基于视觉标定的集成电路封装设备温漂补偿方法及系统与流程

本发明涉及集成电路封装设备，尤其涉及一种基于视觉标定的集成电路封装设备温漂补偿方法及系统。

背景技术：

1、集成电路封装设备在执行芯片拾取、搬运、贴装、分选及检测等作业时，通常通过成像模块获取待处理集成电路的图像位置，并根据图像坐标系与设备坐标系之间的坐标转换关系，控制运动平台将待处理集成电路移动至目标位置。视觉标定参数及运动平台的位移控制精度直接影响集成电路封装设备的定位精度和作业一致性。

2、集成电路封装设备在连续运行过程中，运动驱动单元、丝杠、导轨、运动平台、成像模块及其安装结构会因设备发热或环境温度变化而产生热膨胀或热变形，使运动平台单位脉冲对应的实际位移以及图像坐标系与设备坐标系之间的坐标转换关系发生漂移。若仍采用基准温度下确定的脉冲当量和视觉标定参数进行运动控制，容易导致待处理集成电路的实际移动位置偏离目标位置。

3、现有技术中，例如公开号为cn113763485a的中国发明专利申请公开了一种温漂系数获取方法、电子设备、存储介质和图像校正方法。该方法通过目标相机在不同温度下拍摄同一标定板，提取不同温度下标定板图像中的关键点，将不同温度下的关键点进行匹配，以确定同名点的位移随温度的变化函数，并根据该变化函数获取目标相机的温漂系数；在进行图像校正时，根据图像拍摄时的环境温度选择对应的温漂系数，对目标图像的像素坐标进行纠正。

4、然而，上述现有技术主要针对温度变化引起的相机成像坐标偏差进行校正，未将运动平台的脉冲当量随温度产生的变化纳入视觉标定过程。当运动平台的传动机构因温度变化而使单位脉冲对应的实际位移发生改变时，即使对图像像素坐标进行了校正，基于固定脉冲当量将像素位置转换为运动脉冲数，仍可能产生运动定位误差，难以满足集成电路封装设备的高精度定位要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于视觉标定的集成电路封装设备温漂补偿方法及系统，用以解决现有技术仅对相机图像的像素坐标温漂进行校正，没有考虑运动平台脉冲当量随温度变化所造成的运动定位误差的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种基于视觉标定的集成电路封装设备温漂补偿方法，应用于集成电路封装设备，所述集成电路封装设备包括用于采集图像的成像模块以及用于采集所述集成电路封装设备温度信息的温度采集模块，所述方法包括：

3、获取所述集成电路封装设备的当前温度，并根据所述当前温度与基准温度确定温度偏差；

4、根据所述温度偏差和预设脉冲当量温漂关系，确定所述集成电路封装设备的运动平台在所述当前温度下的当前脉冲当量，其中，所述预设脉冲当量温漂关系为预先根据多个标定温度下的温度偏差和对应脉冲当量建立的、用于表征温度偏差与脉冲当量之间对应关系的数据关系；

5、基于所述当前脉冲当量，控制所述运动平台带动设置有标定特征的标定板沿设备坐标系的不同方向移动预设脉冲数，并通过所述成像模块获取所述标定板移动前后的标定图像；

6、根据所述标定图像，确定所述标定特征在所述不同方向上的像素位移；

7、根据所述当前脉冲当量、所述预设脉冲数和所述像素位移，确定与所述当前温度相适配的视觉标定参数，其中，所述视觉标定参数用于表征图像坐标系与所述设备坐标系之间的坐标映射关系；

8、根据所述视觉标定参数和所述当前脉冲当量，对待处理集成电路的目标像素位置进行温漂补偿转换，得到用于控制所述运动平台运动的目标运动脉冲数。

9、优选地，所述根据所述温度偏差和预设脉冲当量温漂关系，确定所述运动平台在所述当前温度下的当前脉冲当量，包括：

10、根据预设温度集和所述基准温度，构建预设脉冲当量温漂关系，所述预设温度集包括处于所述集成电路封装设备的预设工作温度范围内的若干不同温度数据；

11、根据所述温度偏差在所述预设脉冲当量温漂关系中的对应位置，确定所述当前温度对应的目标温度区间；

12、获取所述目标温度区间的两个区间端点分别对应的第一标定温度偏差、第二标定温度偏差、第一标定脉冲当量和第二标定脉冲当量；

13、根据所述温度偏差、所述第一标定温度偏差和所述第二标定温度偏差，确定所述当前温度在所述目标温度区间内的温度位置系数；

14、根据所述第一标定脉冲当量、所述第二标定脉冲当量和所述温度位置系数，确定所述运动平台在所述当前温度下的当前脉冲当量。

15、优选地，所述根据预设温度集和所述基准温度，构建所述预设脉冲当量温漂关系，包括：

16、根据所述预设温度集中的各温度数据与所述基准温度，确定各所述温度数据对应的标定温度偏差；

17、获取所述集成电路封装设备在各所述温度数据下的温度变化序列，并在所述温度变化序列的温度变化率满足预设热稳定条件时，确定各所述温度数据对应的标定温度状态；

18、在各所述标定温度状态下，控制所述运动平台沿预设标定方向依次执行正向标定脉冲位移和反向标定脉冲位移，并获取所述正向标定脉冲位移和所述反向标定脉冲位移分别对应的正向实际位移和反向实际位移；

19、根据所述正向标定脉冲位移、所述反向标定脉冲位移、所述正向实际位移和所述反向实际位移，确定各所述标定温度状态对应的正向脉冲当量、反向脉冲当量以及方向回差参数；

20、根据各所述标定温度状态对应的所述方向回差参数和多次重复标定得到的脉冲当量离散程度，对所述正向脉冲当量和所述反向脉冲当量进行有效性筛选及融合，得到各所述标定温度偏差对应的目标标定脉冲当量；

21、根据各所述标定温度偏差对应的目标标定脉冲当量的变化趋势，将所述预设工作温度范围划分为若干不同温度区间；

22、分别对各所述温度区间内的所述标定温度偏差和所述目标标定脉冲当量进行拟合，得到所述预设脉冲当量温漂关系。

23、优选地，所述根据所述温度偏差在所述预设脉冲当量温漂关系中的对应位置，确定所述当前温度对应的目标温度区间，包括：

24、获取所述集成电路封装设备在当前采样时刻之前的温度数据，得到当前温度变化序列；

25、根据所述当前温度变化序列确定当前温度变化方向和当前温度变化速率，所述当前温度变化方向包括升温方向和降温方向；

26、根据所述当前温度变化方向，从所述预设脉冲当量温漂关系中选择对应的目标温漂关系分支，其中，所述预设脉冲当量温漂关系包括升温温漂关系分支和降温温漂关系分支；

27、根据所述当前温度变化速率，确定所述温度偏差对应的温度区间匹配范围；

28、将所述温度区间匹配范围与所述目标温漂关系分支包括的多个预设温度区间进行匹配，得到至少一个候选温度区间；

29、根据所述温度偏差与各所述候选温度区间的区间端点之间的距离，从至少一个所述候选温度区间中确定所述目标温度区间。

30、优选地，所述标定板包括低热膨胀基板以及设置于所述低热膨胀基板上的多个所述标定特征，多个所述标定特征按照预设间距排列，所述低热膨胀基板由微晶玻璃、陶瓷和石英玻璃中的至少一种制成，所述标定特征包括圆形特征、方形特征、十字形特征和棋盘格角点中的至少一种，所述基于所述当前脉冲当量，控制所述运动平台带动设置有标定特征的标定板沿设备坐标系的不同方向移动预设脉冲数，并通过所述成像模块获取所述标定板移动前后的标定图像，包括：

31、根据所述当前脉冲当量和预设标定位移范围，确定所述运动平台沿设备坐标系的第一方向和第二方向分别对应的第一标定脉冲数和第二标定脉冲数；

32、控制所述运动平台移动至标定特征处于所述成像模块的预设标定视场内的初始标定位置；

33、控制所述运动平台沿所述第一方向移动所述第一标定脉冲数，并分别获取移动前后的第一标定图像组；

34、控制所述运动平台沿所述第二方向移动所述第二标定脉冲数，并分别获取移动前后的第二标定图像组；

35、将所述第一标定图像组、所述第二标定图像组以及对应的标定脉冲数进行关联，得到当前温度对应的视觉标定数据。

36、优选地，所述根据所述标定图像，确定标定特征在所述不同方向上的像素位移，包括：

37、分别从所述第一标定图像组和所述第二标定图像组中确定包含所述标定特征的目标图像区域；

38、对各所述目标图像区域进行特征轮廓提取，得到所述标定特征在移动前后对应的特征轮廓；

39、根据各所述特征轮廓确定所述标定特征在移动前后的亚像素坐标；

40、根据所述标定特征在沿所述第一方向移动前后的亚像素坐标，确定第一像素位移；

41、根据所述标定特征在沿所述第二方向移动前后的亚像素坐标，确定第二像素位移；

42、根据多次重复视觉标定得到的第一像素位移和第二像素位移的离散程度，去除异常像素位移，并根据剩余的第一像素位移和第二像素位移分别确定第一目标像素位移和第二目标像素位移。

43、优选地，所述根据所述当前脉冲当量、所述预设脉冲数和所述像素位移，确定与所述当前温度相适配的视觉标定参数，包括：

44、根据所述第一标定脉冲数和所述当前脉冲当量，确定所述运动平台沿所述第一方向的第一标定实际位移；

45、根据所述第二标定脉冲数和所述当前脉冲当量，确定所述运动平台沿所述第二方向的第二标定实际位移；

46、根据所述第一标定实际位移和所述第一目标像素位移之间的对应关系，确定第一方向视觉当量；

47、根据所述第二标定实际位移和所述第二目标像素位移之间的对应关系，确定第二方向视觉当量；

48、根据所述第一目标像素位移和所述第二目标像素位移在所述图像坐标系的两个坐标轴上的像素位移分量，分别确定所述第一方向和所述第二方向在所述图像坐标系中的第一投影方向角和第二投影方向角；

49、根据所述第一投影方向角和所述第二投影方向角分别与所述设备坐标系中对应方向的预设方向角之间的角度差，确定第一方向角度差和第二方向角度差；

50、根据所述第一方向角度差和所述第二方向角度差，确定所述图像坐标系与所述设备坐标系之间的坐标偏角；

51、根据所述第一方向视觉当量、所述第二方向视觉当量和所述坐标偏角，得到与所述当前温度相适配的视觉标定参数。

52、优选地，所述根据所述视觉标定参数和所述当前脉冲当量，对待处理集成电路的目标像素位置进行温漂补偿转换，得到用于控制所述运动平台运动的目标运动脉冲数，包括：

53、获取所述待处理集成电路在检测图像中的当前像素坐标和所述待处理集成电路对应的目标像素坐标；

54、根据所述当前像素坐标和所述目标像素坐标，确定所述待处理集成电路在所述图像坐标系中的目标像素位移；

55、根据所述坐标偏角，对所述目标像素位移进行坐标旋转变换，得到所述目标像素位移在所述设备坐标系的第一方向和第二方向上分别对应的第一方向像素位移和第二方向像素位移；

56、根据所述第一方向视觉当量和所述第一方向像素位移，确定所述运动平台沿所述第一方向对应的第一目标物理位移；

57、根据所述第二方向视觉当量和所述第二方向像素位移，确定所述运动平台沿所述第二方向对应的第二目标物理位移；

58、根据所述第一目标物理位移和所述第一方向对应的当前脉冲当量，确定第一目标运动脉冲数；

59、根据所述第二目标物理位移和所述第二方向对应的当前脉冲当量，确定第二目标运动脉冲数；

60、根据所述第一目标运动脉冲数和所述第二目标运动脉冲数生成温漂补偿运动控制指令，以控制所述运动平台将所述待处理集成电路移动至目标位置。

61、优选地，在控制所述运动平台将所述待处理集成电路移动至所述目标位置之后，所述方法还包括：

62、通过所述成像模块采集所述待处理集成电路移动后的补偿验证图像；

63、从所述补偿验证图像中提取所述待处理集成电路的补偿后像素坐标；

64、根据所述补偿后像素坐标和所述目标像素坐标，确定所述图像坐标系中的补偿残差向量；

65、根据所述坐标偏角，将所述补偿残差向量转换为所述设备坐标系下的第一方向补偿残差和第二方向补偿残差；

66、分别将所述第一方向补偿残差和所述第二方向补偿残差与对应的预设方向残差阈值进行比较；

67、在所述第一方向补偿残差和所述第二方向补偿残差均小于或等于对应的所述预设方向残差阈值时，确定所述当前脉冲当量和所述视觉标定参数通过补偿有效性验证；

68、在所述第一方向补偿残差和所述第二方向补偿残差中的至少一个大于对应的所述预设方向残差阈值时，根据超出所述预设方向残差阈值的目标方向确定待更新标定参数；

69、控制所述运动平台沿所述目标方向重新执行视觉标定，并根据重新执行视觉标定得到的像素位移更新所述目标方向对应的视觉当量和当前脉冲当量；

70、根据更新后的所述视觉当量和所述当前脉冲当量重新确定所述目标方向对应的目标运动脉冲数，并控制所述运动平台再次执行温漂补偿运动。

71、第二方面，本发明实施例提供了一种基于视觉标定的集成电路封装设备温漂补偿系统，其特征在于，所述系统包括运动平台、运动驱动单元、成像模块、温度采集模块、标定板以及处理器；

72、所述运动平台用于承载待处理集成电路和/或所述标定板；所述运动驱动单元与所述运动平台传动连接，用于根据运动控制指令驱动所述运动平台沿设备坐标系的不同方向运动，并输出所述运动平台对应的运动脉冲数据；所述标定板设置有用于视觉标定的标定特征；所述成像模块朝向所述运动平台设置，用于采集所述标定特征随所述运动平台运动前后的标定图像，以及采集所述待处理集成电路的检测图像；所述温度采集模块用于采集所述集成电路封装设备的当前温度；所述处理器分别与所述运动驱动单元、所述成像模块和所述温度采集模块通信连接，以实现第一方面的方法。

73、综上所述，本发明的有益效果如下：

74、本发明实施例提供的基于视觉标定的集成电路封装设备温漂补偿方法及系统，通过获取集成电路封装设备的当前温度，确定当前温度相对于基准温度的温度偏差，并根据所述温度偏差和预设脉冲当量温漂关系确定运动平台在当前温度下的当前脉冲当量，能够使运动平台的位移控制基准与设备当前温度状态相适配，减少丝杠、导轨、运动平台及相关传动结构因温度变化而产生热膨胀或热变形时，基准脉冲当量与单位脉冲实际位移不一致所造成的运动定位误差。

75、其次，本发明基于当前脉冲当量控制运动平台沿设备坐标系的不同方向移动预设脉冲数，并根据标定特征移动前后的标定图像确定对应的像素位移，进而确定与当前温度相适配的不同方向视觉当量以及图像坐标系与设备坐标系之间的坐标偏角。由此，视觉标定参数不再固定采用基准温度下的历史标定结果，而是能够反映成像模块、运动平台及其安装结构在当前温度状态下的实际位置关系，降低温度变化引起的成像倍率漂移、坐标方向偏移及视觉运动映射误差。

76、最后，本发明根据与当前温度相适配的视觉标定参数和当前脉冲当量，对待处理集成电路的目标像素位置进行温漂补偿转换，得到用于控制运动平台运动的目标运动脉冲数，使图像位置至设备运动控制量的转换过程同时考虑视觉坐标转换关系的温漂和运动平台位移基准的温漂。相较于仅对图像像素坐标进行温度校正的方式，本发明能够实现视觉系统与运动系统的联合温漂补偿，有利于提高集成电路封装设备在连续运行及不同温度环境下的芯片拾取、搬运、贴装、分选和检测定位精度，提升封装作业的一致性和设备运行稳定性。