專利名稱：：全自動(dòng)led引線鍵合機(jī)的雙光路成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種全自動(dòng)LED引線鍵合機(jī)的雙光路成像系統(tǒng)，屬于光學(xué)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，有效提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度，因此被廣泛用于半導(dǎo)體及電子行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)及成品檢測(cè)、質(zhì)量控制等領(lǐng)域。隨著LED產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，形色各異的LED生產(chǎn)工藝對(duì)封裝設(shè)備提出了更高的要求，全自動(dòng)引線鍵合機(jī)作為半導(dǎo)體后封裝設(shè)備中的關(guān)鍵設(shè)備，在對(duì)準(zhǔn)精度、實(shí)時(shí)控制等方面都有很高的要求，因此圖像的實(shí)時(shí)獲取、識(shí)別及校準(zhǔn)定位成為設(shè)備自動(dòng)控制的前提條件。一副成像糟糕的圖像往往很難通過(guò)軟件補(bǔ)償，即使占用大量的內(nèi)存和運(yùn)行時(shí)間也難以取得預(yù)期的效果，所以提高光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量對(duì)圖像識(shí)別的實(shí)時(shí)性至關(guān)重要。LED焊線生產(chǎn)中遇到的芯片千差萬(wàn)別，料條的一致性也較差，圖像識(shí)別出錯(cuò)的頻率很高，主要原因在于芯片和引腳的高度差遠(yuǎn)超過(guò)了景深；芯片和引腳表面反光特性的不同也對(duì)識(shí)別產(chǎn)生了很大影響；光學(xué)系統(tǒng)在焊線中隨工作臺(tái)作高速運(yùn)動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)帶來(lái)的誤差必將影響到識(shí)別效率和識(shí)別精度。因此，普通的單路鏡頭己經(jīng)很難滿足圖像識(shí)別的需要。鏡頭本身的成像質(zhì)量、切換裝置的高速可靠和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定抗振是需要綜合考慮的幾大難點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種識(shí)別精度高的全自動(dòng)LED引線鍵合機(jī)的雙光路成像系統(tǒng)。解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明包括照明光源、物鏡、高、低倍兩組輔助物鏡、兩個(gè)分束鏡、兩個(gè)反射鏡、電子切換裝置和高、低倍兩組輔助物鏡共用的一個(gè)CCD，其中，第一分束鏡的反射光軸與第一反射鏡的入射光軸同軸，且第一分束鏡和第一反射鏡均與入射光軸成45°分布，第二反射鏡的出射光軸與第二分束鏡的入射光軸同軸，且第二反射鏡和第二分束鏡均與入射光軸成45。分布，高、低倍兩組輔助物鏡與電子切換裝置依次布置在兩對(duì)分束鏡和反射鏡間的光路上，其中，高倍6X輔助物鏡置于第一分束鏡與第二反射鏡間的光路上，低倍4X輔助物鏡置于第一反射鏡與第二分束鏡間的光路上。本發(fā)明所述電子切換裝置的構(gòu)成中包括線圈，磁芯、擋片、右卡臂、左卡臂、永磁鐵和轉(zhuǎn)軸，其中，永磁鐵與轉(zhuǎn)軸的軸體固定，擋片與轉(zhuǎn)軸一端固定，轉(zhuǎn)軸裝于右卡臂和左卡臂之間，右卡臂和左卡臂分別與磁芯的兩端相連。本發(fā)明所述照明光源的構(gòu)成中包括同軸藍(lán)光、同軸紅光、第一半透半反鏡、第二半透半反鏡和半環(huán)形紅光，其中，第一半透半反鏡和第二半透半反鏡均與同軸紅光的光軸成45°角分布，同軸藍(lán)光的光軸與同軸紅光的光軸成90°角分布，半環(huán)形紅光的光軸與同軸紅光的光軸同軸。本發(fā)明所提供的全自動(dòng)LED引線鍵合機(jī)的雙光路成像系統(tǒng)用來(lái)解決LED器件焊線中的識(shí)別問(wèn)題，針對(duì)芯片與引腳的不同特征分別通過(guò)高、低倍鏡頭采集圖像，且高、低倍鏡頭共用一個(gè)CCD，這樣改善了識(shí)別精度，卻并不增加制作成本。本系統(tǒng)工作時(shí)，光束經(jīng)物鏡到第一分束鏡分束，一路直接進(jìn)入高倍輔助物鏡，一路通過(guò)第一反射鏡轉(zhuǎn)折進(jìn)入低倍輔助物鏡。識(shí)別芯片時(shí)，電子切換裝置的擋片擺至低倍物鏡一側(cè)，光束通過(guò)高倍鏡頭，經(jīng)第二反射鏡和第二分束鏡進(jìn)入CCD;而識(shí)別引腳時(shí)，電流反向，電子切換裝置的擋片擺至高倍物鏡一側(cè)，光束通過(guò)低倍鏡頭，經(jīng)第二分束鏡進(jìn)入CCD，即實(shí)現(xiàn)了一次切換，完成了一個(gè)焊線周期。鏡頭的設(shè)計(jì)采用ZEMAX軟件，兩組鏡頭分別設(shè)計(jì)，以MTF曲線和點(diǎn)列圖來(lái)衡量成像質(zhì)量，并考慮加工裝配誤差，進(jìn)行公差帶分析。電子切換裝置的高速和穩(wěn)定是一對(duì)矛盾又是追求的最高目標(biāo)，切換速度直接影響著焊線效率；而對(duì)于高速運(yùn)行的設(shè)備，要求運(yùn)動(dòng)部件輕質(zhì)且有極高的抗振性能。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能分析，切換裝置由電磁鐵來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，切換時(shí)間20ms,重量25g。整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)不超過(guò)300g，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，振動(dòng)小?？紤]光譜、照度、均勻性及照射角度對(duì)圖像識(shí)別的影響和設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制，選用LED照明光源，采用同軸藍(lán)光和同軸紅光突出中心視場(chǎng)，半環(huán)形紅色側(cè)光加強(qiáng)輪廓特征，圖像識(shí)別中可以靈活組合這幾種照明方式，亮度0-255級(jí)程控可調(diào)。圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的軸測(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示實(shí)施例的雙光路原理圖；圖3是本發(fā)明的電子切換裝置軸側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的照明光源的主視結(jié)構(gòu)示意圖。在附圖中l(wèi)物鏡、2第一反射鏡、3第一分束鏡、4低倍4X輔助物鏡、5高倍6X輔助物鏡、6電子切換裝置、7第二反射鏡、8第二分束鏡、9CCD、IO線圈、ll磁芯、12擋片、13右卡臂、14左卡臂、15永磁鐵、16轉(zhuǎn)軸、17同軸藍(lán)光、18同軸紅光、19第一半透半反鏡、20第二半透半反鏡、21半環(huán)形紅光。具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述本方明在使用時(shí)，是安裝在全自動(dòng)LED引線鍵合機(jī)的XY工作臺(tái)上，焊線過(guò)程中隨工作臺(tái)高速運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)采集圖像，通過(guò)后端的圖像處理程序，反饋給控制端一個(gè)定位信息，從而完成焊線功能，因此圖像的實(shí)時(shí)獲取及精確定位直接影響著焊線效果。雙光路成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下確定鏡頭初始結(jié)構(gòu)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>b、定義好初始結(jié)構(gòu)后，利用ZEMAX軟件設(shè)計(jì)鏡頭，定義球差、彗差、場(chǎng)曲、色差等控制參數(shù)，同時(shí)也可加入放大率、MTF值等參數(shù)交替優(yōu)化。單獨(dú)設(shè)計(jì)物鏡及高低倍輔助物鏡，然后組合成6X及4X兩組成像鏡頭，MTF曲線接近衍射極限，成像質(zhì)量良好。物鏡與輔助物鏡之間為近平行光路，可以通過(guò)調(diào)節(jié)輔助物鏡的位置達(dá)到精確調(diào)焦的目的。c、電子切換裝置6要完成高低倍鏡頭之間的實(shí)時(shí)切換，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的電磁鐵巧妙的實(shí)現(xiàn)了這一功能。線圈10通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引轉(zhuǎn)軸16旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)擋片12擺動(dòng)，擋住該路光線；電流反向后，擋片擺動(dòng)到另一側(cè)，擋住另一路光線，即完成了一次切換。d、受空間結(jié)構(gòu)的限制及高速運(yùn)動(dòng)的影響，光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要考慮輕質(zhì)、抗振性等因素，通過(guò)Solidworks軟件設(shè)計(jì)分析，整個(gè)雙光路結(jié)構(gòu)布局合理，重心穩(wěn)定，可靠性高。參見(jiàn)附圖，本發(fā)明的構(gòu)成包括照明光源、物鏡l、高、低倍兩組輔助物鏡、兩個(gè)分束鏡3、8，兩個(gè)反射鏡2、7,電子切換裝置6和高、低倍兩組輔助物鏡共用的一個(gè)CCD9，其中，第一分束鏡3的反射光軸與第一反射鏡2的入射光軸同軸，且第一分束鏡3和第一反射鏡2均與入射光軸成45。分布；第二反射鏡7的出射光軸與第二分束鏡8的入射光軸同軸，且第二反射鏡7和第二分束鏡8均與入射光軸成45。分布；高、低倍兩組輔助物鏡4、5與電子切換裝置6依次布置在兩對(duì)分束鏡和反射鏡間的光路上，其中，高倍6X輔助物鏡5置于第一分束鏡3與第二反射鏡7間的光路上，低倍4X輔助物鏡4置于第一反射鏡2與第二分束鏡8間的光路上。本發(fā)明的電子切換裝置6的構(gòu)成中包括線圈10,磁芯11、擋片12、右卡臂13、左卡臂14、永磁鐵15和轉(zhuǎn)軸16，其中，永磁鐵15與轉(zhuǎn)軸16的軸體固定，擋片12與轉(zhuǎn)軸16—端固定，轉(zhuǎn)軸16裝于右卡臂13和左卡臂14之間，右卡臂13和左卡臂14分別與磁芯11的兩端相連。本發(fā)明的照明光源的構(gòu)成中包括同軸藍(lán)光17、同軸紅光18、第一半透半反鏡19、第二半透半反鏡20和半環(huán)形紅光21，其中，第一半透半反鏡19和第二半透半反鏡20均與同軸紅光18的光軸成45°角分布，同軸藍(lán)光17的光軸與同軸紅光18的光軸成90。角分布，半環(huán)形紅光21的光軸與同軸紅光18的光軸同軸。本系統(tǒng)工作時(shí)、光束通過(guò)物鏡1到達(dá)第一半透半反分束鏡3經(jīng)過(guò)分束，一路進(jìn)入高倍6X輔助物鏡5，另一路進(jìn)入低倍4X輔助物鏡4。由電子切換裝置6控制，識(shí)別芯片時(shí)，通過(guò)高倍鏡頭的光束進(jìn)入CCD9;識(shí)別引腳時(shí)，通過(guò)低倍鏡頭的光束進(jìn)入CCD9，高低倍鏡頭可分別調(diào)焦。兩組鏡頭共用一個(gè)物鏡l，單獨(dú)設(shè)計(jì)兩個(gè)輔助物鏡4、5，通過(guò)半透半反鏡3、8分束和反射鏡2、7轉(zhuǎn)折光路來(lái)組成高倍6X及低倍4X顯微物鏡，兩組輔助物鏡位置前后可調(diào)，可達(dá)到精確調(diào)焦的目的。電子切換裝置6實(shí)現(xiàn)了高低倍鏡頭之間的實(shí)時(shí)切換，工作時(shí)，線圈10通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，左/右卡壁形成N/S極，吸引轉(zhuǎn)軸16上的小磁鐵15，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)擋片12擺動(dòng)；電流反向后，磁場(chǎng)極性改變，擋片擺至另一側(cè)，即實(shí)現(xiàn)一次切換。均勻穩(wěn)定的照明光源在圖像識(shí)別中扮演著重要的角色，巧妙的選擇照明色及照明方式將會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果。如圖4，本發(fā)明采用同軸藍(lán)光17和同軸紅光18突出中心視場(chǎng)，半環(huán)形紅色側(cè)光21增強(qiáng)輪廓特征，兩個(gè)半透半反鏡19、20實(shí)現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)折，圖像識(shí)別中可以靈活組合這幾種照明方式，亮度程控可調(diào)。權(quán)利要求1、一種全自動(dòng)LED引線鍵合機(jī)的雙光路成像系統(tǒng)，其特征是它包括照明光源、物鏡(1)、高、低倍兩組輔助物鏡、兩個(gè)分束鏡(3、8)、兩個(gè)反射鏡(2、7)、電子切換裝置(6)和高、低倍兩組輔助物鏡共用的一個(gè)CCD(9)，其中，第一分束鏡(3)的反射光軸與第一反射鏡(2)的入射光軸同軸，且第一分束鏡(3)和第一反射鏡(2)均與入射光軸成45°分布，第二反射鏡(7)的出射光軸與第二分束鏡(8)的入射光軸同軸，且第二反射鏡(7)和第二分束鏡(8)均與入射光軸成45°分布，高、低倍兩組輔助物鏡(4、5)與電子切換裝置(6)依次布置在兩對(duì)分束鏡和反射鏡間的光路上，其中，高倍6X輔助物鏡(5)置于第一分束鏡(3)與第二反射鏡(7)間的光路上，低倍4X輔助物鏡(4)置于第一反射鏡(2)與第二分束鏡(8)間的光路上。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)LED引線鍵合機(jī)的雙光路成像系統(tǒng)，其特征是所述電子切換裝置(6)的構(gòu)成中包括線圈(10),磁芯(11)、擋片(12)、右卡臂(13)、左卡臂(14)、永磁鐵(15)和轉(zhuǎn)軸(16)，其中，永磁鐵(15)與轉(zhuǎn)軸(16)的軸體固定，擋片(12)與轉(zhuǎn)軸(16)—端固定，轉(zhuǎn)軸(16)裝于右卡臂(13)和左卡臂(14)之間，右卡臂(13)和左卡臂(14)分別與磁芯(11)的兩端相連。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)LED引線鍵合機(jī)的雙光路成像系統(tǒng)，其特征是所述照明光源的構(gòu)成中包括同軸藍(lán)光(17)、同軸紅光(18)、第一半透半反鏡(19)、第二半透半反鏡(20)和半環(huán)形紅光(21)，其中，第一半透半反鏡(19)和第二半透半反鏡(20)均與同軸紅光(18)的光軸成45。角分布，同軸藍(lán)光(17)的光軸與同軸紅光(18)的光軸成90。角分布，半環(huán)形紅光(21)的光軸與同軸紅光(18)的光軸同軸。全文摘要本發(fā)明涉及一種全自動(dòng)LED引線鍵合機(jī)的雙光路成像系統(tǒng)，屬于光學(xué)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，它包括光源、物鏡、高、低倍兩組輔助物鏡、兩個(gè)分束鏡、兩個(gè)反射鏡、電子切換裝置和CCD，其中，第一分束鏡的反射光軸與第一反射鏡的入射光軸同軸，且第一分束鏡和第一反射鏡均與入射光軸成45°分布，第二反射鏡的出射光軸與第二分束鏡的入射光軸同軸，且第二反射鏡和第二分束鏡均與入射光軸成45°分布，輔助物鏡與電子切換裝置布置在兩對(duì)分束鏡和反射鏡間的光路上，其中，高倍物鏡置于第一分束鏡與第二反射鏡間的光路上，低倍物鏡置于第一反射鏡與第二分束鏡間的光路上。文檔編號(hào)G02B17/08GK101377568SQ20081007927公開(kāi)日2009年3月4日申請(qǐng)日期2008年8月28日優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日發(fā)明者張續(xù)業(yè),峰潘申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所