[发明专利]用于球栅阵列器件的对准与检查的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉系统，尤其涉及使用机器视觉系统来对准并检查具有多个非均匀特征的部件。

背景技术

在各种制造和质量控制过程中，越来越多地使用了高级机器视觉系统及其底层软件。在大规模生产以及定制产品的生产过程中，机器视觉能够获得更快、更准且可重复的结果，并且很少出错。基本的机器视觉系统包括：对着感兴趣的区域的一个或多个照相机(通常具有固态电荷耦合器件(CCD)成像元件)；帧抓取器/图像处理元件，用于捕捉并传送CCD图像；计算机和显示器，用于运行机器视觉软件应用程序并操纵所捕捉的图像；以及在感兴趣的区域上的合适的照明。

机器视觉的许多应用包括：检查各种部件和表面是否有影响质量的缺陷。在发现足够严重的缺陷时，一部分表面就被标记为不可接受/有缺陷。机器视觉也已经被不同程度地用于在执行特定任务时帮助操纵制造引擎。具体来讲，机器视觉系统可以被用于沿着装配线检查各种部件以确保这些部件在插入和/或组装到成品中之前符合预定的标准。机器视觉系统也可以被用于定位这些部件以及正被组装的产品，使得插入和/或组装设备可以自动地组装上述成品而无需人的干预。

在具有球栅阵列(BGA)形状因子的器件的对准和检查过程中，通常使用机器视觉系统。BGA器件通常包括在器件的安装侧的多个小焊接球。一旦器件被恰当地放置在电路板上，就可以使用超声和/或红外技术来焊接这些焊接球。在BGA器件上的焊接球的数目已经急剧地增大了，使得目前的BGA器件可能具有数千个焊接球。此外，现代的BGA器件通常具有在栅格图案上对得不太准的焊接球，即，这些焊接球是非均匀地间隔在部件上的。另外，BGA器件现在可以利用非均匀大小的和/或非圆形的焊接球/焊接点，例如，具有变化的大小和/或形状的焊接球。

这些趋势使目前用于对准和/或检查BGA器件的机器视觉系统变得复杂。随着焊接球的数目变得非常大，目前依赖于提取焊接球或以其它方式测量焊接球特征的那些方法通常以对于运行时间而言是不可接受的很慢的速度来执行。此外，随着焊接球的图案变得更复杂，基于搜索的对准方法可能陷入最糟糕的情形中。这可能会发生，因为很小的平移自由度或旋转角的未对准可能意味着大量单独的特征发生匹配，由此发生不正确的匹配的可能性变大了。

另外，当焊接球在大小和/或形状方面不是均匀的时候，现有技术的机器视觉系统通常不能够执行对准和/或检查。增大的焊接球数目、变化的大小和/或形状以及非均匀的焊接球间隔的组合使目前的机器视觉实现方式无法以商业上可接受的速率和效率来有效地对准和/或检查BGA器件。

发明内容

本发明通过提供一种用于高速对准和/或检查具有多个非均匀特征的部件(比如BGA器件)的系统和方法，克服了现有技术的诸多缺点。作为说明，上述非均匀特征可以包括：焊接球具有变化的大小和/或形状、按变化的栅格图案(或不按栅格图案)排列等等。通常，首先在BGA器件的特征的对准和检查这一方面训练说明性的机器视觉系统。随后，在运行期间，根据本发明的说明性实施例，首先对准BGA器件，然后检查BGA器件。

根据本发明的说明性实施例，在机器视觉系统的训练期间，少量的对准效果显著的团块(alignment significant blob)连同用于挑选粒度的一定量的几何分析一起被确定。通过从器件的图像中进行提取，使用例如边沿检测，或者通过分析该器件的几何模型，就可以确定上述对准效果显著的团块。上述提取要么是通过图像的边沿检测实现的，要么是通过几何模型分析实现的，这种提取产生了一个或多个灰度级团块。然后，从这些灰度级团块中，确定对准效果显著的团块。一旦对准效果显著的团块被确定，就对这些对准效果显著的团块确定用于运行时间平滑化和向下采样的参数，并且产生了对准掩模。作为说明，该对准掩模可以容纳大小不一的团块，并且也可以容纳非圆形的团块(即具有变化的形状的团块)。

此外，在机器视觉检查系统的训练期间，上述器件的几何模型被输入并被分析，以识别出一个或多个候选焊接球组。作为说明，每一个候选焊接球组是由具有相同的大小、形状和栅格对准的一组焊接球构成的。作为说明，这些候选的组被显示给用户，该用户随后可能会修改这些组。作为说明，用户可以使用图形用户界面(GUI)来修改候选焊接球组的成员。一旦每一个组边界被设定，该用户就可以为每一个组设置各种参数，例如，这些参数包括与该组内的焊接球相关联的检查项的各种合格/不合格阈值。