芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位裝置及其定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位裝置及其定位方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的準(zhǔn)確度不高、靈活性差的問(wèn)題。包括工控機(jī)和芯片拾放工作臺(tái)（1）上設(shè)置的懸臂支架（2），在懸臂支架（2）上設(shè)置有可在X、Y、Z三個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)整定位的俯視相機(jī)，該俯視相機(jī)還配備有可更換的兩個(gè)大小倍數(shù)鏡頭，在芯片拾放工作臺(tái)（1）上設(shè)置有仰視相機(jī)和帶有對(duì)位孔（26）的對(duì)位旋轉(zhuǎn)板（25），以對(duì)位旋轉(zhuǎn)板（25）的外端設(shè)置的對(duì)位孔（26）為基準(zhǔn)，通過(guò)俯視相機(jī)的兩組鏡頭的精確切換校驗(yàn)兩組鏡頭的相對(duì)位置參數(shù)，此參數(shù)的校驗(yàn)通過(guò)仰視相機(jī)完成，可計(jì)算出兩組鏡頭間的機(jī)械偏移量。實(shí)現(xiàn)了芯片初始定位，精度能達(dá)到2個(gè)像素誤差。
【專利說(shuō)明】芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位裝置及其定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微組裝中芯片全自動(dòng)拾放的一種視覺(jué)定位裝置，特別涉及一種芯片自動(dòng)拾放的芯片定位裝置及其定位方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在微組裝設(shè)備中，芯片的全自動(dòng)拾放是設(shè)備的主要工作內(nèi)容，在實(shí)際操作中，由于芯片尺寸小，電路圖形種類(lèi)多，對(duì)芯片的初始定位特別重要，關(guān)系到拾放的準(zhǔn)確度。在微組裝設(shè)備中，現(xiàn)有的芯片初始定位通常用一臺(tái)固定位置的CCD系統(tǒng)完成，適應(yīng)的芯片尺寸范圍有限，不適用于多吸嘴、多工位的相對(duì)位置校驗(yàn)，定位準(zhǔn)確度不高，靈活性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位裝置及其定位方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的準(zhǔn)確度不高、靈活性差的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決以上技術(shù)問(wèn)題的:
一種芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位裝置，包括工控機(jī)和芯片拾放工作臺(tái)，在芯片拾放工作臺(tái)的后端固定設(shè)置有懸臂支架，在芯片拾放工作臺(tái)的左側(cè)前端固定設(shè)置有仰視相機(jī)，在仰視相機(jī)的后側(cè)設(shè)置有對(duì)位旋轉(zhuǎn)板支架，在芯片拾放工作臺(tái)上設(shè)置有芯片上料臺(tái)，在芯片上料臺(tái)上活動(dòng)設(shè)置有芯片；在懸臂支架上設(shè)置有左右方向上的X軸移動(dòng)導(dǎo)軌，在X軸移動(dòng)導(dǎo)軌上設(shè)置有X軸直線電機(jī)定子和X軸直線電機(jī)動(dòng)子，在X軸直線電機(jī)動(dòng)子上設(shè)置有前后方向上的Y軸移動(dòng)導(dǎo)軌，在Y軸移動(dòng)導(dǎo)軌上設(shè)置有Y軸直線電機(jī)定子和Y軸直線電機(jī)動(dòng)子，在Y軸直線電機(jī)動(dòng)子上設(shè)置有Z軸導(dǎo)軌絲杠，在Z軸導(dǎo)軌絲杠上設(shè)置有Z軸絲杠螺母，在Z軸絲杠螺母上設(shè)置有俯視相機(jī)安裝支架，沿水平方向設(shè)置的鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承外圈固定設(shè)置在俯視相機(jī)安裝支架上，在鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈上設(shè)置有切換鏡頭安裝臺(tái)，在切換鏡頭安裝臺(tái)上分別設(shè)置有大倍數(shù)鏡頭和小倍數(shù)鏡頭，大倍數(shù)鏡頭和小倍數(shù)鏡頭是設(shè)置在以鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈的中心為圓心的同一圓弧上的，在大倍數(shù)鏡頭的正上方的俯視相機(jī)安裝支架上設(shè)置有俯視相機(jī)，鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)帶輪，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)帶輪通過(guò)同步驅(qū)動(dòng)皮帶與設(shè)置在俯視相機(jī)安裝支架上的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接在一起,在對(duì)位旋轉(zhuǎn)板支架的頂端設(shè)置有鉸軸，在鉸軸上鉸接有對(duì)位旋轉(zhuǎn)板，在對(duì)位旋轉(zhuǎn)板的外端設(shè)置有對(duì)位孔，對(duì)位孔設(shè)置在仰視相機(jī)的上方，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、仰視相機(jī)和俯視相機(jī)分別與工控機(jī)電連接在一起。
[0005]一種芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位方法，包括以下步驟:
第一步、移動(dòng)對(duì)位旋轉(zhuǎn)板到左側(cè)前端固定設(shè)置的仰視相機(jī)上方，使對(duì)位孔在仰視相機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)清晰成像，并記錄對(duì)位孔中心在仰視相機(jī)中的視場(chǎng)坐標(biāo)；
第二步、移動(dòng)俯視相機(jī)到對(duì)位孔上方，使對(duì)位孔在俯視相機(jī)中清晰成像，并使對(duì)位孔中心位于視場(chǎng)中心；
第三步、工控機(jī)控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈帶動(dòng)切換鏡頭安裝臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使切換鏡頭安裝臺(tái)上的大倍數(shù)鏡頭與俯視相機(jī)對(duì)中；
第四步、工控機(jī)驅(qū)動(dòng)X軸直線電機(jī)動(dòng)子、Y軸直線電機(jī)動(dòng)子和Z軸絲杠螺母，使移動(dòng)俯視相機(jī)到對(duì)位孔上方，使對(duì)位孔在俯視相機(jī)中清晰成像，并使對(duì)位孔中心位于視場(chǎng)中心，記錄此時(shí)機(jī)械坐標(biāo)值；
第五步、俯視相機(jī)的機(jī)械坐標(biāo)加上對(duì)位孔中心在仰視相機(jī)視場(chǎng)中相對(duì)于視場(chǎng)中心的偏移量，即為仰視相機(jī)的機(jī)械坐標(biāo)，即仰視相機(jī)在工作臺(tái)上的物理位置坐標(biāo)；
第六步、移動(dòng)俯視相機(jī)與大倍數(shù)鏡頭，使其視場(chǎng)中心與仰視相機(jī)視場(chǎng)中心重合，記錄此時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)X1、Yl ；
第七步、控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈帶動(dòng)切換鏡頭安裝臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使切換鏡頭安裝臺(tái)上的小倍數(shù)鏡頭與俯視相機(jī)對(duì)中；
第八步、移動(dòng)俯視相機(jī)與小倍數(shù)鏡頭，使其視場(chǎng)中心與仰視相機(jī)視場(chǎng)中心重合，記錄此時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)X2、Y2 ；
第九步、計(jì)算坐標(biāo)Χ1、Υ1與Χ2、Υ2的偏差，此偏差即為大倍數(shù)鏡頭與小倍數(shù)鏡頭的物理偏移量；
第十步、通過(guò)仰視相機(jī)與俯視相機(jī)的大倍數(shù)鏡頭、小倍數(shù)鏡頭的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以定位拾取工作臺(tái)上任意位置的芯片。
[0006]本發(fā)明的芯片全自動(dòng)拾放的視覺(jué)定位方法應(yīng)用于多功能精密組裝系統(tǒng)設(shè)備上，可實(shí)現(xiàn)芯片的全自動(dòng)拾放自動(dòng)定位。此方法采用仰視與俯視雙相機(jī)、俯視相機(jī)雙鏡頭切換方式，實(shí)現(xiàn)了芯片初始定位，精度能達(dá)到2個(gè)像素誤差。此方法可廣泛應(yīng)用于微組裝設(shè)備，如全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)、共晶貼片機(jī)、晶圓芯片拾放機(jī)等設(shè)備中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的俯視相機(jī)16的定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的切換鏡頭安裝臺(tái)19的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的切換鏡頭安裝臺(tái)19在俯視方向上的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明的仰視相機(jī)3與對(duì)位旋轉(zhuǎn)板支架4之間的配合關(guān)系圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]一種芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位裝置，包括工控機(jī)和芯片拾放工作臺(tái)1，在芯片拾放工作臺(tái)I的后端固定設(shè)置有懸臂支架2，在芯片拾放工作臺(tái)I的左側(cè)前端固定設(shè)置有仰視相機(jī)3，在仰視相機(jī)3的后側(cè)設(shè)置有對(duì)位旋轉(zhuǎn)板支架4，在芯片拾放工作臺(tái)I上設(shè)置有芯片上料臺(tái)5，在芯片上料臺(tái)5上活動(dòng)設(shè)置有芯片6 ;在懸臂支架2上設(shè)置有左右方向上的X軸移動(dòng)導(dǎo)軌7，在X軸移動(dòng)導(dǎo)軌7上設(shè)置有X軸直線電機(jī)定子8和X軸直線電機(jī)動(dòng)子9，在X軸直線電機(jī)動(dòng)子9上設(shè)置有前后方向上的Y軸移動(dòng)導(dǎo)軌10，在Y軸移動(dòng)導(dǎo)軌10上設(shè)置有Y軸直線電機(jī)定子11和Y軸直線電機(jī)動(dòng)子12，在Y軸直線電機(jī)動(dòng)子12上設(shè)置有Z軸導(dǎo)軌絲杠13，在Z軸導(dǎo)軌絲杠13上設(shè)置有Z軸絲杠螺母14，在Z軸絲杠螺母14上設(shè)置有俯視相機(jī)安裝支架15，沿水平方向設(shè)置的鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承外圈17固定設(shè)置在俯視相機(jī)安裝支架15上，在鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈18上設(shè)置有切換鏡頭安裝臺(tái)19，在切換鏡頭安裝臺(tái)19上分別設(shè)置有大倍數(shù)鏡頭20和小倍數(shù)鏡頭21，大倍數(shù)鏡頭20和小倍數(shù)鏡頭21是設(shè)置在以鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈18的中心為圓心的同一圓弧上的，在大倍數(shù)鏡頭20的正上方的俯視相機(jī)安裝支架15上設(shè)置有俯視相機(jī)16，鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈18上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)帶輪，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)帶輪通過(guò)同步驅(qū)動(dòng)皮帶22與設(shè)置在俯視相機(jī)安裝支架15上的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)23連接在一起，在對(duì)位旋轉(zhuǎn)板支架4的頂端設(shè)置有鉸軸24，在鉸軸24上鉸接有對(duì)位旋轉(zhuǎn)板25，在對(duì)位旋轉(zhuǎn)板25的外端設(shè)置有對(duì)位孔26，對(duì)位孔26設(shè)置在仰視相機(jī)3的上方，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)23、仰視相機(jī)3和俯視相機(jī)16分別與工控機(jī)電連接在一起。
[0009]一種芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位方法，包括以下步驟:
第一步、移動(dòng)對(duì)位旋轉(zhuǎn)板25到左側(cè)前端固定設(shè)置的仰視相機(jī)3上方，使對(duì)位孔26在仰視相機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)清晰成像，并記錄對(duì)位孔26中心在仰視相機(jī)中的視場(chǎng)坐標(biāo)；
第二步、移動(dòng)俯視相機(jī)到對(duì)位孔26上方，使對(duì)位孔26在俯視相機(jī)中清晰成像，并使對(duì)位孔26中心位于視場(chǎng)中心；
第三步、工控機(jī)控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)23驅(qū)動(dòng)鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈18帶動(dòng)切換鏡頭安裝臺(tái)19轉(zhuǎn)動(dòng)，使切換鏡頭安裝臺(tái)19上的大倍數(shù)鏡頭20與俯視相機(jī)16對(duì)中；
第四步、工控機(jī)驅(qū)動(dòng)X軸直線電機(jī)動(dòng)子9、Y軸直線電機(jī)動(dòng)子12和Z軸絲杠螺母14，使移動(dòng)俯視相機(jī)16到對(duì)位孔26上方，使對(duì)位孔26在俯視相機(jī)16中清晰成像，并使對(duì)位孔26中心位于視場(chǎng)中心，記錄此時(shí)機(jī)械坐標(biāo)值；
第五步、俯視相機(jī)16的機(jī)械坐標(biāo)加上對(duì)位孔26中心在仰視相機(jī)3視場(chǎng)中相對(duì)于視場(chǎng)中心的偏移量,即為仰視相機(jī)的機(jī)械坐標(biāo),即仰視相機(jī)3在工作臺(tái)I上的物理位置坐標(biāo)；第六步、移動(dòng)俯視相機(jī)16與大倍數(shù)鏡頭20，使其視場(chǎng)中心與仰視相機(jī)3視場(chǎng)中心重合，記錄此時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)X1、Yl ；
第七步、控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈18帶動(dòng)切換鏡頭安裝臺(tái)19轉(zhuǎn)動(dòng)，使切換鏡頭安裝臺(tái)19上的小倍數(shù)鏡頭21與俯視相機(jī)16對(duì)中；
第八步、移動(dòng)俯視相機(jī)16與小倍數(shù)鏡頭21，使其視場(chǎng)中心與仰視相機(jī)3視場(chǎng)中心重合，記錄此時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)Χ2、Υ2 ;
第九步、計(jì)算坐標(biāo)Χ1、Υ1與Χ2、Υ2的偏差，此偏差即為大倍數(shù)鏡頭20與小倍數(shù)鏡頭21的物理偏移量；
第十步、通過(guò)仰視相機(jī)3與俯視相機(jī)16的大倍數(shù)鏡頭20、小倍數(shù)鏡頭21的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以定位拾取工作臺(tái)I上任意位置的芯片。
【權(quán)利要求】
1.一種芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位裝置，包括工控機(jī)和芯片拾放工作臺(tái)(1)，在芯片拾放工作臺(tái)(I)的后端固定設(shè)置有懸臂支架(2)，在芯片拾放工作臺(tái)(I)的左側(cè)前端固定設(shè)置有仰視相機(jī)(3)，在仰視相機(jī)(3)的后側(cè)設(shè)置有對(duì)位旋轉(zhuǎn)板支架(4)，在芯片拾放工作臺(tái)(I)上設(shè)置有芯片上料臺(tái)(5)，在芯片上料臺(tái)(5)上活動(dòng)設(shè)置有芯片(6);在懸臂支架(2)上設(shè)置有左右方向上的X軸移動(dòng)導(dǎo)軌(7)，在X軸移動(dòng)導(dǎo)軌(7)上設(shè)置有X軸直線電機(jī)定子(8)和X軸直線電機(jī)動(dòng)子(9 )，在X軸直線電機(jī)動(dòng)子(9 )上設(shè)置有前后方向上的Y軸移動(dòng)導(dǎo)軌(10 )，在Y軸移動(dòng)導(dǎo)軌(10)上設(shè)置有Y軸直線電機(jī)定子(11)和Y軸直線電機(jī)動(dòng)子(12)，在Y軸直線電機(jī)動(dòng)子(12)上設(shè)置有Z軸導(dǎo)軌絲杠(13)，在Z軸導(dǎo)軌絲杠(13)上設(shè)置有Z軸絲杠螺母(14)，在Z軸絲杠螺母(14)上設(shè)置有俯視相機(jī)安裝支架(15)，其特征在于，沿水平方向設(shè)置的鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承外圈(17)固定設(shè)置在俯視相機(jī)安裝支架(15)上，在鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈(18)上設(shè)置有切換鏡頭安裝臺(tái)(19)，在切換鏡頭安裝臺(tái)(19)上分別設(shè)置有大倍數(shù)鏡頭(20)和小倍數(shù)鏡頭(21)，大倍數(shù)鏡頭(20)和小倍數(shù)鏡頭(21)是設(shè)置在以鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈(18)的中心為圓心的同一圓弧上的，在大倍數(shù)鏡頭(20)的正上方的俯視相機(jī)安裝支架(15)上設(shè)置有俯視相機(jī)(16)，鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈(18)上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)帶輪，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)帶輪通過(guò)同步驅(qū)動(dòng)皮帶(22)與設(shè)置在俯視相機(jī)安裝支架(15)上的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(23 )連接在一起，在對(duì)位旋轉(zhuǎn)板支架(4 )的頂端設(shè)置有鉸軸(24 )，在鉸軸(24 )上鉸接有對(duì)位旋轉(zhuǎn)板(25 )，在對(duì)位旋轉(zhuǎn)板(25 )的外端設(shè)置有對(duì)位孔(26 )，對(duì)位孔(26 )設(shè)置在仰視相機(jī)(3 )的上方，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(23 )、仰視相機(jī)(3 )和俯視相機(jī)(16 )分別與工控機(jī)電連接在一起。
2.一種芯片全自動(dòng)拾放視覺(jué)定位方法，包括以下步驟: 第一步、移動(dòng)對(duì)位旋轉(zhuǎn)板(25)到左側(cè)前端固定設(shè)置的仰視相機(jī)(3)上方，使對(duì)位孔 (26)在仰視相機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)清晰成像，并記錄對(duì)位孔(26)中心在仰視相機(jī)中的視場(chǎng)坐標(biāo)；第二步、移動(dòng)俯視相機(jī)到對(duì)位孔(26)上方，使對(duì)位孔(26)在俯視相機(jī)中清晰成像，并使對(duì)位孔(26)中心位于視場(chǎng)中心；第三步、工控機(jī)控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(23)驅(qū)動(dòng)鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈(18)帶動(dòng)切換鏡頭安裝臺(tái)(19)轉(zhuǎn)動(dòng)，使切換鏡頭安裝臺(tái)(19)上的大倍數(shù)鏡頭(20)與俯視相機(jī)(16)對(duì)中；第四步、工控機(jī)驅(qū)動(dòng)X軸直線電機(jī)動(dòng)子(9)、Y軸直線電機(jī)動(dòng)子(12)和Z軸絲杠螺母(14)，使移動(dòng)俯視相機(jī)(16)到對(duì)位孔(26)上方，使對(duì)位孔(26)在俯視相機(jī)(16)中清晰成像，并使對(duì)位孔(26)中心位于視場(chǎng)中心，記錄此時(shí)機(jī)械坐標(biāo)值； 第五步、俯視相機(jī)(16)的機(jī)械坐標(biāo)加上對(duì)位孔(26)中心在仰視相機(jī)(3)視場(chǎng)中相對(duì)于視場(chǎng)中心的偏移量，即為仰視相機(jī)的機(jī)械坐標(biāo)，即仰視相機(jī)(3)在工作臺(tái)(I)上的物理位置坐標(biāo)； 第六步、移動(dòng)俯視相機(jī)(16)與大倍數(shù)鏡頭(20)，使其視場(chǎng)中心與仰視相機(jī)(3)視場(chǎng)中心重合,記錄此時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)X1、Yl ； 第七步、控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鏡頭切換旋轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈(18)帶動(dòng)切換鏡頭安裝臺(tái)(19)轉(zhuǎn)動(dòng)，使切換鏡頭安裝臺(tái)(19)上的小倍數(shù)鏡頭(21)與俯視相機(jī)(16)對(duì)中； 第八步、移動(dòng)俯視相機(jī)(16)與小倍數(shù)鏡頭(21)，使其視場(chǎng)中心與仰視相機(jī)(3)視場(chǎng)中心重合,記錄此時(shí)的機(jī)械坐標(biāo)X2、Y2 ； 第九步、計(jì)算坐標(biāo)X1、Yl與Χ2、Υ2的偏差，此偏差即為大倍數(shù)鏡頭(20)與小倍數(shù)鏡頭(21)的物理偏移量； 第十步、通過(guò)仰視相機(jī)(3)與俯視相機(jī)(16)的大倍數(shù)鏡頭(20)、小倍數(shù)鏡頭(21)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以定 位拾取工作臺(tái)(I)上任意位置的芯片。
【文檔編號(hào)】H01L21/68GK104051312SQ201410272871
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】侯一雪, 王雁, 曹?chē)?guó)斌, 田志峰, 張永聰 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所