專利名稱：基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及精密電子封裝過程中的物體表面缺陷檢測領(lǐng)域，特別是一種精密電子封裝過程中基于機器視覺的熒光粉涂層表面缺陷檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大功率LED藍(lán)白光轉(zhuǎn)換封裝工藝的核心工序包括熒光粉涂覆與塑封成型，而熒光粉涂覆工藝是其中技術(shù)難度最大的關(guān)鍵工序。熒光粉涂覆作為實現(xiàn)LED藍(lán)光向白光轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵工藝之一，直接影響LED發(fā)光效率和光均勻性。為了提高LED的光色品質(zhì)，對涂覆面的控制以及涂覆均勻度與涂層的厚度要求越來越高。目前熒光粉涂覆涂層表面質(zhì)量檢測主要采用人工目測的方法，這種方法不僅工作量大，而且易受檢測人員主觀因素的影響，容易對涂層表面缺陷造成漏檢或誤檢，不能保證檢測的效率和精度。近年來，隨著機器視覺識別技術(shù)的發(fā)展，很多研究機構(gòu)開始了基于機器視覺的表面缺陷檢測的應(yīng)用研究。但是這些缺陷檢測主要集中在表面刮傷、裂縫、坍陷等缺陷的檢測，幾乎沒有從涂層厚度均勻性的角度進(jìn)行研究。在大功率LED藍(lán)白光轉(zhuǎn)換封裝工藝中，熒光粉涂層厚度的均勻度、熒光粉涂層對LED管芯的覆蓋完整度是影響白光LED光色品質(zhì)的重要因素。因此，對熒光粉涂層的厚度和涂覆面的缺陷檢測是熒光粉涂覆控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有缺陷檢測技術(shù)的缺點與不足，提供一種可靠性高、組合靈活、檢測準(zhǔn)確、效率高的基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)。本實用新型的目的通過下述方案實現(xiàn):一種基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射器、圖像采集終端、圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊和上位PC機，圖像采集終端包括順次連接的圖像傳感器、視覺處理及控制模塊和接口模塊，上位PC機通過接口模塊與視覺處理及控制模塊相連接，圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊分別與視覺處理及控制模塊和圖像傳感器連接，激光發(fā)射器與視覺處理及控制模塊連接；激光發(fā)射器用于發(fā)射測量熒光粉涂覆厚度分布的激光光線，圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)整圖像傳感器的接收角度，圖像傳感器安裝在圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊上，用于把圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號，視覺處理及控制模塊用于接收上位PC機的控制命令的接收及發(fā)送、圖像數(shù)據(jù)的采集和傳輸，接口模塊用于連接上位PC機和視覺處理及控制模塊，上位PC機負(fù)責(zé)對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。進(jìn)一步的，激光發(fā)射器發(fā)出的激光光線在熒光粉涂覆表面反射或漫射所得的光斑的采集通過圖像采集終端來實現(xiàn)；圖像傳感器采用CMOS傳感器或者CCD傳感器，視覺處理及控制模塊基于FPGA、CPLD、DSP、DSP+FPFA或者DSP+CPLD ；接口模塊采用基于總線的方式，包括IEEE1394a、USB或以太網(wǎng)。進(jìn)一 步的，視覺處理及控制模塊包括視覺處理及控制主芯片模塊、激光發(fā)射器控制電路、電機控制接口和通訊接口 ；視覺處理及控制主芯片模塊與激光發(fā)射器控制電路、電機控制接口和通訊接口分別相連；激光發(fā)射器控制電路實現(xiàn)對激光發(fā)射器的控制，通訊接口實現(xiàn)與所述的接口模塊的通訊，視覺處理及控制模塊還通過電機控制接口與所述的圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊連接。進(jìn)一步的，所述的圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊由控制接口電路、電機驅(qū)動功率放大電路、電機依次連接組成；控制接口電路與所述的視覺處理及控制模塊連接，電機驅(qū)動功率放大電路實現(xiàn)對電機的驅(qū)動，所述圖像傳感器安裝在電機上。本實用新型的基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)的檢測方法，包括以下步驟:(I)開啟激光發(fā)射器，照射被測表面，被測表面分別為熒光粉涂覆前的大功率LED芯片表面和熒光粉涂覆后的熒光粉涂覆面；(2)用圖像采集終端采集熒光粉涂覆前后的兩幅激光光斑圖像；利用兩幅激光光斑圖像，采用激光三角測量法計算熒光粉涂層的厚度分布，并根據(jù)設(shè)定厚度標(biāo)準(zhǔn)，判斷是否存在過厚、過薄和厚度不均勻的缺陷；(3)關(guān)閉激光發(fā)射器，由圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊調(diào)整圖像傳感器的角度使圖像傳感器接收面與熒光粉涂覆面平行，再用圖像采集終端采集熒光粉涂覆后的熒光粉涂層圖像；(4)對步驟(3)中采集的熒光粉涂層圖像進(jìn)行濾波、邊緣檢測，再與標(biāo)準(zhǔn)的熒光粉涂層圖像模板進(jìn)行對比，最后根據(jù)對比分析來檢測熒光粉涂層是否存在涂覆面不規(guī)則、沾膠和異物的缺陷。進(jìn)一步的，步驟(2)中，所述采用激光三角測量法得到熒光粉涂層厚度分布的方法如下:①對所采集的兩·幅激光光斑圖像用平滑濾波器進(jìn)行濾波；②對步驟①濾波后得到的光斑圖像進(jìn)行二值分割；基于圖像的灰度直方圖，通過迭代計算得到分割閾值；③求取激光光斑各處的質(zhì)心位置；④采用激光三角法計算熒光粉涂層厚度分布。進(jìn)一步的，步驟(4)中，所述涂覆面不規(guī)則、沾膠和異物的缺陷的檢測方法如下:①建立標(biāo)準(zhǔn)的熒光粉涂層模板；②對前述步驟(3)所采集的熒光粉涂層圖像用ROF模型進(jìn)行去噪；③把由步驟②去噪后得到的熒光粉涂層圖像進(jìn)行去模糊、增強預(yù)處理，并復(fù)制一份；④把步驟③中的其中一份熒光粉涂層圖像，進(jìn)行邊緣檢測，對得到的封閉熒光粉涂覆面進(jìn)行填充處理并計算熒光粉涂覆面的面積，與設(shè)定面積標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，判斷是否存在涂覆面過大、過小的缺陷；⑤把步驟③中的另一份熒光粉涂層圖像與標(biāo)準(zhǔn)的熒光粉涂層模板圖像進(jìn)行模式匹配，判斷是否存在涂覆不規(guī)則、異物、沾膠的缺陷。本實用新型相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下的積極優(yōu)點和效果:(I)本實用新型采用基于激光光線的三角測量法來獲取熒光粉涂覆表面的厚度分布，相對于點激光測量來說，具有獲取的厚度信息更豐富，對涂覆表面厚度的質(zhì)量檢測更全面。(2)本實用新型采用機器視覺的方式來實現(xiàn)熒光粉表面缺陷的檢測，不僅實現(xiàn)了無接觸的檢測方式，而且相對于人工檢測，其檢測速度更快、檢測精度更高。(3)本實用新型采用圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊來調(diào)節(jié)傳感器的采集角度，從而避免了采用多圖像傳感器的方式，不僅使系統(tǒng)變得簡單，而且節(jié)省了系統(tǒng)成本。

圖1是本實用新型熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；圖2為圖1所示視覺處理及控制模塊的結(jié)構(gòu)方框圖；圖3為圖1所示圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)方框圖；圖4是本實用新型方法中激光測量厚度分布檢測的光路原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實用新型的實施方法不限于此。實施例如圖1所示，本基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、圖像采集終端、圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊和上位PC機，圖像采集終端包括順次連接的圖像傳感器、視覺處理及控制模塊和接口模塊，上位PC機通過接口模塊與視覺處理及控制模塊相連接，圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊與視覺處理及控制模塊和圖像傳感器分別連接，激光發(fā)射器與視覺處理 及控制模塊連接；激光發(fā)射器用于發(fā)射測量熒光粉涂覆厚度分布的激光光線，圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)整圖像傳感器的接收角度，圖像傳感器安裝在圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊上，用于把圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號，視覺處理及控制模塊用于接收上位PC機的控制命令的接收及發(fā)送、圖像數(shù)據(jù)的采集和傳輸，接口模塊用于連接上位PC機和視覺處理及控制模塊，上位PC機負(fù)責(zé)對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。圖像傳感器選擇使用CMOS傳感器，視覺處理及控制模塊和接口模塊以FPGA作為主芯片，接口模塊采用IEEE1394a作為接口。如圖2所示，視覺處理及控制模塊包括視覺處理及控制主芯片模塊、激光發(fā)射器控制電路、電機控制接口和通訊接口 ；視覺處理及控制主芯片模塊與激光發(fā)射器控制電路、電機控制接口和通訊接口分別相連。視覺處理及控制主芯片模塊以FPGA作為主芯片，主要包括電源、晶振、JTAG、通用I/O、RS232、flash芯片編程接口、flash、SDRAM等輔助電路，F(xiàn)PGA采用Xilinx公司Spartan-3系列的XC3S500E型芯片。如圖3所示，圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊由控制接口電路、電機驅(qū)動功率放大電路、電機依次連接組成；控制接口電路與所述的視覺處理及控制模塊連接，電機驅(qū)動功率放大電路實現(xiàn)對電機的驅(qū)動，所述圖像傳感器安裝在電機上。電機采用直流伺服電機。圖像的預(yù)處理主要包括圖像濾波和二值分割。下面將分別進(jìn)行介紹。本實施例中采用平滑濾波器來濾除噪聲影響。平滑濾波的結(jié)果是將輸入圖像中每個像素點的灰度值用周圍鄰域內(nèi)的灰度平均值代替。對于圖像中任意像素點f(x，y)選取周圍NXN的領(lǐng)域S來進(jìn)行平滑濾波的結(jié)果g(i，j)為:
權(quán)利要求1.一種基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括激光發(fā)射器、圖像采集終端、圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊和上位PC機，圖像采集終端包括順次連接的圖像傳感器、視覺處理及控制模塊和接口模塊，上位PC機通過接口模塊與視覺處理及控制模塊相連接，圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊分別與視覺處理及控制模塊和圖像傳感器連接，激光發(fā)射器與視覺處理及控制模塊連接；激光發(fā)射器用于發(fā)射測量熒光粉涂覆厚度分布的激光光線，圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)整圖像傳感器的接收角度，圖像傳感器安裝在圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊上，用于把圖像信息轉(zhuǎn)化為電信號，視覺處理及控制模塊用于接收上位PC機的控制命令的接收及發(fā)送、圖像數(shù)據(jù)的采集和傳輸，接口模塊用于連接上位PC機和視覺處理及控制模塊，上位PC機負(fù)責(zé)對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于:激光發(fā)射器發(fā)出的激光光線在熒光粉涂覆表面反射或漫射所得的光斑的采集通過圖像采集終端來實現(xiàn)；圖像傳感器采用CMOS傳感器或者CCD傳感器，視覺處理及控制模塊基于FPGA、CPLD, DSP、DSP+FPFA或者DSP+CPLD ;接口模塊采用基于總線的方式，包括IEEE1394a、USB或以太網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在于:視覺處理及控制模塊包括視覺處理及控制主芯片模塊、激光發(fā)射器控制電路、電機控制接口和通訊接口 ；視覺處理及控制主芯片模塊與激光發(fā)射器控制電路、電機控制接口和通訊接口分別相連；激光發(fā)射器控制電路實現(xiàn)對激光發(fā)射器的控制，通訊接口實現(xiàn)與所述的接口模塊的通訊，視覺處理及控制模塊還通過電機控制接口與所述的圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求Γ3任一項所述的一種基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測系統(tǒng)，其特征在 于:所述的圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊由控制接口電路、電機驅(qū)動功率放大電路、電機依次連接組成；控制接口電路與所述的視覺處理及控制模塊連接，電機驅(qū)動功率放大電路實現(xiàn)對電機的驅(qū)動，所述圖像傳感器安裝在電機上。
專利摘要本實用新型提供了基于機器視覺的熒光粉涂覆表面缺陷檢測的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、圖像采集終端、圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊和上位PC機，圖像采集終端包括順次連接的圖像傳感器、視覺處理及控制模塊和接口模塊，上位PC機通過接口模塊與視覺處理及控制模塊相連接，圖像傳感器伺服電機調(diào)節(jié)模塊與視覺處理及控制模塊和圖像傳感器分別連接，激光發(fā)射器與視覺處理及控制模塊連接。該系統(tǒng)采用激光三角測量法來檢測熒光粉涂層過厚、過薄和厚度不均勻的缺陷；該系統(tǒng)采集涂覆后的熒光粉涂層圖像，然后與標(biāo)準(zhǔn)涂層圖像模板進(jìn)行對比，從而檢測熒光粉涂層涂覆面不規(guī)則、沾膠和異物等缺陷。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、檢測速度快、檢測精度高。
文檔編號G01N21/64GK203117109SQ20132007089
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者李致富, 胡躍明, 郭琪偉, 馬鴿 申請人:華南理工大學(xué)