整個系統(tǒng)的制造成本可以是原來的一半或以下。在系統(tǒng)使用過 程中，由于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 由于機械磨損所造成的故障率會極大地下降。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明自動光學檢測系統(tǒng)采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(fā)明自動光學檢測系統(tǒng)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明自動光學檢測方法實施例的流程示意圖；圖5是本發(fā)明自動光學檢測系統(tǒng)中機械運動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的自動光學檢測方法及系統(tǒng)，在對待檢測區(qū)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(fā)明自動光學檢測系統(tǒng)實施例的示意圖。在本實施例中， 系統(tǒng)包括機械運動單元31、圖像采集單元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用于控 制機械運動單元31的機械運動及圖像采集單元32的圖像采集過程。在本發(fā)明 的系統(tǒng)中還可包括現(xiàn)有裝置中的其他結(jié)構(gòu)，例如設備底座、照射到待檢測物的 光源等。存儲單元37用于存儲模板，例如特定待檢測物上用于標記位置的標記點模 板或待檢測物上特定區(qū)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(qū)的標準圖像21外，還包括有用于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(qū)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征明顯的部分，例如電路板基板上的空白區(qū)域等。在該存儲單元37中，檢測圖像的標準模板的數(shù)量與需檢測的區(qū)域的數(shù)量相同，例如可以是一個、二個或更多。
圖像采集裝置32用于采集圖像，即采集位于該圖像采集裝置32前方物體的圖像。在本實施例中，圖像采集裝置32為CCD或者具有類似圖像感應功能的攝像頭等。該圖像采集裝置32可通過變焦方式實現(xiàn)不同范圍物體的采集。
機械運動裝置31用于移動待檢測物和/或圖像采集裝置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(qū)動的縱向?qū)к?1和橫向?qū)к?2，其中橫向?qū)к?2位于縱向?qū)к?1的上方并與縱向?qū)к?1垂直，待檢測物(例如電路板)固定在縱向?qū)к?1上，圖像采集裝置32固定在橫向?qū)к?2上并采集其下方物體的圖像。
第一計算單元33用于根據(jù)圖像采集單元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(xiàn)有技術類似，上述標記點位于待檢測物上， 一般包括兩個并分別位于待檢測物的對角位置。圖像采集裝置32每次攝取一個標記點，第一計算單元33通過兩次采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，然后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(xiàn)有的標記及計算方式計算整體坐標體系。
控制單元35用于控制圖像采集單元32采集包括標記點的圖像以及用于參照整體坐標體系使機械運動裝置31將待檢測物和/或圖像采集裝置32移動到預定位置后使圖像采集裝置32采集檢測圖像(如圖1所示)，該檢測圖像為包括冗余區(qū)11及待檢測區(qū)12 (例如電路板中的某一芯片)的圖像。在上述預定位置，圖像采集裝置32正對著電路板上的某一待檢測區(qū)域。
在本實施例中，該檢測圖像中待檢測區(qū)12占據(jù)整個圖像面積的大50%-98%，而冗余區(qū)11則占據(jù)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(qū)的所有部分都采集到檢測圖像中。
第二計算單元34用于在圖像采集單元32采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(qū)域并把該區(qū)域作為參照區(qū)13，然后根據(jù)所
述參照區(qū)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(qū)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(jié)合參照區(qū)13的形狀和位置并
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(qū)的大小與形狀與參照區(qū)相同)。
當標準模板中的子模板22及檢測圖像上參照區(qū)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用于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(qū)進行檢測分析。該檢測分析單元36與現(xiàn)有的自動光學檢測設備中對應部分的原理類似，只是其采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(tǒng)中，還可設置模板創(chuàng)建單元(圖中未示出)，以創(chuàng)建標記點模板及檢測圖像的標準模板并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于定位的一個或多個子模板。
如圖4所示，是本發(fā)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:采集待檢測物上的標記點并根據(jù)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(chuàng)建。
步驟S42:參照整體坐標體系將待檢測物和/或圖像采集單元移動到預定位置并采集檢測圖像，該檢測圖像為包括冗余區(qū)及待檢測區(qū)的圖像。該步驟中，可通過機械運動裝置調(diào)整待檢測物和/或圖像采集單元的位置。特別地，上述檢測圖像中待檢測區(qū)占據(jù)整個檢測圖像面積的50%-98%,而冗余區(qū)占據(jù)所述檢測圖像面積的2%-50%。
步驟S43:在待檢測區(qū)對應的標準模板上確定一個或一個以上的特征區(qū)作為子模板，并在所述檢測圖像中分析査找所述子模板所對應的區(qū)域并把該區(qū)域作為參照區(qū)，然后根據(jù)所述參照區(qū)計算局部坐標體系。上述檢測圖像的標準模板需預先創(chuàng)建，而標準模板上的子模板也可在創(chuàng)建標準模板時一起創(chuàng)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(qū)及其標準模板上的子模板是一個多邊形時，需結(jié)合參照區(qū)的形狀和位置并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(qū)進行檢測分析。
需要指出的是，本發(fā)明的系統(tǒng)及方法所需的圖像采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(xiàn)有設備中的稍大。但電子技術的快速發(fā)展已經(jīng)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(xiàn)，所增加的時間成本幾乎與原來沒有變化。
上述系統(tǒng)及方法不僅可應用于電路板(例如PCB、 PCBA)檢測，也可應用于其他產(chǎn)品的自動光學檢測。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1、一種自動光學檢測方法，其特征在于，包括以下步驟(a)采集待檢測物上的標記點并根據(jù)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/或圖像采集單元移動到預定位置并采集檢測圖像，所述檢測圖像為包括冗余區(qū)及待檢測區(qū)的圖像；(c)在待檢測區(qū)對應的標準模板上確定一個或一個以上的特征區(qū)作為子模板，并在采集的檢測圖像中分析查找所述子模板所對應的區(qū)域并把該區(qū)域作為參照區(qū)，然后根據(jù)所述參照區(qū)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(qū)進行分析檢測。
2、 根據(jù)權利要求l所述的自動光學檢測方法，其特征在于，所述檢測圖像 中參照區(qū)位于待檢測區(qū)中。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的自動光學檢測方法，其特征在于，所述檢測 圖像中待檢測區(qū)占據(jù)所述檢測圖像面積的50%-98%，冗余區(qū)占據(jù)所述檢測圖像面 積的2%-50%。
4、 根據(jù)權利要求l所述的自動光學檢測方法，其特征在于，所述子模板和 參照區(qū)為任意平面形狀。
5、 根據(jù)權利要求l所述的自動光學檢測方法，其特征在于，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(tǒng)，其特征在于，包括存儲單元，用于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； 圖像采集裝置，用于采集圖像；機械運動裝置，用于移動待檢測物和/或圖像采集裝置；第一計算單元，用于根據(jù)圖像采集單元采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，用于控制圖像采集單元采集待檢測物上的標記點以及用于參照 所述整體坐標體系使機械運動裝置將待檢測物和/或圖像采集裝置移動到預定 位置后使圖像采集裝置采集檢測圖像，所述檢測圖像為包括冗余區(qū)及待檢測區(qū) 的圖像；第二計算單元，用于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(qū)域并把該區(qū)域作為參照區(qū)，然后根據(jù)所述參照區(qū)計算局部坐標體系；檢測分析單元，用于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(qū)進行檢測分析。
7、 根據(jù)權利要求6所述的自動光學檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測圖像 中參照區(qū)位于待檢測區(qū)中。
8、 根據(jù)權利要求6或7所述的自動光學檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測 圖像中待檢測區(qū)占據(jù)所述檢測圖像面積的50%-98%，冗余區(qū)占據(jù)所述檢測圖像面 積的2%-50%。
9、 根據(jù)權利要求6所述的自動光學檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述子模板和 參照區(qū)為任意平面形狀。
10、 根據(jù)權利要求6所述的自動光學檢測系統(tǒng)，其特征在于，還包括模板 創(chuàng)建單元，用于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并將所述模板存儲到存儲單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動光學檢測方法，特別適用于需要多次局部圖像采集組合分析檢測的情況，包括以下步驟(a)采集待檢測物上的標記點并根據(jù)所述標記點及標記點模板計算整體坐標體系；(b)參照整體坐標體系采集檢測圖像，該檢測圖像為包括冗余區(qū)及待檢測區(qū)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(qū)進行分析檢測。本發(fā)明還提供一種對應的系統(tǒng)。本發(fā)明通過增大采集的圖像(增加了冗余區(qū))，在現(xiàn)有的整體坐標計算的基礎上增加了待檢測區(qū)的二次局部坐標計算，從而避免了圖像采集過程中機械運動的影響，增加了檢測的準確性，并增加了機械運動允許的誤差范圍，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(yōu)先權日2009年5月27日
發(fā)明者王占良 申請人:深圳市美威數(shù)控技術有限公司