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微機電系統(tǒng) (MEMS) 需要固定在達(dá)到次微米公差的塑料外殼內(nèi)，從而校準(zhǔn)晶片上的機器元件并連接外殼上的元件。使用顯微鏡的傳統(tǒng)人工檢測要花超過 5 分鐘的時間，并且無法在此應(yīng)用中始終如一地保持所需的公差。位于上海某公司研發(fā)了一種 MEMS 零件檢測工具，即使用兩個創(chuàng)科 CK-F503C 攝像頭和創(chuàng)科機器視覺圖像處庫對全部 9 個生產(chǎn)步驟進(jìn)行 500 多次測試，每個步驟的周期不超過 30 秒。檢測過程包括裝載、卸載和移動零件。這種自動化的視覺檢測系統(tǒng)可以保持所需的次微米公差，而系統(tǒng)的靈活性還可方便地滿足設(shè)計變更和改進(jìn)的需要。
富有挑戰(zhàn)的檢測需求
一 家消費電子產(chǎn)品制造商最近引進(jìn)了一款采用MEMS發(fā)揮獨特性能的新型產(chǎn)品。在復(fù)雜生產(chǎn)過程的各個階段，MEMS設(shè)備都需要極其精密的流程檢測。MEMS通常采用人工檢測，但由于這種應(yīng)用的產(chǎn)量大，需要大約15名檢測員共同操作。另外一項困難是檢測員不可能穩(wěn)定連貫地執(zhí)行這種應(yīng)用所需的精密測量。制造商擔(dān)心采用人工檢測會導(dǎo)致產(chǎn)品在使用中發(fā)生故障，從而影響產(chǎn)品的聲譽。但是，這種應(yīng)用要實現(xiàn)自動化操作非常復(fù)雜，因為塑料外殼的柔韌性使其很難反復(fù)固定。 這家消費電子產(chǎn)品制造商與創(chuàng)科合作開發(fā)出一款自動化精密檢測系統(tǒng)，可以用比檢測員高15倍的速度連貫執(zhí)行重復(fù)檢測。創(chuàng)科擅長利用圖像處理構(gòu)造機器視覺、先進(jìn)機器人和微米級精密技術(shù)，設(shè)計和建造精密的定制化“交鑰匙”自動化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常在生產(chǎn)操作之后執(zhí)行檢測，馬上發(fā)現(xiàn)流程中出現(xiàn)的問題，避免在不符合規(guī)格要求的總成上浪費更多資源。
測量總成特征點
元件被手動加載到Primatics 0.02-微米X-Y臺上安裝的定制槽中。使用自定義計算機觸摸屏和標(biāo)準(zhǔn)計算機鍵盤，操作員可選擇一種方法并激活周期開始命令。在槽移動至檢測區(qū)域后，會通過機載的條形碼讀取器自動捕捉零件識別信息。使用配備低分辨率鏡頭的創(chuàng)科 CK-F503C相機檢測總成中特征點的位置。另一臺配備高分辨率鏡頭的創(chuàng)科 CK-F503C相機可精密測量這些特征點。光幕可確保操作員的安全，如果在機器運行時任何物體穿破光幕，將立即停止所有機器。
創(chuàng)科 CK-F503C相機采用CMOS有源像素傳感器技術(shù)將光能直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。相機將圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字流，根據(jù)創(chuàng)科 CK-F503C相機通信協(xié)議分割為數(shù)據(jù)包，然后將數(shù)字流通過高速串行總線發(fā)送至CKVision圖像處理平臺。創(chuàng)科 CK-F503C相機可在高達(dá)26 Hz的幀頻下捕捉最高達(dá)1280x1024像素的圖像并使用全域快門。
一項難題是重復(fù)固定外殼由可變形塑料制成的零件。采用六點運動限制固定技術(shù)和高重復(fù)性低摩擦夾持力技術(shù)研發(fā)出一種精密的機械設(shè)計。零件被置于真空床上，吸附在三個碳化物支撐球上，以保持平穩(wěn)的平面。零件兩側(cè)的對位銷可限制X軸的運動。然后，低摩擦滑動總成上的滑塊與零件的凹槽嚙合并施力，使零件抵住夾具的背面，以便在X軸固定零件。用力很小，防止塑料永久變形，并且力度可重復(fù)，避免了彈性變形導(dǎo)致的誤差。零件可從夾具中取出、更換并可再次測量，重復(fù)精度達(dá)到驚人的0.2微米。
檢驗粘合劑
總成包含一個粘貼在陶瓷底物（安裝在塑料外殼上）的方形芯片塊。而外殼上也粘貼有一個柔性電路。在粘貼芯片塊之前，下一項檢測檢驗并測量了陶瓷上的粘合劑。由于不需要高精度測量，采用低分辨率相機對粘合劑進(jìn)行檢測。無論圖像背景中是否存在噪點，均采用ckvision卡鉗工具尋找邊緣或邊緣對。視覺檢測僅需幾秒鐘就可完成。30秒周期中的剩余時間被用于加載、移動和卸載零件。
尋找芯片塊基點
底物粘合劑通過檢測后，將方形芯片塊放到底物上。Primatics臺將基點逐個移動到第二臺高分辨率相機的圖像中央。采用ckvision灰度匹配工具，使用低分辨率相機在芯片塊上找到基點。無論流程變化、反射表面、部分閉合、光線的非線性變化或成像不均勻而導(dǎo)致零件外觀發(fā)生任何變化，灰度匹配均可非常精確地定位物體。
然后，高分辨率相機捕捉圖像，用于確定基點偏差和旋轉(zhuǎn)量的亞微米級公差（根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)協(xié)會（NIST）測得的金標(biāo)）。由負(fù)責(zé)控制檢測設(shè)備的軟件對比偏差值和公差，以判斷總成是否通過檢測。按照夾具來校準(zhǔn)視覺系統(tǒng)。Galil運動控制器操縱工作臺，使視覺系統(tǒng)能看到所有基點。然后由激光移位傳感器測量芯片塊的高度。傳感器具備0.01 微米的分辨率、±0.03%的精確度和50 kHz 的采樣速度。
檢測柔性電路的基點
生產(chǎn)流程的下一步是在底物上安裝柔性電路。借助柔性電路，可以將電路板制成所需的形狀，并使用用于剛性印刷電路板的相同元件來生產(chǎn)。柔性電路基點的檢測方法與MEMS芯片塊完全相同。柔性電路檢測完成后，下一步是在柔性電路和MEMS芯片塊之間連接導(dǎo)線。然后將導(dǎo)線束進(jìn)行封裝。然后，按照在第一個檢測步驟中測量粘合劑的相同方式再次對總成進(jìn)行檢測，以測量封裝情況。
精密檢測設(shè)備可在九個不同的流程步驟中完成超過500次測量，速率可達(dá)每小時120個零件，僅需一名操作員即可完成全部檢測。運動夾具可在拆卸和更換零件時保證高于0.2微米的重復(fù)精度。檢測系統(tǒng)測量相同零件上的大、小特征點，并將高、低分辨率相機的測量結(jié)果關(guān)聯(lián)起來。創(chuàng)科相機可提供所需的高分辨率，以確保交付給客戶的所有設(shè)備均滿足亞微米公差。
如果制造商被迫采用人工檢測方法，那么就沒有理由將這種產(chǎn)品推向市場，”精密夾具、高分辨率相機和強大視覺工具的組合使得迅速檢測零件成為可能， 從而獲得滿足最高品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的成功產(chǎn)品。
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