面向封装芯片批量检测的视觉稳定扫描成像装置

技术领域

本发明属于封装芯片缺陷检测技术领域，本发明涉及一种面向封装芯片批量检测的视觉稳定扫描成像装置。

背景技术

随着智能制造技术的迅猛发展，基于视觉成像技术实现精准的封装芯片缺陷检测已成为国内外研究的热点。国内当前在常规芯片的封装制造中，快速、稳定的芯片扫描装置是保证其效率的关键，因此本发明所设计的面向封装芯片批量检测的视觉稳定扫描成像装置具有重要的实际应用价值。

通常基于缺陷检测方法在算法复杂度、计算效率上已经达到一个很好的发展水平，然而目标图像的获取是源头和保证。当前通过人工操作的方式进行芯片扫描成像，容易受到人为因素的影响，导致特征配准与检测结果不够准确一致。此外，人工操作不可避免地存在主观性和疲劳等问题，同时增加了生产成本和人力管理的复杂性。

传统的自动化设备在封装芯片检测方面存在局限性。这些设备通常只能检测表面上的明显缺陷，而对于微小的封装不良或内部故障，很难进行成像和检测。这种局限性会致使缺陷产品未能被及时发现，进而带来不必要的成本损失和质量问题。其次，对于传统的封装芯片的检测装置，一次只能检测一个封装芯片或是少量的封装芯片，扫描过程中整个效率较低，并且对于传统的检测设备多采用简单的自动化装置，效率很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向封装芯片批量检测的视觉稳定扫描成像装置，本发明设计了一款圆柱体封装芯片批量检测吸取装置，一次可以吸取多个芯片，通过在系统装置中内置伺服驱动电机，可以实现圆柱体在一定角度内进行旋转，配合工业相机多自由度移动支架装置，使得线阵扫描相机与被检测的封装芯片能够形成符合成像的需求视角，保证成像的准确性，以及成像图片的质量，利于后续图像的处理，大大提高了检测的效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种面向封装芯片批量检测的视觉稳定扫描成像装置，包括底座和设置于所述底座的移动支架机构，所述移动支架机构上设置有工业相机，所述底座上还设置有芯片检测移动支架，所述芯片检测移动支架设置有芯片吸取机构，所述芯片吸取机构包括柱体框架，所述柱体框架旋转连接于所述芯片检测移动支架，所述柱体框架上设置有至少一组吸盘架，所述吸盘架内部为中空结构，所述吸盘架上设置有多个气嘴，所述气嘴上设置有吸盘，所述吸盘架还设置有气泵接口，所述气泵接口连接气源。

优选的技术方案中，所述柱体框架包括安装杆，所述安装杆两端设置有安装架，所述安装架上设置有凹槽，所述凹槽用于安装吸盘架。

优选的技术方案中，所述凹槽包括球形凹槽，所述吸盘架两端设置有球形活动副，所述球形凹槽与球形活动副配合活动。

优选的技术方案中，所述凹槽还包括L型凹槽，所述L型凹槽与所述球形凹槽连通，所述L型凹槽设置有T型栓动可拆卸阀门。

优选的技术方案中，所述柱体框架的安装架内侧中部设置有中心固定从动轮，所述中心固定从动轮与主动轮啮合传动，所述主动轮由驱动电机驱动，所述吸盘架一端设置有转动齿轮，所述转动齿轮与中心固定从动轮啮合传动。

优选的技术方案中，所述移动支架机构包括移动支架，所述移动支架间设置有滑轨，所述滑轨上设置有X轴滑轮组、Y轴滑轮组和Z轴滑轮组，所述X轴滑轮组、Y轴滑轮组和Z轴滑轮组通过电机驱动，所述Z轴滑轮组上设置有工业相机。

优选的技术方案中，所述芯片检测移动支架包括支撑架，所述支撑架用于安装柱体框架，所述支撑架上设置有驱动滑轮组，所述驱动滑轮组驱动柱体框架转动。

优选的技术方案中，所述支撑架安装于竖直移动机构，所述竖直移动机构包括导轨、伺服电机和同步带，所述支撑架安装于导轨，通过伺服电机和同步带驱动支撑架在竖直方向移动。

优选的技术方案中，所述底座还配合有传送带和芯片放置固定托盘，所述芯片放置固定托盘内设置有芯片放置固定卡槽，所述芯片放置固定卡槽内设置有传感器。

优选的技术方案中，所述芯片放置固定托盘底部设置有球形副，所述球形副外围包裹有球形副橡胶轮胎，所述球形副橡胶轮胎在一定范围内转动，所述传送带上设置有两条平行的轨道，所述球形副橡胶轮胎设置于轨道内。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

本发明的装置通过工业相机多自由度移动支架机构，可以实现灵活移动和准确的定位。相对于传统的人工操作或简单的固定式自动化设备，这种通过将视觉传感器与工业相机多自由度移动支架装置结合的发明装置，能够根据生产线需求自由调整位置，适应不同尺寸和位置的芯片。这种灵活性大大提高了生产线的适应性和生产效率。

本装置采用自主设计的圆柱体形状的封装芯片批量检测吸取机构，能够一次吸取多个芯片，配合外置伺服驱动的电机允许整个封装芯片吸取机构进行转动，配合线阵扫描相机，可以快速准确的对封装芯片进行线阵扫描成像，因为每次检测的封装芯片的数量较传统上有很大的增加，所以从根源上解决了封装芯片检测的低效性问题。

此外，该装置还拓展了激光传感器在芯片封装生产线的应用领域。通过结合视觉传感器和工业相机多自由度移动支架装置，本发明装置能够智能感知吸盘上芯片扫描效果，实时调整，从而提高生产线的自动化水平和精确性。

附图说明

图1为较佳实施例的三维结构示意图；

图2为较佳实施例试验台基座与传送带的结构示意图；

图3为较佳实施例工业相机与移动支架机构的结构示意图；

图4为较佳实施例芯片吸取机构的结构示意图；

图5为较佳实施例柱体框架的结构示意图；

图6为较佳实施例T型栓动可拆卸阀门的结构示意图；

图7为较佳实施例吸盘架的结构示意图；

图8为较佳实施例芯片检测移动支架的结构示意图；

图9为较佳实施例芯片检测移动支架的驱动滑轮组连接结构示意图；

图10为较佳实施例芯片放置固定托盘的顶部结构示意图；

图11为较佳实施例芯片放置固定托盘的底部局部放大图。

具体实施方式

本发明的原理是：本发明通过采用工业相机多自由度移动支架装置移动支架机构，配合相关的线阵扫描相机的使用，允许线阵扫描相机能够在上下，左右，前后这六个方向进行一个准确、稳定的调节，能够为后续的图像处理提供清晰准确的检测图像，从源头改善并提高整个对于封装芯片检测的效率。其次，本发明装置设计了一款圆柱体芯片吸取机构，一次可以吸取4×5个芯片。通过在系统装置中内置伺服驱动电机，可以实现圆柱体在一定角度内进行旋转，配合工业相机多自由度移动支架机构，使得线阵扫描相机与被检测的封装芯片能够形成符合成像的需求视角，保证成像的准确性。

实施例1：

如图1、图4所示，一种面向封装芯片批量检测的视觉稳定扫描成像装置，包括底座1和设置于底座1的移动支架机构3，移动支架机构3上设置有工业相机4，底座1上还设置有芯片检测移动支架6，芯片检测移动支架6设置有芯片吸取机构5，芯片吸取机构5包括柱体框架5-0，柱体框架5-0旋转连接于芯片检测移动支架6，柱体框架5-0上设置有至少一组吸盘架5-7，吸盘架5-7内部为中空结构，吸盘架5-7上设置有多个气嘴5-11，气嘴5-11上设置有吸盘5-1，吸盘架5-7还设置有气泵接口5-2，气泵接口5-2连接气源。

圆柱体芯片吸取机构，一次可以吸取4×5个芯片，可以实现圆柱体在一定角度内进行旋转，配合工业相机多自由度移动支架机构，使得线阵扫描相机与被检测的封装芯片能够形成符合成像的需求视角，保证成像的准确性。

一较佳的实施例中，如图1、图2所示，底座1还配合有传送带8和芯片放置固定托盘7，芯片放置固定托盘7放置在封装芯片批量检测的传送带8的卡槽内。

传送带8与底座1平行，传送带8与底座1无直接连接关系，由外部产线直接传送至本发明装置。

如图2所示，底座1为试验台底座，包括橡胶滑轮1-1，可打开式夹板1-2。橡胶滑轮1-1允许试验台底座能够较为灵活的移动，降低了运输难度，减少了本发明装置的安装成本；可打开式夹板1-2能够打开，试验台底座的内部有提前预留部分空间，用于设备线材，电源，空气压缩机等配套设备的放置，大大减少了本发明装置的空间占用率。

具体的，试验台底座上部设置有三角固定板2，三角固定板2将移动支架机构3与工业相机4固定在试验台底座的一侧，三角固定板2将芯片吸取机构5与芯片检测移动支架6固定在试验台底座的另一侧。

如图3所示，工业相机4和多自由度移动支架机构3，包括移动支架3-5，移动支架3-5间设置有滑轨3-2，滑轨3-2上设置有Y轴滑轮组3-1，X轴滑轮组3-3，Z轴滑轮组3-4，Z轴滑轮组3-4上设置有工业相机4。工业相机4是一台采用了线阵扫描这种方式的工业相机，允许手动调节曝光时间、感光度、图像尺寸分辨率以及ROI设置等常规设置。X，Y，Z轴滑轮组各有一条与之相对应的滑轨3-2，配有直流无刷电机驱动器进行驱动，采用PWM(脉宽调制)的控制方式，允许工业相机4在多自由度移动支架机构3上进行任意空间位置上平稳移动，并且具备高效，低噪声，响应速度快的优点，大大提高了工业相机4扫描的稳定性与准确性。

如图4，图5所示，柱体框架5-0包括安装杆5-01，安装杆5-01两端设置有安装架5-02，安装架5-02上设置有凹槽5-8，凹槽5-8用于安装吸盘架5-7。

一较佳的实施例中，凹槽5-8包括球形凹槽5-81，吸盘架5-7两端设置有球形活动副5-9，球形凹槽5-81与球形活动副5-9配合活动。凹槽5-8还包括L型凹槽5-82，L型凹槽5-82与球形凹槽5-81连通，L型凹槽5-82设置有T型栓动可拆卸阀门5-3。

具体的，如图4，图5，图6，图7所示，芯片吸取机构5，包括吸盘5-1，气泵接口5-2，T型栓动可拆卸阀门5-3，直流无刷电机5-4，电机驱动主动轮5-5，中心固定从动轮5-6，吸盘架5-7，凹槽5-8，球形活动副5-9，吸盘架转动从动轮5-10。整个装置依托于一个类圆柱体框架5-0内，在圆柱体的柱体框架5-0两端开槽，将吸盘5-1两端的球副安装在圆柱体两端的开槽内，安装好后在开槽上装上T型栓动可拆卸阀门5-3对吸盘架5-7进行固定，中心固定从动轮5-6穿过整个芯片吸取机构5的中心，直流无刷电机5-4与电机驱动主动轮5-5同轴心固定，实现电机驱动主动轮5-5能够360°进行转动，从而带动中心固定从动轮5-6转动，直流无刷电机5-4与中心固定从动轮5-6通过齿轮副连接，通过直流无刷电机5-4实现电机驱动主动轮5-5转动带动中心固定从动轮5-6绕中心轴转动，接着带动与之相啮合的吸盘架从动轮5-10转动，即转动齿轮，最终使得吸盘架5-7在一定角度内进行转动。

吸盘5-1通过与空气压缩机连接气泵接口5-2获得合适的吸力，能流畅的吸取封装芯片，同时对于吸取物体的特殊性，采用橡胶这种柔软且有一定弹性的材料，在结构上，采用了波纹吸盘，该种吸盘减震效果较好，与气泵口连接处采用胶水密封粘牢，吸盘5-1由于前端与封装芯片接触的位置的材质为柔软的橡胶，不会轻易损坏封装的芯片，能够很好的降低生产上的损耗。气泵接口5-2与空气压缩机的软管连接，为吸盘5-1提供吸力，使其具备吸取物体的能力。T型栓动可拆卸阀门5-3，采用栓动的方式，当吸盘架5-7发生故障或是破损的情况的时候，能够快速的进行拆卸更换，极大的提高了生产效率，同时又大大改善了通用化与便携化问题。直流无刷电机5-4能够使得整个芯片吸取机构5绕中心轴进行转动，在工作状态时，可以将吸盘架5-7与传送带上托盘里封装好的芯片进行粗对准。当吸盘架5-7粗对准后，通过直流无刷电机5-4驱动主动轮，带动中心固定从动轮5-6，可以实现吸盘架5-7进行精确定位，能够精确的对准传送带8上托盘里封装好的芯片。位于吸盘架5-7的两端是两个球形活动副5-9，与之配合的是芯片吸取机构5上的球形凹槽5-81，可以允许吸盘架5-7绕自身进行360°旋转，使得吸盘架5-7精确定位的功能得以实现。

如图8、图9所示，芯片检测移动支架6包括支撑架6-2，支撑架6-2用于安装柱体框架5-0，支撑架6-2上设置有驱动滑轮组6-4，驱动滑轮组6-4驱动柱体框架5-0转动。

支撑架6-2安装于竖直移动机构，竖直移动机构包括导轨6-5、伺服电机6-1和同步带6-3，支撑架6-2安装于导轨6-5，通过伺服电机6-1和同步带6-3驱动支撑架6-2在竖直方向移动。

具体的，如图8，图9所示，芯片检测移动支架6，包括伺服电机6-1，支撑架6-2，同步带6-3，驱动滑轮组6-4。两台伺服电机6-1配合同步带6-3可以实现芯片吸取机构5在竖直方向上进行平稳的移动，较大限度上提高了芯片吸取机构5的灵活性。支撑架6-2为多采用三角形模样的固定板或是支撑架，来满足结构上稳定性的需求。驱动滑轮组6-4，用于辅助芯片吸取机构5对装有封装好的芯片的托盘进行一个粗定位，驱动滑轮组6-4它通过直流无刷电机5-4进行驱动，驱动滑轮组6-4通过同步带进行连接，通过驱动主动轮带动同步带移动，带动与安装在芯片吸取机构5一侧的从动轮转动，完成整个芯片吸取机构5转动，最后可以实现整个装置刚好位于芯片放置固定托盘7的正上方，且每个吸盘5-1的间隔刚好等于芯片放置固定托盘7的每个卡槽之间的间隔，从而辅助其对托盘进行一个粗定位。

如图10、图11所示，芯片放置固定托盘7，包括芯片放置固定卡槽7-1，激光传感器7-2，球形副7-3，球形副橡胶轮胎7-4。芯片放置固定卡槽7-1大小与被检测封装的芯片基本贴合，便于后期吸盘架5-7上面整齐排布的吸盘5-1精确吸取。激光传感器7-2设置于芯片放置固定卡槽7-1中，用于感应芯片，当然也可以为其他类型的传感器，例如红外传感器等等，当吸盘5-1成功吸取封装的芯片后，检测到流程正常后，方才进行下一步，即通过工业相机4对封装的芯片进行线阵扫描检测。

球形副7-3通过与球形副橡胶轮胎7-4进行配合，设置于芯片放置固定托盘7的底部，因为球形副橡胶轮胎7-4内壁与球形副7-3呈包裹式贴合，在保持托盘平稳的前提下，可以实现轮胎左右各15°范围的转动，因此在芯片放置固定托盘7遇到传送带8出现转弯的情况，因为允许进行一定角度的转动，所以芯片放置固定托盘7能够实现流畅平滑的转弯，避免了托盘在运输过程中因为传送带出现方向改变而导致传送带堵塞的情况，这个装置能够大大的提高了整个传送带运行的流畅性和平稳性。

如图1所示，传送带8的表面放置了两条平行且带有凹槽木板，在传送带8开始工作时，因为芯片放置固定托盘7中的球形副橡胶轮胎7-4内壁与球形副7-3采用的是包裹式的安装，所以无法像滑轮一样平滑的前后滑动，整个芯片放置固定托盘7装置在传送带上的移动主要依靠传送带8给其提供的摩擦力，最终能够实现芯片放置固定托盘7能够在其上面平稳前进，大大提高了整个装置的运行效率与持续度。

上述实施例为本发明优选地实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。