专利名称：多表面检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及元件检测系统，尤其涉及一种多表面检测的系统和方法，该 系统和方法在进行多表面检测时，不需要将元件一直置于检测仪器中。
背景技术：
众所周知，通常用单个图像数据来检测元件的多表面，然而，现有的方 法和系统在进行多表面的检测时需要将被检测元件置于检测仪器中，例如需 要降低或升高被检测元件至合适的位置。 一些系统和检测方法允许在进行检 查时，将检测仪器置于被检测元件的顶部和下部，这样的系统和方法的图像 数据因为来自不同表面，且不在同一个焦平面内，并且该图像数据所在的表 面远大于被检测元件的整个表面，因此这种系统和方法的分辨率低，并且需 要不同焦距的多种图像数据生成系统。
发明内容
本发明提供的用于检测元件多表面的系统和方法克服了现有捡测系统和 方法的缺陷。
本发明尤其在于，提供了了一种系统和方法，用于检测元件多表面，并 提供了高的分辨率和允许单一的一套图像数据来生成包含每个表面的图像数 据，通过棱镜来补偿不同的焦距。
依照本发明最优选的实施方式，提供了一种实时(on-the-fly)元件检测 系统。该系统包括置于检测项目运输路径下方的棱镜结构。图像数据系统置 于棱镜结构的下方。 一组光组件提供了包含检测项目多个侧面的第一光源和 检测项目底部的第二光源。
本发明提供了一种实时检测元件的系统，其中，包括 一个置于检测物 品运输路径下方的棱镜结构； 一个置于棱镜结构下方的图像数据系统； 一个 光组件，提供给检测项目多个侧面照明的第一光源，提供给检测项目底部照明的第二光源。
上述的系统，其中，所述光组件包括包围检测物品运输路径的一个通道。 上述的系统，其中，所述第一光源由圆屋顶形光源组成。 上述的系统，其中，所述检测物品的运输路径是一维的。 上述的系统，其中，所述检测物品的运输路径不需要二维空间移动。 上述的系统，其中，所述棱镜结构包含多个棱镜。
上述的系统，其中，所述棱镜结构包含一个或多个棱镜，棱镜的第一反
射面和平行于检测物品的平面成45°+"角，《的取值为20°到50°。
上述的系统，其中，所述的棱镜第一反射面和第二反射面的角度关系为 450+"。
上述的系统，其中，第一光源由在光组件中多个发光二极管组成，和检 测物品运输路径相邻。
上述的系统，其中，第二光源有一个在检测物品运输路径下方的发光二 极管环形阵列组成。
本发明还提供了一种实时检测元件的方法，其中，包括在光组件的通 道中移动检测物品；用第一照明光源照明检测物品的多个侧面；用第二照明 光源照明检测物品的底部。
上述的方法，其中，所述在光组件的通道中移动检测物品只包括在一维 方向上的移动。
上述的方法，其中，还包括在光组件通道中移动多个检测项目；当多 个检测项目通过棱镜组件，产生每个检测项目的图像数据。
上述的方法，其中，所述的用第一照明光源照明检测物品的多个侧面包 括用第一照明光源照明检测项目的多个侧面角。
本发明提供了一种用于检测元件的棱镜，其中，包括第一端；棱镜的 第一反射面和平行于检测物品的平面成45°+"角，"的取值为20。到50。；棱 镜第一反射面和第二反射面的角度关系为45。-a/2;第二端，第一反射面和 第二反射面被配置在第一端和第二端之间。
本发明提供了另一种实时检测元件的方法，其中包含上述的多个棱镜。
上述的方法，其中，当从多个棱镜的一个点向第二个端看去时，多个棱 镜提供检测项目的多个侧面图像。上述的方法，其中，所述多个棱镜包括，相互对立的第一对棱镜提供检 测项目左右侧面图像；相互对立的第二对棱镜提供检测项目前后侧面图像。
上述的方法，其中，包括，面向第一对棱镜和第二对棱镜中央的第五个 棱镜，用来适配聚焦图像的折射率。
本发明提供了多个重要的技术优势。 一个重要的技术优势是，本发明提 供了一个检测系统，该系统利用带有两个反射面的棱镜来补偿两个不同检测 表面造成的焦距差。棱镜用来补偿光通过的折射率的差值，而不是和不同检 测表面的差异，并且棱镜允许被检测表面靠近设置，来增加图像数据的分辨 率。
结合附图，以及通过附图之后的详细说明，所属领域的技术人员将进一 步了解到本发明中其他方面的重要价值。
图1是本发明优选实施例用来检测对象的系统的简图； 图2是本发明优选实施例的棱镜的光射线路径图； 图3是本发明优选实施例的用来检测元件的检测系统图； 图4是本发明优选实施例的检测系统图5是本发明优选实施例的用无需轴向移动检测部件的棱镜检测系统来 检测项目的方法流程图6是本发明优选实施例的光组件图；以及 图7是本发明优选实施例的光组件图。
具体实施例方式
详细介绍如下，用相同的附图标注分别在说明书和图形中标出了零件。 图形数字有可能不完全按照比例， 一些元件用广义或示意图表示，并以明晰 和简洁的商业名称的给予辨识。
图1为本发明优选实施例的用于检测物体的系统100的简图。系统100
允许用单一的一套图像数据来检测物体的顶部和侧面部。这里的"顶部"将一直用于说明书和权利要求中，用以指明直接面对摄像头或其他图像数据生 成系统的元件的表面，即使所指的表面可能是元件最终具体使用中的一个底 面或侧面。
系统100包括部件102和棱镜104。棱镜104被设置用来沿着光的路径 虚线106中反射光，这样在通过棱镜104的底部可以看到检测件102的侧面。 利用这种方法，照相机或其他图像数据生成仪器可以从棱镜104的底部面118 的虚线106箭头所指的方向生成检测件102的顶部和侧面的图像数据。
镜子也可以用来产生这样的图像数据，将镜子向后拉使得从检测件102 侧面到平行于棱镜104底面118的位置的光通道中的焦距长度长于从检测件 102顶部到平行于棱镜104底面118的检测件102顶部的取景框116的光通 道中的焦距长度，因为棱镜104能够用来调整焦距长度从而使得从检测件102 表面到取景框116的直接像的焦距长度适配，在棱镜104底面118看到的侧 面和检测件102顶部至取景框116的有效焦距长度相同，这样，单一的一套 聚焦图像数据可以在检测检测件102时产生。
另外，如果用镜子来产生检测件102侧面图像，视野会变得更大。在上 一个实施例中，需要在检测件102顶部和镜子中可得到的检测件102侧面的 图像之间的空间中产生大量像素的图像数据。系统100因此能够允许形成更 高的像素密度的图像，该图形包括从检査片102顶部的取景框116和检测件 102侧面到棱镜104底面118。
如图l所示，角度《定义了在棱镜100上的反射面108和反射面110之 间关系，在平行于第一反射面108的平面和检测件102的平面之间可测得角 度《，第一反射面108和平行于检测件102的面之间的反射点的角度为 45°+ ，第一反射面108和第二反射面110之间的角度关系为45°- /2， a典 型的取值为20°到50°，可以看出在棱镜104的顶部平面和检测件102的顶部 平面之间有一个光间距112。光间距112需要足够大从而使低角度光源114 照亮检测件102的顶部和侧面。本发明提供的棱镜104与现有技术相比的作 用是，具有增加光间距112的优势。
图2是结合本发明的优选实施例的光线传播路径图。与棱镜104不同之 处在于，棱镜104是由三个钝角和两个锐角的面棱镜构成的五边形棱镜，棱 镜200是由三个钝角、 一个直角和两个锐角的面棱镜构成的六边形棱镜，棱镜200包括由直线202A和202B限定的一条光路视野。如图2所示，检测项 目的侧面两点A和B将通过棱镜204沿着虚线206和208反射。这样在棱镜 204底部将会产生倒置的A和B，这样A点会在B点的左边。就其本身而言， 检测项目的侧面视位置与用单个镜子所观察到的检测项目的侧面位置相反。 同样，在棱镜204内的虚线表明了棱镜204不同侧面的相对位置，204反射 面的角度关系和图1所示相同。
在实际运用时，棱镜204可以用来生成一个检测项目的侧面的图像，从 而允许被捕捉的检测项目顶部和侧面图像成单一的一套图像数据。因为通过 棱镜204，可以调整检测项目侧面的路径焦距长度，来适配检测项目顶部直 接至图像数据产生系统的焦距长度，这使的用单个图像数据产生系统来同时 聚焦侧面图像和顶面图像成为可能。
结合本发明的优选实施例，图3是用于检测元件的系统300A和系统 300B。在系统300A中，检测件传输系统例如传送器302沿着箭头A的指向 运送检测件从304A到304D通过检测区域。棱镜306A到306D捕捉从检测 件304A —侧到304D的一侧的图像数据。图像产生系统308被置于上方的检 测区域，该区域由棱镜306A到306D顶面和当检测件304A到306D移动到 图像数据产生系统308时其正上方区域组成。
根据之前所述，棱镜306A到306D的焦距长度等于当检测件304A到 304D通过图像产生系统308检测区域时空气环境下的聚焦长度。在另外的实 施例当中，其他长方形棱镜可以引入置于检测件304的顶部来确保和306A-D 保持相同的折射率。用这种方式，图像数据生成系统308可以产生包含从检 测件304A到304D的顶部和侧面所有的一套图形。低角度环形照明系统316 提供检测元件照明，这种方式是照明被检测元件的侧面或顶面，例如用一排 发光二极管设定成不同的亮度值或者也可以采用其他合适的方法来设定。
图形补偿和检测系统310和图像数据生成系统308连接，这里的"连接" 包括物理连接(例如线，光纤或通信媒介)、虚拟连接(例如通过随机分配 的数据存储设备的内存位置或超文本传输协议(HTTP)连接)、逻辑连接(例 如通过一个或多个在集成电路中的半导体器件)或者其他合适方式的连接。 在本实施例中，通信媒介可以是一个网络或者其他合适的通信媒介。
图像补偿和检测系统310包括侧面检测系统312和顶面检测系统314，他们都可以用硬件、软件或者硬件和软件的组合来实施，他们可以是一个或 多个执行一般用途的处理平台的软件系统。在此， 一个硬件系统可以包括分 立元件的组合， 一个集成电路， 一个特殊应用的集成电路， 一个现场可编程 门阵列或者其他合适的硬件。 一个软件系统可以包括一个或多个对象，代理， 线程，代码行，子程序，单独的软件应用，两个或多个代码行或者其他合适 的软件结构，该结构可以运行两个或多个软件应用，或者可以运行两个或多 个处理。在本实施例中， 一个软件系统可以包含一个或多个代码行或者其他 合适的执行一般用途的软件应用的软件结构，例如一个操作系统， 一个或多 个代码行或者其他合适的执行特定目的的软件应用的软件结构。
图像补偿和检测系统310从图像数据生成系统308中接收图像数据，把 侧面图形数据提供给侧面检测系统312，把顶部图像数据提供给顶面检测系 统314，在一个优选的实施例当中，图像数据生成系统308可以产生检测项 目的多个图像，例如用不同的照明角度，不同的照明颜色/波长，不同的光强， 或者其他变化的照明参数，通过对比图像数据和运用不同类型的照明来检测 缺陷。在一个优选实施例当中，图像补偿和检测系统310可以找出具有检测 件304A到304D的一块图像数据，例如用预先模板，图像检测技术或其他合 适的方式来查找。如系统300B所示，通过图像数据生成系统308产生的一 组优选的图像数据可以包括检测件顶部304C和从棱镜306A到306C的检测 件侧面304C。图形补偿和检测系统310用棱镜306A到306D将检测件侧面 304图像隔离，并且将他们提供给侧面检测系统312分析，例如通过直接的 转移数据，通过对棱镜产生的失真图像的补偿，或者其他合适的方式实现。 同样，检测件304C的顶部被提供给顶面检测系统314。用这种方式，检测系 统的下方的检测对象物品的顶部和侧面图像能够产生得到，且从图像数据产 生系统308到检测件304A至304D被检测的这段路径的焦距长度是相同的。 同样，顶面检测系统314产生和检测检测件304C的顶部图像数据，例如用 模式匹配，来自预先确定面积图像数据的位置，掩膜，像素柱状图数据，或 者合适的数据。
在本实施例当中，侧面检测系统312和顶面检测系统314可以用发出不 同波长的光的照明发光元件，例如允许侧面用第一个颜色的光，顶部用第二 个颜色的光，允许用不同颜色的光来检测侧面和顶面，用优化后的光波长来检测预先等级的缺陷，或者也可采用其他合适的方法。侧面检测系统312和
顶面检测系统314也可以用或者选择用不同光源在不同部位照射来加强缺陷 检测、损伤或者检测项目其他检测方面。在本实施例当中，表面缺陷可以通 过对比从两个不同角度照射的图像数据，例如通过检测从缺陷表面反射的阴 影或其他合适的方式。
结合本发明的实施例，图4是检测系统400的简图。检测系统400如图 所中的400A和400B所示。如图400B，图像补偿和检测系统402包含检测 件跟踪系统404，侧面检测系统406和顶面检测系统408。图像数据生成系统 410从视野中产生图像数据，该视野围绕从414A到414D的多个检测件，或 者是从414B到414C的多个检测件的顶部的直接视野，或者是从412A到 412D的侧面视野。低角度环形照明系统418在供检测的元件的侧面或顶面都 以不过亮的照明(over-illuminate)的方式提供照明，例如用将多排发光二级 管设定成不同的亮度值和其他合适的方式设定。
如图400A所示，图像数据生成系统产生的优选的视野包括检测件414B 和414C的顶部、以及检测件414B的侧面、通过棱镜412C的每个检测件414B 和414C的侧面，通过棱镜412A的检测见414C的侧面，通过棱镜412B的 检测件414B和414C的侧面。因为图形数据包括多个检测面的不同侧面，检 测件跟踪系统404识别并跟踪与所检测件有关的侧面图像。在优选的实施例 中，当检测件被检测片传送系统移动，该传送系统如沿着箭头A为传送方向 拾取和放置工具416，他们经图像数据生成系统410的视野被检测。图像补 偿和检测系统402接收图像数据并识别检测件，通过棱镜412A到412D的顶 部、侧面和检测件表面直观图。可选一棱镜将其置于检测件414下部来确保 折射率和棱镜412A-D的折射率相适配。同样，可以执行合适的补偿处理来 补偿由相关的棱镜的侧面图像数据转换带来的任何图像失真。侧面检测系统 406和顶面检测系统408被用来分析图像数据从而决定图像数据所指示的检 测件是否可接受。检测件跟踪系统404接收来自侧面检测系统406的侧面图 像数据和顶面检测系统408的结果，并且决定是否一个检测件的所有四个侧 面和一个顶部已经产生完整的一组图像。图像补偿和检测系统402产生不可 接受的检测件的指示，这样的检测件将被拒绝。在一个优选的实施例中，拾 取和放置工具416被控制来将失败的检测项目放置在预定的位置，产生操作通知允许手动检测这个检测件，或者用其他合适的方式检测。
结合本发明的实施例，图5是一个检测物品的方法的流程图，该方法利 用一个棱镜或多个棱镜从而不需要将检测件在三个轴向移动。方法500从步
骤502开始，502是检测件在多组棱镜顶部移动，或多组棱镜底部移动，或 者以其他合适的方式，这个取决于检测件是否通过拾取和放置工具，运输器 或者其他合适的方式移动。该方法然后进入步骤504，步骤504产生图像数 据。在一个优选的实施例中，图像数据可以来自围绕一套四个棱镜的一组数 据和直接的视野，或者其他合适的视野，该方法进入步骤506。
步骤506决定在视野中是否有多个检测件正在检测。如果发现没有多个 检测件在被检测，该方法进入步骤508，步骤508中产生检测件的侧面和顶 面图像数据并且执行一个或多个图像数据分析过程。在一个优选的实施例中， 通过分析侧面和顶面的图像数据来决定图像数据是否包含任何缺陷、产生像 素的柱状图数据、分析来自预定位置的一组图像数据，或者执行合适的处理， 该方法然后进入到步骤510。
步骤510决定检测件是否已经通过了检测。如果检测件没有通过检测， 本方法进入步骤512退掉检测件。在一个优选的实施例中，有一个指令让拾 取和放置控制仪器将检测件放入有缺陷堆，产生指令使操作员进行手动检测， 或者使用其他合适的处理。同样，如果510决定检测件已经通过检测，本方 法回到502。
如果在步骤506中被决定多个检测件在进行检测，方法进入步骤514。 在步骤514中，多检测件的顶面和侧面像数据生成，并且顶面和侧面的 图像被分隔开。在一个优选的实施例中，如果多个顶面图像和侧面图像出现， 那就可能有必要不仅分隔顶面图像数据和侧面图像数据，而且还需要将侧面 图像数据和相应顶面图像数据组合，以便于形成一个检测件的完整系统的侧 面、顶面图像数据。这个方法随后进入步骤516，执行图形数据检测。在一 个优选的实施例中，顶部和侧面图像数据能通过常规检测手段检测，诸如-柱状图检测、预设区域检测，或其他合适的数据检测方法。这个方法随后进 入步骤518，追踪合格或不合格的结果。在一个优选实施例中，合格或不合 格的结果追踪允许生成每个检测件通过检测装置移动时的一套完整的图像， 因而可以实现检测件移动时的实时检测，由于从一个位置向第二位置侧向移动时检测件并没有相对于移动方向的第三维方向的移动，例如进入检测装置。 方法进入步骤520。
步骤520中，决定了是否收到检测件的完整的检测数据序列。如果没有 接收到完整序列的数据，方法回到步骤502，移动检测件直至一个完整序列 的图像数据生成。否则，方法进入步骤522，决定是否检测件通过检测，即 合格。如果检测件通过检测，方法回到步骤502;否则，方法进入步骤524， 检测件未通过检测，即不合格，将执行一个适当的步骤或生成一个适当的指 令。方法回到步骤502。
实际操作中，方法500允许当检测件通过一个检测仪器的视野时被检测。 不像较早的技术系统需要将检测物品在轴方向移动来使侧面出现在检测仪器 的视野当中，方法500被检测仪器用来在单个视野中获得侧面和顶面图像数 据，这样就允许进行连续移动，实时检测，或者执行其他合适的处理。
结合本发明的实施例，图6是光组件600的简图，光组件600包括从 602A到602D的照明元件，他们分别被置于照明元件载体606A到606D中， 在一个优选的实施例中，圆屋顶状载体为照明元件602A到602D提供支撑， 例如提供3度到80度范围或者其他合适的范围的照明。LED照明元件的环 形阵列或者其他合适的照明元件604A到604D也被用来分别放置在照明元件 载体606A到606D中，这样可以提供低角度照明源，箭头608是检测物品 610通过光组件600的运输路径。
在实际操作中，光组件600被用来执行实时(on-the-fly)检测，并且用 来自两个不同结构光源的光线提供检测对象的侧面和底面的照明。光组件 600中的通道允许检测物品被沿着空间传输路径垂直移动通过棱镜阵列(例 如，沿一条线)，棱镜阵列用来产生检测物品侧面和底面的图像数据，而不 需要在其他维度移动检测项目，例如二维或三维传输路径(例如，不需要侧 面方向移动和降低检测物品至包含棱镜或镜子的空间)。不同的照明元件被 用来照明检测物品的底部和侧面，可以提供不同的光波长，不同的照明角度 或者其他合适的效果。光组件600用照明样式62来提供角度检测，从而改 善封装缺陷的检査。
结合本发明的实施例，图7是光组件700的简图。照明元件载体702包 含发光二极管704A和704B，或者其他合适的照明元件，他们照明载体712上的检测物品706的侧面，可采用吸引器或其他合适的机械去固定706和在 照明元件载体702的通道中移动检测物品706,,发光二极管704A和704B可 以倾斜一个角度或相反配置来将光集中在检测物品706上，在本实施例中， 发光二极管704A和704B可以放置与垂直方向成20到35度角，给检测物品 706的侧面光线照名，或者配合棱镜708A和708B形成其他一个角度。
棱镜708A和708B置于检测项目706路径的下方，并且被发光二极管的 环形阵列710或其他合适的照明元件所包围。环形陈列710显示为格式化样 式，发光二极管或者其他照明元件可以放置成一环形，来给照明元件载体702 内部边缘提供统一的照明，发光二极管或者其他照明元件可成角度或其他方 式放置来使光集中在检测物品706的底部表面。
具体实施时，检测物品在光组件700中沿通道移动，例如沿接近线性的 方向，而不需要另外的二维或三维空间上的移动，上述配置的棱镜用来得到 捡测物品侧面图像数据。第一组照明元件对检测物品侧面照明，第二组照明 元件对检测物品底部表面照明。检测物品可以在一个倒转的位置，以便对检 测物品表面进行检测，例如用一个真空捡起和放置工具或其他合适的工具， 然后在棱镜上的通道移动。照相机或其他合适的仪器放置在棱镜的相反的一 端，产生包括检测项目的四个侧面和底部的单一的一套图形数据。光源提供 不同角度和波长的照明，允许进行不同的图像数据进行比较从而帮助缺陷或 损坏的检测。
已经很详细的描述了本发明示例性的系统和方法的实施例，熟悉本领域 的技术人员应能理解，在不偏离当前发明的精神和范围前提下，各种对本发 明系统和方法的修改和等价替换都是可能的。
权利要求
1、一种实时检测元件的系统，其特征在于，包括一个置于检测物品运输路径下方的棱镜结构；一个置于棱镜结构下方的图像数据系统；一个光组件，提供给检测项目多个侧面照明的第一光源，提供给检测项目底部照明的第二光源。
2、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述光组件包括包围检测 物品运输路径的一个通道。
3、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第一光源由圆屋顶形 光源组成。
4、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述检测物品的运输路径 是一维的。
5、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述检测物品的运输路径 不需要二维空间移动。
6、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述棱镜结构包含多个棱镜。
7、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述棱镜结构包含一个或多个棱镜，棱镜的第一反射面和平行于检测物品的平面成45°+ 角，《的取 值为20°到50°。
8、 根据权利要求1或7所述的系统，其特征在于所述的棱镜第一反射 面和第二反射面的角度关系为45°+ 。
9、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于第一光源由在光组件中多 个发光二极管组成，和检测物品运输路径相邻。
10、 根据权利要求1所述的系统，其特征在于第二光源有一个在检测 物品运输路径下方的发光二极管环形阵列组成。
11、 一种实时检测元件的方法，其特征在于，包括 在光组件的通道中移动检测物品；用第一照明光源照明检测物品的多个侧面； 用第二照明光源照明检测物品的底部。
12、 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于所述在光组件的通道中 移动检测物品只包括在一维方向上的移动。
13、 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于，还包括-在光组件通道中移动多个检测项目；当多个检测项目通过棱镜组件，产生每个检测项目的图像数据。
14、 根据权利要求ll所述的方法，其特征在于所述的用第一照明光源照明检测物品的多个侧面包括用第一照明光源照明检测项目的多个侧面角。
15、 一种用于检测元件的棱镜，其特征在于，包括-第一端；棱镜的第一反射面和平行于检测物品的平面成45°+a角，"的取值为20°到50。；棱镜第一反射面和第二反射面的角度关系为45°- /2;第二端，第一反射面和第二反射面被配置在第一端和第二端之间。
16、 根据权利要求15所述的方法，其特征在于包含依照权利要求15 所述的多个棱镜。
17、 根据权利要求16所述的方法，其特征在于当从多个棱镜的一个点 向第二个端看去时，多个棱镜提供检测项目的多个侧面图像。
18、 根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述多个棱镜包括， 相互对立的第一对棱镜提供检测项目左右侧面图像；相互对立的第二对棱镜提供检测项目前后侧面图像。
19、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于包括，面向第一对棱镜和第二对棱镜中央的第五个棱镜，用来适配聚焦图像的 折射率。
全文摘要
本发明公开了一个实时检测元件的系统，系统包括置于检测项目运输路径下方的棱镜结构，一个图像数据系统置于棱镜结构的下方，一个光组件提供检测元件多个侧面照明的第一光源和检测物品底部的照明第二光源。
文档编号G01N21/89GK101603926SQ20091014102
公开日2009年12月16日 申请日期2009年5月11日 优先权日2008年5月9日
发明者葛汉成, 阿曼努拉·阿杰亚拉里, 陈发齐, 黎庆添 申请人:半导体技术设备私人有限公司