專利名稱:在差的對比背景下金屬物體的計算機(jī)視覺識別的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及在絕緣體或非金屬的差的對比背景下實現(xiàn)含有金屬物體的部件的目測。本發(fā)明對于借助計算機(jī)視覺來識別由淺色陶瓷襯底所攜帶的小焊接球的球柵陣列(BGA)、從而實現(xiàn)監(jiān)視和在電路板或卡上對BGA進(jìn)行表面安裝特別有益,但并不排除其它情況。
在IBM應(yīng)用記錄中描述了傳統(tǒng)的球柵陣列(BGA),“陶瓷球柵陣列表面安裝的裝配與再處理”,2000年7月,可以從以下網(wǎng)址獲得http//www-3.ibm.com/chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/852569B20050FF7785256996005B1D23/$file/bgaguide.pdf。
在該出版物的第10頁指出如果BGA封裝使用了白色陶瓷襯底,則焊接球和白色陶瓷襯底之間很差的光對比度會使顯示系統(tǒng)很難調(diào)諧,從而導(dǎo)致不能正確識別BGA封裝或者將其錯誤地報廢。
BGA或者陶瓷球柵陣列(CBGA)是在表面安裝技術(shù)(SMT)中經(jīng)常使用的組件或者封裝。該部件的底部由陶瓷襯底上按照預(yù)定圖案(通常是矩形柵陣列)排列的高熔點小焊接球(例如直徑零點幾毫米)組成,它們被共晶焊接焊腳連接到該陶瓷襯底上。該部件被放置在具有匹配圖案的接觸焊點的電路板或者卡上,在這些焊點上涂有共晶焊劑。將電路板或卡快速通過烘烤爐,使焊劑形成焊腳,從而使焊接球和接觸焊點結(jié)合。
目前,有一種挑選和安置機(jī)器被用于從存放位置挑選BGA及其它部件,并且此機(jī)器利用一個包括仰視攝影機(jī)和正面照明的計算機(jī)視覺設(shè)備來檢查BGA。如果BGA不被剔除,就控制BGA在電路板或卡上的定位,使BGA上的焊球與電路板或卡上的電路焊點正確的對準(zhǔn)。如果BGA缺少一個或更多的焊球、焊球的位置不正確或者焊球的尺寸不勻稱,則應(yīng)當(dāng)被剔除。
大部分的BGA具有深色的陶瓷底部和銀色的金屬焊球。這種組合方式提供了球和背景之間良好的對比度。有些BGA在白色或非常淺顏色的陶瓷背景上具有銀色或者金色的金屬焊球。這樣的部件無法為當(dāng)前的計算機(jī)視覺系統(tǒng)提供足夠的視覺對比度以便對BGA進(jìn)行可靠識別。特別當(dāng)利用當(dāng)前的攝影機(jī)和照明對具有白色或淺色底部的BGA進(jìn)行識別時,由于焊球的外觀和陶瓷背景幾乎顯現(xiàn)同樣的亮度,因而造成視覺系統(tǒng)不能區(qū)分焊球和背景。
有一種已知技術(shù)被用于試圖改善白色陶瓷BGA的目測并從而改善對它的識別,該技術(shù)使用所謂的“同軸照明”來照射正被顯現(xiàn)的部件,其中該照射光通過攝影機(jī)鏡頭前的分光器而被引入,以使所獲得的照明與攝影機(jī)鏡頭同軸。這種“同軸照明”技術(shù)的使用被證明最多是勉強(qiáng)有效。當(dāng)同軸照明和相當(dāng)昂貴的遠(yuǎn)心攝影機(jī)鏡頭組合使用的時候,得到的識別效果雖然有所提高,但仍然達(dá)不到成功識別的標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)對于較差的對比度絕緣體背景下的金屬物體的目測的上述缺點,特別是改善這種目測,從而提高識別白色或淺色陶瓷BGA的成功率。
利用一種方法和設(shè)備來滿足本發(fā)明的以上目的和其它目的,其中正被顯現(xiàn)的部件被線性偏振電磁輻射(例如通過偏振濾光器的光)照射,以及從該部件上反射并通過一個偏振濾光器的電磁輻射形成一幅圖像,所述偏振濾光器被定向成用于通過具有基本上與照明該部件的輻射的偏振方向正交的偏振方向的輻射。因為從金屬物體或者焊接球上反射的輻射與照明輻射的偏振方向相同,因此從金屬物體上反射的輻射實際上不會通過后一偏振濾光器并在所形成的圖像中顯示出來。另一方面,因為從非金屬或絕緣體背景反射的輻射在偏振中被清除,并且該輻射包括了與照明輻射之偏振方向正交的偏振方向的輻射,因此從該背景反射的某些輻射通過后一偏振濾光器并且顯示在所形成的圖像上。因此,在所形成的該圖像中可以觀察到在金屬物體與背景之間具有顯著的對比度的該部件,例如,金屬物體可以呈現(xiàn)黑色,而背景呈白色或其它淺色,從而允許對該金屬物體進(jìn)行可靠的計算機(jī)視覺識別。
根據(jù)本發(fā)明用于目測具有相對于淺色非金屬背景的金屬物體的部件的方法包括用在預(yù)定的第一方向上線性偏振的電磁輻射來照射該部件;以及形成從通過一個線性偏振濾光器觀看到的該部件所反射的電磁輻射的圖像,所述線性偏振濾光器被定向成用于通過在第二方向上線性偏振的電磁輻射,所述第二方向與第一偏振方向基本上正交。這種方法還包括在所形成的圖像中識別金屬物體。
與此相似,根據(jù)本發(fā)明用于目測具有相對于淺色非金屬背景的金屬物體的部件的設(shè)備包括一個或多個使用線性偏振的電磁輻射來照射該部件的源,至少一個源產(chǎn)生在預(yù)定的第一方向上線性偏振的電磁輻射;以及圖像形成裝置,用于形成從通過一個線性偏振濾光器所觀看到的該部件反射的電磁輻射的圖像,所述線性偏振濾光器被定向成用于通過在第二方向上線性偏振的電磁輻射,所述第二方向與第一方向基本上正交。這種設(shè)備還包括用于在所形成的圖像中識別金屬物體的計算機(jī)視覺系統(tǒng),以及還包括一個操作器,用于將該部件安置在電路板或卡上,使該部件的被識別的金屬物體與該電路板或卡上的接觸焊點對準(zhǔn)。
本發(fā)明還包括一個電路板或卡,在其上表面安裝根據(jù)上述方法所識別的部件,這種表面安裝使該部件的被識別的金屬物體與該板或卡上的接觸焊點對準(zhǔn)。
在結(jié)合附圖閱讀以下的詳細(xì)描述之后可以明了本發(fā)明的其它目標(biāo)、特征以及優(yōu)點,其中
圖1是依照本發(fā)明的目測、識別和安置設(shè)備簡要剖面正視圖。
圖2從線2-2觀看的圖1的照明和接收(reption)部分的頂視圖。
參考附圖中的圖1和圖2,本發(fā)明用于在絕緣體或非金屬的較差對比背景下目測具有金屬物體的部件可以結(jié)合一個傳統(tǒng)計算機(jī)視覺系統(tǒng)10來說明,該計算機(jī)視覺系統(tǒng)10用于識別由陶瓷絕緣襯底16所攜帶的小的高熔點焊球的通常的二維球柵陣列(BGA)12。BGA12由被安置在計算機(jī)視覺系統(tǒng)10的仰視攝影機(jī)20上方的一個抓取和安置機(jī)器(未畫出)的夾持器或操作器18控制。攝影機(jī)20為計算機(jī)視覺系統(tǒng)10形成和提供一個電子圖像,該系統(tǒng)運用該電子圖象來識別和檢查BGA12的焊接球14的存在、大小和間距。如果BGA12通過了檢驗,則視覺系統(tǒng)10通過操作器18來操縱BGA12在電路板或卡22上的平移和安置,以及使被識別的BGA上的焊接球14與電路板或者卡22上的接觸焊點24對準(zhǔn)。和常規(guī)一樣,在電路板或卡22上安置BGA12和其它表面固定組件之前,該接觸焊點24上涂了一層共晶焊劑,并且在電路板或卡22上裝設(shè)BGA12和其它表面固定組件之后,對已安置了BGA和其它組件的卡加熱,以便將焊劑熔化成為焊腳(未示出),從而將BGA牢固地表面安裝在電路板或卡上。
最差的對比度情況是當(dāng)焊接球14是銀色并且襯底16是白色或淺色時,光盒26與攝影機(jī)20的鏡頭30前面的偏振濾光器28結(jié)合起來,通常被用來為BGA12提供向上和向內(nèi)的偏振照明I,以便讓攝影機(jī)20進(jìn)行準(zhǔn)確的目測,并且讓視覺系統(tǒng)10正確識別焊接球14。光盒26的一個優(yōu)選實施例具有一個中央開口32,攝影機(jī)20通過偏振濾光器28再通過該中央開口32和截頭金字塔狀的四個向上和向外傾斜的梯形面板(face)34、36、38、40向上觀察,這四個面板中的每一個形成偏振光的一個單獨光源。面板34、36、38和40包含偏振濾光器40,42,44和46,它們設(shè)置在乳白玻璃漫射器板50的上面,而該乳白玻璃漫射器板50又依次設(shè)置在LED陣列52上面。將通過偏振濾光器28的線性偏振方向取做0°,偏振濾光器40和44被定向為以90°通過線性偏振,偏振濾光器42和46被定向為以180°通過線性偏振。結(jié)果是,從焊接球14反射出來的四個光源的光的向下分量具有90°的偏振,它與偏振濾光器28能通過的偏振方向正交或接近正交。所以由焊接球14反射的光線沒有進(jìn)入攝影機(jī)20的鏡頭30。另一方面,從白色或淺色的襯底16所反射出來的向下的光的分量以偏振形式基本上均勻地分布,并且大量從襯底16反射的向下的光通過偏振濾光器28到達(dá)攝影機(jī)20的鏡頭30。結(jié)果,在由攝影機(jī)20所形成的電子圖像上,焊接球14基本上呈現(xiàn)黑色而襯底16基本上呈現(xiàn)白色,從而為可靠地識別焊接球14提供了很好的對比度。這個對比度產(chǎn)生的效果被認(rèn)為是由于與消除來自絕緣體的電磁輻射的反射中的偏振相比,保留了來自發(fā)光的金屬物體的電磁輻射的反射中的偏振。
可以理解本發(fā)明的目的已經(jīng)實現(xiàn)。盡管已經(jīng)特別詳細(xì)地描述了本發(fā)明,但是應(yīng)當(dāng)理解,在本發(fā)明預(yù)定的精神和范圍之內(nèi)可以進(jìn)行很多修改。在解釋附屬的權(quán)利要求之前,首先應(yīng)該了解以下幾點a)″包括″這個詞不排除除了權(quán)利要求中所列出的之外的其它元件或步驟的存在;b)在要素之前的″一″或″一個″不排除多個這樣的要素的存在。
c)權(quán)利要求中的任何參考符號是不限制其范圍的;d)若干″裝置″可能由同一項硬件或者軟件實施的結(jié)構(gòu)或者功能來表示。
權(quán)利要求
1.一種用于目測具有相對于淺色非金屬背景的金屬物體的部件的方法包括用在預(yù)定的第一方向上線性偏振的電磁輻射來照射該部件;以及形成從通過一個線性偏振濾光器觀看到的該部件所反射的電磁輻射的圖像,所述線性偏振濾光器被定向成用于通過在第二方向上線性偏振的電磁輻射,所述第二方向與第一方向基本上正交;從而在所形成的圖像中在該金屬物體與該背景之間生成一個改善的對比度。
2.權(quán)利要求1所述的方法,還包括識別在所形成的圖像中的金屬物體。
3.權(quán)利要求1所述的方法,其中的電磁輻射為光,并且圖像是由攝影機(jī)(20)形成的。
4.權(quán)利要求2所述的方法,其中的電磁輻射為光,圖像是由計算機(jī)視覺系統(tǒng)(10)的攝影機(jī)(20)形成的,并且所述識別是由計算機(jī)視覺系統(tǒng)(10)執(zhí)行的。
5.權(quán)利要求1所述的方法,其中該部件是球柵陣列(12),淺色的背景為絕緣體(16),而金屬物體是在絕緣體(16)上攜帶的以陣列形式排列的焊球(14)。
6.權(quán)利要求2所述的方法,其中該部件為球柵陣列(12),淺色的背景為絕緣體(16),并且金屬物體是在絕緣體(16)上攜帶的以陣列形式排列的焊球(14)。
7.一種用于目測具有相對于淺色非金屬背景的金屬物體的部件的設(shè)備包括一個或多個使用線性偏振的電磁輻射來照射該部件的源(24,36,38,40),至少一個源產(chǎn)生在預(yù)定的第一方向上線性偏振的電磁輻射;以及圖像形成裝置(20),用于形成從通過一個線性偏振濾光器(28)所觀看到的該部件反射的電磁輻射的圖像,所述線性偏振濾光器(28)被定向成用于通過在第二方向上線性偏振的電磁輻射,所述第二方向與第一方向基本上正交;從而在所形成的圖像中在該金屬物體和背景之間生成一個改善的對比度。
8.權(quán)利要求7所述的設(shè)備,還包括用于在所形成的圖像中識別金屬物體的計算機(jī)視覺系統(tǒng)(10)。
9.權(quán)利要求7所述的設(shè)備,其中的電磁輻射為光,而該圖像形成裝置是攝影機(jī)(20)。
10.權(quán)利要求8所述的設(shè)備,其中的電磁輻射為光,而該圖像形成裝置為計算機(jī)視覺系統(tǒng)(10)的攝影機(jī)(20)。
11.權(quán)利要求7所述的設(shè)備,其中該部件為球柵陣列(12),淺色的背景為絕緣體(16),金屬物體是由該絕緣體所攜帶的以陣列形式排列的焊球(14)。
12.權(quán)利要求8所述的設(shè)備,其中該部件為球柵陣列(12),淺色的背景為絕緣體(16),而金屬物體是由絕緣體攜帶的以陣列形式排列的焊球(14)。
13.權(quán)利要求8所述的設(shè)備,還包括一個操作器(18),用于將該部件安置在電路板或卡上,并且使該部件的被識別的金屬物體與該板或卡上的接觸焊點對準(zhǔn)。
14.權(quán)利要求12所述的設(shè)備,進(jìn)一步包括一個操作器(18),用于將該球柵陣列安置在電路板或卡(24)上,并且使該球柵陣列(12)的被識別的焊球(14)與該板或卡(28)上的接觸焊點(24)對準(zhǔn)。
15.一種電路板或卡(22),在它上面表面安裝了根據(jù)權(quán)利要求2的方法所識別的部件(12),這種表面安裝使得該部件(12)的被識別的金屬物體(14)與該板或卡(22)的接觸焊點(24)對準(zhǔn)。
16.一種電路板或卡(22),在它上面表面安裝了根據(jù)權(quán)利要求6的方法所識別的球柵陣列(12),這種表面安裝使得該球柵陣列(12)上被識別的焊球(14)與該板或卡(22)上的接觸焊點(24)對準(zhǔn)。
全文摘要
當(dāng)焊接球是銀色而襯底環(huán)境是白色或者淺色時,通過使用偏振光照明球柵陣列(BGA),從而使由計算機(jī)視覺系統(tǒng)的攝影機(jī)實現(xiàn)目測的焊接球和球柵陣列(BGA)襯底之間的差異被改善到足以允許在很差的對比度情況下進(jìn)行可靠識別,并且該攝影機(jī)觀測通過偏振濾光器從BGA反射的光,該偏振濾光器被定向為不通過從焊接球反射的光,而只通過從該襯底反射的光。
文檔編號G01N21/88GK1564937SQ02819762
公開日2005年1月12日 申請日期2002年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月4日
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