全自动石英晶片外观分选机的综述解读.docx
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全自动石英晶片外观分选机的综述解读
全自动石英晶片外观分选机的综述
外观分选机理一台完备的机器视觉类捡测设备,所以.该分选机拥有四个独立的模块.如3.1图所示.
图3.1石英鼎片外观分选机模块
可以看岀,外光分选机可以分为机械运动模块.电气传动模块、软件控制模块、图像处理模決.
机械运动模块是机器工作的基本平台,是每个模块产生结果的最终反映结构.
电气传动模块是基于PLC的连接控制系统与机械部件间执行倍息传送的体系・英究出的运算与逻错控制能力*在整机申担制着各种下位机部件’如:
传感器、流水线逻辑顺序、电子元件控制等.
软件控制模块是外观分选机的中枢模块。
负责分选机的界面操作,人机交互.
数据存储、采集、通信,算法控制,机械调整等功能.软件模块是整机的中枢,也是操作最直观的表现,是连接另外三个模块的控制模块。
图像处理模块是外观分选机的核心模块。
因为整机是基于机器视觉的检测类设备,被监测对象是石英晶片的外观,所以需要获取其图像,并通过算法对图像进行各类运算处理,寻找异常特征并返回结果.所谓核心,是因为检测设备的意义就是基于图像进行分析与处理从而得出结果。
3.1J外观分选机的工作流程
外观分选机的工作流程是依托于四个机器模块下完成的,其简化流程如图3.2所示.
图3.2分选机工作流程
石英晶片在转筒转动过程中将晶片送入一号盘上,藉由一号盘上的定位相机对盘上的晶片进行图像采集,进行取片图像处理模块,分析晶片散落状况,从而礁定单个可取晶片的位置信息,决定一号圆盘的旋转度星并进入取片模块,驱使臂一号臂进行抓取(见5.1)・通过二号圆盘的旋转一定工位送料,通过检测相机的图像采集,将晶片信息送入图像处理模块,进行缺陷判定检测.最后依定统果进入送片模块并控制二号胃将晶片分类放昼°期间在定位相机不能发现独立晶片时会对一号圆盘进行散料操作,以保证晶片不会因过密而重复倒入。
3.2外观分选机的机械运动模块
321外观分选机的机构组成
外观分选机的机械结构是由四部分组成的,基础是机箱平台搭建的结构,中部是以圆盘、玻璃盘、收纳盒、滚料筒等晶片移动、搬运等结构,最上层就是整机的核心.以相机、光源、操作屏等的操作检测结构.机械结构简图如图3.3所示.
图3.4中是分选机的移片结构、取放片结构、操作楡测结构的真机模拟图片。
而这三个结构都是建立在系统平台上的.
图3.4机构切向图
3.2.2各机构的介绍
I.系统平台
系统平台是由机箱、支架、外罩、水平工作台组成的框架结构.是放邀所有
机构的基础。
外观分选机的一切工作都是在这个平台上完成的。
图3.5系统平台机构图
2.取放片系统
取片系统主要分为进料和定位,定位包含定位相矶、-号滑台和一号圆盘,如图3.6・
进料主要是依建进料筒的滚动送料来实现的.而逬料桶有一个关键参数:
进料时间,即转动速度,调节该参数可以调节进料的按,进料的时机由定位相机根据一号圆盘上晶片的情况确定,只有当晶片少的时候才进行进料.
定位相机主要用于对晶片的定位,配合一号圆盘和一号滑台,实现自动取片功能,其中定位相机起到关键作用。
定位相机主要是将在一号圆盘上的图像传回卜•位机,进入定位算法系统,而图像的质量就非常关惬,其常用的重要属性是曝光議、面积比例容差以及二值化闻值.如图3.7。
图3.6取片系统机构
图3.7定位相机参数调整
放片系统则是由料盒以及2号导轨完成。
工作是将以检测完成的晶片按照检测结果正确的放入相应的收料位宜中。
是整台机器的最下端口.是检测算法的输出端LL因为晶片在2号圆盘上的位賈是固定的.所以,放片系统主要是在考究二号滑台的移动距离是否合理,关键的参数是其步距是否合理.能否将晶片准确地按照不同分类放入收料盒中.
•r.r
未知歩距6500
次品步距1350
2步廉3920
砒.1
1
*3.8放科淆占步距歩数
3.移片系统
移片系统主要是由一号创盘、一号滑台、二号圆盘、二号滑台共同组成的,是晶片由进入整机系统到分类封装的移动全操作.这是一个流水线的运动模式,主要在总的是晶片在一号、二号圆盘上能否自身稳定绕轴转动:
能否不沾片不多片的被附着到一号吸头和二号吸头上;在一号滑台与二号滑台上能否不料落的随机械移动。
093.9移片系统结构图
4.操作检测系统
操作检测系统是由检测相机、光源、镜头、二号圆盘、触摸屏构成的・是实
现整机操作以及孩心缺陷篦法检测的系统结构.是整机的核心所在.检测相机分
为正面相机以及反面相机,配合二号圆盘的玻璃结构可以实现对石英晶片的双面检測。
对于其核心参数,在3.5中有详细解释。
图3」0检丽系统樓拟图
3.3外观分选机的电气传动模块
电气传动模块是连接上位机控制机械部件运动的模块.该模块的主要任务是时序运动以及计算.所以采用PLC1351作为其主契内核部件•如图3.11所示.
图3」1电气传动模块结构关系图
此下位机采用圆盘电机与亶线电机同步工作.使整套硬件机构连贯运行,同时应满足较高的检测速度与精度.下位机需要完成多个独立工作子系统,从开始批量倒入石英晶片开始,需要完成对晶片的均匀倒洒至载物圆盘,以一定速度定位载物盘上晶片,然后迅速抓取至检测圆盘,待正反面检测完毕后,迅速抓取晶片至分档槽,对不同检测结果晶片分类,一套流程完毕・
启动时,需先对下位机初始化.初始化之前,需要清零各个寄存器值。
初始化时恢复各个硬件机构及外部继电器的初始状态值•初始化完成并返回各个机构都工作正常标志,设定各个寄存器的初始值,作为第一个数据起步用。
正常运行状态下,上位机发来一组数据,下位机收到数据,返回0K标志至上位机,表明发送并接收成功.接着下位机完成一个完整流程,从检测圆盘转动一个工位结束即可返回正面检测相机的外触发信号对待测晶片图像进行采集,表明一个流程完毕,通知上位机可以进行下一组数据的发送.
3.4外观分选机的图像处理模块
3.4.1图像处理模块的分类
外观分选机的图像处理模块是机器的最核心模块,肩负着准确取片与检测缺陷的计算判定功能。
所以,分选机的图像处理模块分为两部分:
第一,定位相机的晶片定位算法系统;第二,检测相机的晶片檢测系统.前者在5.2中会有详尽解释,而本节是从概述的角度讲解图像处理模块的第二部分.
3.4.2晶片的缺陷特征
在晶片的制造过程中,石英晶片可能会产生各类缺陷,导致其制作的晶振出现频率不齐,震动破裂的隐患.也就是说,若石英晶片的瑕疵会导致晶振出现上述问題的都应该被判为不合格品。
目前人工目检将晶片的缺陷分为4大类,以区分不同工序对晶片产生的影响.
1.破片
破片缺陷包括了破片以及垂直度不良.破片是指石英晶片不完整,掉边掉角或破碎,已经不能用作正常品片使用.如图3.12a:
石英品片本身应该呈现正规矩形,四角偏差不应差别过大.而有些品片已经变成菱形或梯形,也就是垂II度不艮,实际频率与测试频率不相符.所以是一种人眼不易察觉但非常影响使用效果的缺陷,如图3.12b.一般来说,垂亶度不良缺陷在一批晶片中出现的规津为:
第一,几乎不会出现;第二.大金出现.
(a)破片例图(b)垂直度不良例图
图3.12破片类晶片
2.角落缺陷
角落上的缺陷分为亮点与缺损.角落亮点是指在晶片角落区域出现灰度值异常过大的紧密像素簇。
缺狈又分为两种惰况:
第一,是从角区域顶瑞向内延伸的裂纹:
第二,是出现在角落区域的破损.对于大倒类晶片来说,缺损可能是由于打磨不均匀造成的某个角落弧度过大或过小,也可以是存在一个小缺口・
由于本文对于角落区域的缺陷有较深入的介绍,所以角落区域的缺陷可以细分为R3.I中的内容.
农3」倒角程麼与缺陷表现
亮点
缺损
直角
灰度异常像素簇
1.掉角:
2.裂纹
微倒
深度亮点
1.研磨不均:
2.裂纹
大倒
因研磨充分,一般不会有亮点
1.研磨不均;2.小缺角;3.裂纹
3.边缘缺陷
边缘的缺陷有两种情况:
第一.边亮点:
第二.边缺损•边亮点是与角落亮点相似的表现,是在边缘出现密集的灰度异常像素簇。
而边裂纹在图像检测上与边亮点的拟合差分特征呈相同的趋势,所以与边亮点合并为i种缺陷.边缺损是边缘地区有晶体成块脱落的现欽.
183.13边缘缺陷晶片
4.内部缺陷
内部缺陷的检测又趣本文的一个重要讲述部分.内部检测分为划痕、脏污以及腐蚀不均.划痕为晶片表面出现的有异于周围像索色度的长条状、连续或非连续的伤痕.脏污是由于晶片在加工过程中,附着在晶片表面的镀层没有被淸洗干净,而彫响晶片的性能。
腐蚀不均是晶片在腐蚀农面镀层时.由于腐蚀过度造成的表面片状损伤.其中以腐蚀不均的情况在检测上最为复杂.因为各类晶片腐蚀
的不均匀存在很大差异,在第五承会详尽讲述脏污与廊蚀不均的检测算法及效
果.
(a)海蚀不均钢图(b)脏污例图
图3.14内部缺陷晶片
3.43晶片表面缺陷检测
晶片表面缺陷检测分为定位检测和錶陷检测两部分。
本文针对这个两部分的检测模块介绍目前项目所取得的一些成果。
外观分选机的图像采集系统采用的是测光光源照射・从而可以更加突出晶片表面异常部分的反光程度,使采集信息疑加大,更易亍检测.无论是定位檢测还是缺陷检测,履基础及科学的依据就是从图像采集系统中收集的信息・
当采集的信息进入定位检测系统后,首先会提取原有的背景图像,将现有图像依据原有背景进行背景剪除;然后对图像进行定值二值化,再进行区域检测,找岀图中各个晶片区域;谥后,计算出符合要求的晶片区域,对扶进行定位,将数据传回上位机,通过电气传动模块进行晶片的抓取工作.
图3.15晶片定位基本派程
通过机械运动模块将晶片送入检测位置,再次通过图像采集系统将单一晶片的信息采集并送入缺陷检测系统。
首先,对晶片进行预处理.将24位彩色图片灰度化、二值化,通过已经设定的分类类型,进入各自算法,确定晶片范围、轮廓;然后,边缘精确拟合算法获得精确边缘,并确定是否为破片(垂直度不良、破裂),再依次对角区域、边区域、内部区域分别进行检测;最后,将结果返回上位机,通过电气传动模块,依据检测结果对镜片进厅分类放宜。
其检测流程如图3.16所示.
在进入检测系统之前,应该进行批次晶片的分类工作,分类方法具体在第五
章中进行介绍,如进行放大率分类、倒角程度分类等等.而为了提高检测效率,算法采用的是即检即停的方式,也就是当检测出现缺陷时,便跳出循环.直接返回结果,不进行深层次的检测。
3.5外观分选机的软件控制模块
软件控制模块在外观分选机处于上位机的控制地位。
它连接着其他三个模块,使所有模块正常协调工作。
它将数据存储并发送到图像处理模块,再根据实际操作或某模块返回的结果去控制电器传动模块,从而使机械部件正常运行.
从功能上分类,软件控制模块分为主界面、调整界面、运行界面、参数界面.其中调整界面内部可以完成晶片的分类标定过程,以及每个机械部件的调整。
本节将简要介绍软件控制模块各界面的内容以及实现的功能.
351软件控制模块的主界面
主界面主体分为三部分组成,图3.17中框1为调试模块,用来设置工作模式,及过程监控使用。
框2为晶片检测的准备步骤.以箭头方向层层递进,首先对机器的硬件进行设置和调整,再对所测晶片的参数和检测的宽严进行设定,最后,在手动检测中可以对及其各种功能进行单步实现。
框3则是正常运行或退出以及打印分选报告的区域.
石英晶片外观分检系统
TheMankDtHctiSyttem
fib
图3」7软件主界面
3.5.2软件控制模块的调整界面
调整界面是对机器整体的机械结构进行初设和调整的界面并且可以对晶片进行分类标定,其主体就是以实物机械等比列缩放后的示总图(如图3.18)。
而对于每一个实物机构的调整都是调整机械设置界面中对应的部分•
013.18软件调移界面
】•机械部件的校准初设
每一部分的机械部件在止常使用前都需要进行初步设定,也就是归零过程.例如一号圆盘的圆心校准,一号滑台的路径校准等等都需要在从新进入工作环境前进行校准工作.
本节以一号滑台的校准作为例子来展示机械部件的校准以及调整过程.
(1)滑台参数设豊
图3.19中框1丧示一号滑台可以步进的最大距离,框2衣示一号滑台可以步进的最小距离,框3农示当一号滑台接收空指令信号时,一号滑台步进的位曲。
当出现数值的谋输入,按钮系统当前值会将系统当前使用值录入到输入框内.
图3」9一号滑台步距设置
(2)滑台路径校准
滑台路径校准功能是对一号圆盘上的晶片位賈获取数据的修正功能.也就是修正吸头,机械臂等物理部件产生的实际误差进行修正,并且具有定位一号圆盘抓取中心位燈的功能(如图3.20).
首先安装上测试工具,然后进行步骤b对齐图中圆圈位置,将数值计入框1+•再进行步骤2.对齐图中圆圈位宜,将数值计入框2.0进行步骤3.框3
中显示计算出数值后•点击保存。
在换下测试工具.安装上吸头之后.可以根据实际位置,调整框2.进行人工修正.帮助惟可以进行动画教学功能.
图3.20滑台路径校准界面
2.品片分类标定
从上文中已经请楚的认识到晶片的分类是对于准硝测试晶片至关重耍的一步.而在软件控制界面,便在机械设置中,单独的对这些不同的分类标准进行自动标定.
以标定检测相机曝光量为例展示正面相机曝光量的自动标定过程.在图3.21a中点击框1内容,将一枚完好晶片放入吸头下,按自动标定按钮,系统便会自动将晶片转动到检测相机下,JI接进入曝光垠的自动标定算法,如图3.12b,给出晶片自适应曝光量的合理值.
(a)光駅自动校准入口
①
J&QJL上UM标丈.
oowx
(b)曙光丘自动校准界面
图3.21陳光宣自动校准
3.5.3软件控制模块的参数调整界面
外观分选机的图像处理算法是一个涉及参数较多的大型算法.而对于•机器的操作苕来说.需要一个简单明了的参数界面,可以宜观的改变算法的参数设览.
图3.22是分选机的参数设置界面,是对机器目检视觉技术的内部函数参数进行设置和调整的界面,其主体就是以晶片的本身信息以及所要检测的尺度所构成的界面。
£S^t件:
2川
图3.22外部参数设賈界面
其中.每一个滑条代衣•种缺陷检测的严宽程度.每一种缺陷的分选等级为
五级(一级为宽松.二级为较宽松.三级为适中.四级为较严格.五级为严格)。
框1能输入晶片长边长度,框2输入晶片短边长度.框3・可以录入客户所爲要测试晶片的基础信息,类别信息.按钮1为设置晶片类型,分为大倒,微倒,宣角晶片,也可以选择自动标定.按钮2为程序员的内部参数入口,不对用户开放.
相应的,对于程序开发若,或右•程序维护者来说.当参数调整界面不能满足晶片检测要求的时候,就需要进入内部参数界面进行修改。
如图3.23・
耒打开配富文件
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图3・23内部参数设置界面
3.5.4软件控制模块的运行界面
图3.24是程序的主界面.当机械部分.软件部分的参数与功能调试完成.便
进入自动检测界面进行检测。
ffl3.24分违机工作运计界廊
其中’我I为良品晶片与不良晶品片的数屋T養2为我品品片与不良品晶片各占比例.丘3为各不同类垫妙陷品片的独垃,表4为备不同类创缺陷晶片的数虽的柱状图.龙5为该相机的狀态以及甚履参数・菽6为速平常息・表7为正在艸用的彰栽包名称,殆片裘型匸按钮】进行正式检测,按¥112停止捡测,按钮3维纹检祐.搖钮4将统计涪零(只有在退出裡宇时统计数量才会清容・書则想雯人工清零必须点击按齟和图I为一号相机即时抬摄情况"S2为正面相机即时扪摄情况,冬S为正面相机即时检测示空冷、甩4为反面相机即时检泡示意图。
框I为放料盒屮能承载的最大片数It・当放科盒中趙过此数目则程序停止・
读书的好处
1、行万里路,读万卷书。
2、书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。
3、读书破万卷,下笔如有神。
4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。
一一达尔文
5、少壮不努力,老大徒悲伤。
6、黑发不知勤学早,白首方悔读书迟。
――颜真卿
――刘向
7、宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。
8、读书要三到:
心到、眼到、口到
9、玉不琢、不成器,人不学、不知义。
10、一日无书,百事荒废。
一一陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生,一日不写手生。
13、我扑在书上,就像饥饿的人扑在面包上。
高尔基
14、书到用时方恨少、事非经过不知难。
一一陆游
15、读一本好书,就如同和一个高尚的人在交谈一一歌德
16、读一切好书,就是和许多高尚的人谈话。
笛卡儿
17、学习永远不晚。
一一高尔基
18、少而好学,如日出之阳;壮而好学,如日中之光;志而好学,如炳烛之光。
19、学而不思则惘,思而不学则殆。
一一孔子
20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。
一一培根
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