[发明专利]使用多光谱3D激光扫描的对象检查的系统和方法

说明书

本发明包括用于获得对象的高分辨率3D图像的系统和方法。该系统包括三个相机和具有不同波长的三个光源(例如，红色光源、蓝色光源和绿色光源)。每个相机同时拍摄对象的彩色图像。处理器使用红色光源、蓝色光源和绿色光源中的每一个将红色光图像、蓝色光图像和绿色光图像中的每一个分离成单独的单色图像。图像的质量不受常规RBG图像的有限分辨率的影响。因为使用三种不同波长的光，所以可以精确地成像表面，而不管其特性(例如反射率和透明度)如何。该系统非常适合于需要大体积对象(特别是混合材料的对象)以快速检查小至几微米的缺陷的工业用途。

技术领域

本发明涉及一种三维(3D)成像的系统和方法，并且更具体地，涉及一种使用多个激光器在宽视场上产生高分辨率图像以用于检查小对象(诸如电子部件)的系统和方法。

背景技术

各种应用都需要整个宽视场(FOV)上的高分辨率成像。在高精度制造中，检查对象以确保不存在缺陷或不规则性。3D视觉可能是必要的，因为检查涉及检查不同平面中的每个部件上的小的但关键的特征。例如，自动光学检查(AOI)系统通常用于分析和评估电路，包括平板显示器、集成电路、芯片载体和印刷电路板。

在AOI系统中，传感器(诸如相机)扫描对象以确认存在部件和/或不存在质量缺陷。其是一种非接触测试方法，并且通常用于制造过程的多个阶段。现代AOI系统通常使用三维(3D)激光扫描。

3D激光扫描是一种非接触、非破坏性技术，其使用激光线数字地拍摄物理对象的形状。3D激光扫描仪创建来自对象表面的数据的“点云”。可以拍摄物理对象的尺寸和形状的数字表示并将其保存在计算机中。

常规AOI机器使用二维(2D)测量来创建3D图像。通常，两个相机彼此水平放置以获得对象的不同视图。通过比较两个图像，可以以视差图的形式获得相对深度信息。然而，这种方法可能不适合于一些工业用途，因为其对于大体积过程可能是缓慢且不切实际的。其他限制包括有限的灵敏度和错误或假阳性缺陷的检测。已经开发了替代方法以努力改进3D成像技术。

基于三角测量的3D激光扫描仪将激光照射在基板上并使用相机来寻找激光点的位置。根据激光撞击表面的距离，激光点出现在相机视场中的不同位置。该技术被称为三角测量，因为激光点、相机和激光发射器可以形成三角形。三角形的一侧的长度、相机与激光发射器之间的距离是已知的。激光发射器拐角的角度也是已知的。相机拐角的角度可以通过相机视场中激光点的位置来确定。在大多数情况下，激光条(而不是单个激光点)扫过对象以加速该过程。虽然三角测量为其他技术提供了益处，但是替代方法通常集中于克服其限制。

例如，美国专利No.5,406,372描述了一种方形扁平封装(QFP)芯片封装检查系统和方法。其目的是检查QFP芯片封装上的引线。使用两个激光器和用于检测和处理来自对象的反射激光的传感器来扫描包装。来自每个激光器的反射光提供来自两个横向平行边缘上的每个引线的数据。

类似地，WO2018-072433A1描述了使用多个激光器的三维扫描方法。使用不同波长的多个激光器和用于检测和处理从对象发射的反射激光的多个相机来扫描3D对象。由两个相机拍摄投射到被扫描对象的表面上的激光轮廓线。可以根据三角原理和对极约束原理来约束空间三维点云数据。

美国专利No.6,750,974描述了一种使用激光和相机扫描对象(例如晶片)的方法，用于基于三角测量的传感器检测。该系统旨在检测对象的镜面反射和漫反射。与其他系统一样，检测器从照射表面收集数据。第二检测器从第二位置收集与来自第一检测器的数据融合的数据。然而，与其他方法一样，该系统具有缺点。