自动光学检测方法及系统

技术领域

本发明属于涉及自动光学检测、视觉检测技术领域，尤其涉及一种自动光学检测方法及系统。

背景技术

随着机器视觉技术的发展，自动光学检测设备广泛应用于集成电路、半导体领域的高端精密检测场景，替代人眼完成产品的质量检测。自动光学检测设备能够极大的提高检测速度和精度，提高检测效率，防止人眼疲劳带来的检测不一致性。

当前，主流的自动光学检测设备以在线式为主，通过传送装置将待检零件传送到指定位置，基于已编好的程序控制相机移动进行缺陷检测。例如，申请号为CN201811526166.1的中国发明专利《一种适用于人工智能检测PCB的自动光学检测装置及其方法》提出了一种检测PCB的自动光学检测装置和方法，包括传输平台、第一移动支架、第二移动支架及扫描相机。该种方式往往编程复杂，适用于批量大、尺寸大的检测对象，不适用于无法定位在传送装置上的微小检测对象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动光学检测方法及系统，适用于无法定位在传送装置上的微小检测对象，具有精度高、兼容性强、检测速度快的优点。本发明采用的技术方案如下：

一种自动光学检测方法，包括以下步骤：

步骤1、上料，具体包括以下步骤：

将存放待检测对象的料盒放入夹紧单元，夹紧单元自动夹紧料盒；检测对象摆放在料盒中；夹紧单元安装于XY运动平台，带动检测对象实现平面运动；

步骤2、全局定位，具体包括以下步骤：

控制XY平台将料盒移动至大视野相机下方，拍摄料盒全局图片，执行全局定位算法，获得料盒中检测对象的数量n，以及每个检测对象的中心图像坐标(x

步骤3、坐标转换，以求取每个检测对象的中心图像坐标(x

步骤3A、获取X方向图像像素距离与物理距离的对应关系P

控制XY运动平台将Mark点移动到大视野相机下方，拍摄全局图像，记录Mark点在全局图像中的图像坐标(x

控制XY平台沿X方向移动距离l

可得到X方向图像像素距离与物理距离的对应关系：

步骤3B、获取Y方向图像像素距离与物理距离的对应关系P

控制XY运动平台将Mark点移动到大视野相机下方，拍摄全局图像，记录Mark点在全局图像中的图像坐标(x

控制XY平台沿Y方向移动距离l

可得到Y方向图像像素距离与物理距离的对应关系：

步骤3C、首先，控制XY运动平台将夹紧单元移动至大视野相机正下方，记录此时Mark点在全局图像中的坐标(x

然后，将夹紧单元移动至高分辨率相机下方，使Mark点位于高分辨率相机图像正中心，记录此时Mark点的物理坐标(x'

步骤3D、对于步骤2中的每个检测对象的中心图像坐标(x

步骤4、人工选择一个合格的检测对象，移动到高分辨率相机下方；

步骤5、执行自动对焦，获得检测对象的高清图像，编程模块根据高清图像设置检测算法参数，并保存程序模板；

步骤6、自动检测，具体包括以下步骤：

步骤6A、根据步骤3D中输出的物理坐标(x

步骤6B、自动对焦模块输出当前检测对象的高清图像，通过图像采集模块发送至消息队列；

步骤6C、图像处理模块从消息队列中获取图像，根据编程模块中的程序模板进行检测，输出检测结果，并将检测结果保存至数据库模块；记i＝i+1；

步骤6D：若i

优选地，步骤5中编程模块具体执行以下步骤：

步骤5A、设置光源类型和亮度；

步骤5B、设置忽略区域；

步骤5C、设置检测灵敏度、检测阈值；

步骤5D、保存程序模板。

优选地，步骤5中自动对焦具体包括以下步骤：

步骤51、将检测对象移动至高分辨率相机下方，开启相机实时拍照；

步骤52、设定对焦距离Δ，控制Z轴升降机构向负方向移动Δ距离，之后控制Z轴升降机构向正方向移动2Δ距离；

移动过程中实时采集高分辨率相机图像，获得图像集合{P

其中，j为实时采集图像的总数量；P

步骤53、对图像集合{P

其中，S

步骤54、取清晰度最高的图像的索引i

步骤55、控制Z轴移动到

优选地，步骤5之后还包括以下步骤：

人工复审，由人工对自动检测的结果进行复核，对漏判或误判工件进行重新判定，并将结果更新到数据库模块中。

一种自动光学检测系统，包括：

图像采集模块，实现多相机的控制和图像采集，其包括：大视野相机和高分辨率相机，大视野相机用于检测对象的定位，高分辨率相机用于检测对象的高精度检测；高分辨率相机、大视野相机和光源模块安装于Z轴升降机构上；

图像处理模块，实现图像的异步处理，输出检测结果至数据库模块；

运动控制模块，实现各个运动轴的控制，其包括XY运动平台和Z轴升降平台，夹紧单元安装于XY运动平台，XY运动平台带动检测对象实现平面运动；Z轴升降平台包括所述Z轴升降机构；

自动对焦模块，实现检测对象图像的自动对焦；

编程模块，用于设置检测算法参数，制作程序模板；

自动标定模块，用于对实现图像坐标系和运动坐标系的标定；

夹紧单元，实现料盒的夹紧。

优选地，所述光源模块，实现光源的参数设置和开光控制，包括：大视野相机同轴光源和组合光源；

所述大视野相机同轴光源安装于大视野相机下方，为大视野相机提供照明；

组合光源包括组合同轴光源和组合环形光源，安装于高分辨率相机下方，组合同轴光源为高分辨相机提供明场照明，组合环形光源提供暗场照明。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、该方法具有精度高、速度快的优点：包括上料、全局定位、坐标变换、设置程序模板及自动检测，因此，只需要点击全局图片上的检测对象，XY平台即可将对应检测对象移动到高分辨率相机下方，后续由程序模块、自动对焦模块、图像处理模块配合，实现对所有检测对象的自动检测。因此，该方法具有精度高、速度快的优点。

2、适用于无法定位在传送装置上的微小检测对象。且解决了现有技术中，针对微小尺度零件的高精度检测方法，例如芯片裸片，仍依赖于人工使用显微镜等工具进行检测，检测效率低，劳动强度大，且人眼疲劳造成的漏检频发的问题。

附图说明

图1为自动光学检测的框架图；

图2为自动光学检测的结构图；

图3为大视野相机8拍摄的料盒及其零件摆放的示意图；

图4为本发明中一种自动光学检测方法的流程图；

图5为全局定位结果的示意图；

图6为程序模板的示意图；

图7为检测算法参数示意图。

1、XY运动平台；2、夹紧单元；3、组合环形光源；4、组合同轴光源；5、大视野相机同轴光源；6、高分辨率相机；7、Z轴升降平台；8、大视野相机。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的自动光学检测方法及系统进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

如图1～2，一种自动光学检测系统，包括：

图像采集模块，实现多相机的控制和图像采集，其包括：大视野相机8和高分辨率相机6。

大视野相机8用于检测对象的定位，高分辨率相机6用于检测对象的高精度检测；高分辨率相机6、大视野相机8和光源模块安装于Z轴升降机构上，实现垂直运动。

分别对两个相机进行控制，设置相机曝光和帧率等参数，实现两个相机的图像采集。

图像处理模块，实现图像的异步处理，输出检测结果至数据库模块。具体的，图像采集模块将图像放到按顺序缓存中，图像处理模块再按顺序从缓存中获取。以实现异步处理。

具体的，图像处理模块采用多线程，基于生产-消费者模式，图像采集模块运行在生产者线程，将采集到的图像发送到消息队列，图像处理模块运行在消费者线程，从消息队列中读取图像并进行异步处理。

运动控制模块，实现各个运动轴的控制，其包括XY运动平台1和Z轴升降平台7，夹紧单元2安装于XY运动平台1，XY运动平台1带动检测对象实现平面运动；Z轴升降平台7包括Z轴升降机构；

自动对焦模块，实现检测对象图像的自动对焦。

编程模块，用于设置检测算法参数，制作程序模板；

自动标定模块，用于对实现图像坐标系和运动坐标系的标定。

夹紧单元2，实现料盒的夹紧。夹紧单元2上固定有Mark点，用于图像采集系统和XY运动平台1的手眼标定。

光源模块，实现光源的参数设置和开光控制，包括：大视野相机同轴光源5和组合光源。

大视野相机同轴光源5安装于大视野相机8下方，为大视野相机8提供照明。

组合光源包括组合同轴光源4和组合环形光源3，安装于高分辨率相机6下方，组合同轴光源为高分辨相机提供明场照明，组合环形光源提供暗场照明。

参数模块，用于制作自动对焦模块、设置自动对焦模块的对焦参数。

如图4，一种自动光学检测方法，包括以下步骤：

步骤1、上料。

将存放待检测对象的料盒放入夹紧单元2，夹紧单元2自动夹紧料盒；检测对象按顺摆放在料盒中，如图3所示；夹紧单元2安装于XY运动平台1，带动检测对象实现平面运动；

步骤2、全局定位，如图5所示。

控制XY平台将料盒移动至大视野相机8下方，拍摄料盒全局图片，执行全局定位算法，获得料盒中检测对象的数量n，以及每个检测对象的中心图像坐标(x

全局定位算法步骤如下：

步骤2A：对获取的全局图像去噪和直方图均衡化，增强图像；

步骤2B：对全局图像做阈值分割和二值化，分割检测对象区域；

步骤2C：对二值化图像做边缘提取，分割检测对象轮廓；

步骤2D：对对象轮廓做拟合，找到中心点，为检测对象中心点坐标

步骤3、坐标转换，以求取每个检测对象的中心图像坐标(x

具体的：

步骤3A、获取X方向图像像素距离与物理距离的对应关系P

控制XY运动平台1将Mark点移动到大视野相机8下方，拍摄全局图像，记录Mark点在全局图像中的图像坐标(x

控制XY平台沿X方向移动距离l

可得到X方向图像像素距离与物理距离的对应关系：

步骤3B、获取Y方向图像像素距离与物理距离的对应关系P

控制XY运动平台1将Mark点移动到大视野相机8下方，拍摄全局图像，记录Mark点在全局图像中的图像坐标(x

控制XY平台沿Y方向移动距离l

可得到Y方向图像像素距离与物理距离的对应关系：

步骤3C、首先，控制XY运动平台1将夹紧单元2移动至大视野相机8正下方，记录此时Mark点在全局图像中的坐标(x

然后，将夹紧单元2移动至高分辨率相机6下方，使Mark点位于高分辨率相机图像正中心，记录此时Mark点的物理坐标(x'

步骤3D、对于步骤2中的每个检测对象的中心图像坐标(x

因此，坐标转换后，点击全局图片上的检测对象(将检测对象的中心图像坐标(x

步骤4、人工选择一个合格的检测对象，移动到高分辨率相机6下方。

步骤5、执行自动对焦，获得检测对象的高清图像，编程模块根据高清图像设置检测算法参数(如图7所示)，并保存程序模板，如图6所示。

具体的：

编程模块具体执行以下步骤：

步骤5A、选择高分辨率相机的组合光源类型(同轴光源或环形光源)，设置所用光源的亮度，亮度范围为0～255。

步骤5B、设置检测区域，设置检测对象中所需检测的区域和忽略的区域，可通过设定阈值自动选择对应的区域，或通过鼠标在图像上进行截取，选择所截取的区域。；

步骤5C、设置检测灵敏度，通过检测灵敏度可设置整个系统的检测精度，灵敏度越小，检测的最小缺陷越小，检测精度越高；灵敏度越大，检测的最小缺陷越大，检测精度越低。

步骤5D、保存程序模块。

步骤5及步骤6中的自动对焦具体包括以下步骤：

步骤51、将检测对象移动至高分辨率相机6下方，开启相机实时拍照；

步骤52、设定对焦距离Δ，控制Z轴升降机构向负方向移动Δ距离，之后控制Z轴升降机构向正方向移动2Δ距离；

移动过程中实时采集高分辨率相机图像，获得图像集合{P

其中，j为实时采集图像的总数量；P

步骤53、对图像集合{P

其中，S

步骤54、取清晰度最高的图像的索引i

步骤55、控制Z轴移动到

步骤6、自动检测。

步骤6A、根据步骤3D中输出的物理坐标(x

步骤6B、自动对焦模块输出当前检测对象的高清图像，通过图像采集模块发送至消息队列；

步骤6C、图像处理模块从消息队列中获取图像，根据当前程序进行检测，输出检测结果，并将检测结果保存至数据库模块；记i＝i+1。

其中，检测结果包括芯片编号、合格/不合格、结果描述、所使用的程序模板、检测时间。

步骤6D：若i

步骤7、人工复审，由人工对自动检测的结果进行复核，对漏判或误判工件进行重新判定，并将结果更新到数据库模块中。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。