CN104458758A - 一种人造蓝宝石晶片缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人造蓝宝石晶片缺陷检测装置，包括LED平行光管、半反射镜、环形光源柱形架、45°LED环形光源、10°LED环形光源、高清摄像机、计算机，环形光源柱形架侧壁的相对位置分别安装有一对45°LED环形光源和10°LED环形光源，环形光源柱形架的底部用于安放待测试的蓝宝石晶片，半反射镜放置在蓝宝石晶片的正上方，LED平行光管发出的平行光通过半反射镜反射后垂直照射在所述蓝宝石晶片上，45°LED环形光源、10°LED环形光源和LED平行光管所发出的光经蓝宝石晶片散射后发出的散射光由高清摄像机接收，高清摄像机将接收到的散射光的数字图像发送至计算机进行图像处理。本发明具有检测速度快、检测精度高、检测成本低等优点。

Description

一种人造蓝宝石晶片缺陷检测装置

技术领域

本发明涉及蓝宝石晶片缺陷检测装置，特别涉及一种对人造蓝宝石晶片的颗粒物缺陷、气泡缺陷及划伤缺陷进行检测的装置。

背景技术

人造蓝宝石Al₂O₃又称白宝石，透明，是一种物理特性、机械特性和化学特性三者独特组合的优良材料，与天然宝石具有相同的光学特性和力学性能，且有很好的热特性，极好的电气特性和介电特性，化学性质非常稳定，大多数酸溶液无法溶解它；光透性能好，它对红外线透过率高，耐磨硬度仅次于金刚石，达莫氏9级；在高温下仍具有较好的稳定性，熔点为2030℃，因此被广泛地应用于工业、国防、航空航天等领域，如用作固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、精密耐磨轴承材料等。蓝宝石作为晶片或衬底材料具有高温下(1000℃)化学性质稳定、容易获得大尺寸以及价格便宜等优点。蓝宝石作为晶片或微电子衬底材料对其晶体表面提出了超光滑、无损伤的要求因此对蓝宝石衬底必须进行精细抛光。

但是，在蓝宝石晶片或衬底材料加工过程中，存在种种因素导致表面质量被破坏。因而蓝宝石晶片缺陷的种类、数量及面积比例检测一直是晶片检测工作的重点与难点。由于检测样品数量大、品种多、检测精度要求高，使用人工检测法不仅耗时长、效率低、成本高，而且依靠人眼观察检测具有误检率高、产品质量不一、对人眼伤害严重等缺点，因此检测方法亟待改进。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明是提供一种结构简单、操作方便、成本低、检测精度高、速度快的人造蓝宝石晶片缺陷检测装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：包括LED平行光管、半反射镜、吸光板、环形光源柱形架、45°LED环形光源、10°LED环形光源、高清摄像机、计算机，环形光源柱形架侧壁的相对位置分别安装有一对45°LED环形光源和10°LED环形光源，所述环形光源柱形架的底部用于安放待测试的蓝宝石晶片，半反射镜放置在所述蓝宝石晶片的正上方，所述半反射镜的后方放置有吸光板，LED平行光管发出的平行光通过所述半反射镜反射后垂直照射在所述蓝宝石晶片上，所述45°LED环形光源、10°LED环形光源和LED平行光管所发出的光经蓝宝石晶片散射后发出的散射光由高清摄像机接收，所述高清摄像机将接收到的散射光的数字图像发送至计算机进行图像处理。吸光板用于吸收LED平行光管透射过半反射镜的光，以防透射光干扰高清摄像机对蓝宝石晶片散射光的接收。

所述LED平行光管为亮度可调且高于背景光的光源，有利于晶片下表面瑕疵或灰尘的识别。

所述LED平行光管发出的光束均匀且直径不小于待测试的蓝宝石晶片直径，便于检测晶片两面上灰尘或深划痕。

所述环形光源柱形架的内部为黑色，可减少背景光干扰，提高图像对比度。

所述45°LED环形光源和10°LED环形光源照射蓝宝石晶片的角度可调，便于检测晶片两面上灰尘或深划痕。

所述高清摄像机的像素不低于2000W且可程控调焦。

本发明结构简单、操作方便且能实现蓝宝石晶片的自动检测与分拣，且克服了人工检测中检测人员主观性的影响；具有检测速度快、检测精度高、检测成本低等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中几种典型缺陷的检测结果图片；

图3为光散射视觉检测的各模块构成和处理流程。

具体实施方式

为了与人工检测方法和检测结果一致，光源采用可见光(冷光源)，要考虑光源的亮度、对比度和均匀度。亮度可调(要高于背景光)，保证相机的景深，以利于晶片水下表面瑕疵或灰尘的识别。对比度与光源的亮度、颜色和检测面的反射率等因素，使待测晶片的目标特征与背景图像特征之间产生最大的对比度，以便后期特征的图像处理。照明至关重要，均匀的光源照明系统可以补偿物体表面的角度变化，光源在各部分的反射也保证是相对均匀的。而非均匀的光源系统会使得不均匀的反射光进入摄像头，非均匀的背景光会使有效拍摄面积区域的光比其他区域多，从而造成待测物体表面反射不均匀，最终导致检测精度的下降。通常，光源的均匀性很大程度上取决于光源的工艺及照明点分布有关。我们设计了图1光学系统。

如图1所示，本发明的人造蓝宝石晶片缺陷检测装置包括LED平行光管1、半反射镜2、吸光板3、环形光源柱形架4、蓝宝石晶片5、45°LED环形光源6、10°LED环形光源7、高清摄像机8、计算机9，环形光源柱形架侧壁的相对位置分别安装有一对45°LED环形光源和10°LED环形光源，所述环形光源柱形架的底部用于安放待测试的蓝宝石晶片，半反射镜放置在所述蓝宝石晶片的正上方，所述半反射镜的后方放置有吸光板，LED平行光管发出的平行光通过所述半反射镜反射后垂直照射在所述蓝宝石晶片上，所述45°LED环形光源、10°LED环形光源和LED平行光管所发出的光经蓝宝石晶片散射后发出的散射光由高清摄像机接收，所述高清摄像机将接收到的散射光的数字图像发送至计算机进行图像处理。吸光板用于吸收LED平行光管透射过半反射镜的光，以防透射光干扰高清摄像机对蓝宝石晶片散射光的接收。

进行蓝宝石晶片缺陷检测时，先同时打开LED平行光管1、45°LED环形光源6、10°LED环形光源7。

LED平行光管1发出的平行光通过半反射镜2反射将光源垂直照射在蓝宝石晶片上，同时45°LED环形光源6、10°LED环形光源7发出的光照射在蓝宝石晶片上。

高清摄像机8同时接收LED平行光管1、45°LED环形光源6、10°LED环形光源7发出的3种光源照射在蓝宝石晶片上之后的散射光，并将数字图像发送至计算机9做图像处理。图2为几种典型缺陷的检测结果图片。

图像处理；

图3给出了光散射视觉检测的一般模式中各模块构成和处理流程。

图3中，相机和图像采集卡可用数字摄像机代替；数字摄像机的像素应不低于2000万像素，才能保证测到0.03um的缺陷。控制核心单元除控制缺陷瑕疵检测外，也可进行缺陷瑕疵标记、试样分拣。

①图像预处理后，使用同态滤波进行背光补偿，增强对比度，改善光照不均问题；使用中值滤波平滑图像，减弱噪声干扰；

②使用顶帽变换将瑕疵细节从背景中分离显示；

③设定阈值，对图像进行二值化分割，此时，图像中的瑕疵部分就会凸现出来；

④使用形态学开运算法去除非缺陷部分的孤立亮点集合；

⑤对图像中剩下的疵点进行统计。

经过以上几步，就可以获得疵点统计的结果，再根据晶片检测标准，就可以判定蓝宝石晶片是否合格，做出分流判断。

Claims (6)

1.一种人造蓝宝石晶片缺陷检测装置，其特征在于，包括LED平行光管、半反射镜、吸光板、环形光源柱形架、45°LED环形光源、10°LED环形光源、高清摄像机、计算机，环形光源柱形架侧壁的相对位置分别安装有一对45°LED环形光源和10°LED环形光源，所述环形光源柱形架的底部用于安放待测试的蓝宝石晶片，半反射镜放置在所述蓝宝石晶片的正上方，所述半反射镜的后方放置有吸光板，LED平行光管发出的平行光通过所述半反射镜反射后垂直照射在所述蓝宝石晶片上，所述45°LED环形光源、10°LED环形光源和LED平行光管所发出的光经蓝宝石晶片散射后发出的散射光由高清摄像机接收，所述高清摄像机将接收到的散射光的数字图像发送至计算机进行图像处理。

2.如权利要求1所述的人造蓝宝石晶片缺陷检测装置，其特征在于，所述LED平行光管为亮度可调且高于背景光的光源。

3.如权利要求1或2所述的人造蓝宝石晶片缺陷检测装置，其特征在于，所述LED平行光管发出的光束均匀且直径不小于待测试的蓝宝石晶片直径。

4.如权利要求1所述的人造蓝宝石晶片缺陷检测装置，其特征在于，所述环形光源柱形架的内部为黑色。

5.如权利要求1所述的人造蓝宝石晶片缺陷检测装置，其特征在于，所述45°LED环形光源和10°LED环形光源照射蓝宝石晶片的角度可调。

6.如权利要求1所述的人造蓝宝石晶片缺陷检测装置，其特征在于，所述高清摄像机的像素不低于2000W且可程控调焦。