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1、用于球栅阵列器件的对准与检查的系统和方法专利名称：用于球栅阵列器件的对准与检查的系统和方法技术领域：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。在大規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CXD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
2、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
3、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増大了，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。另夕卜，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
4、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単独的特征发生匹配，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。増大的焊接球数目、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
5、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
6、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參数，并且产生了对准掩摸。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，以识别出个或多个候选焊接球组。作为说明，每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(I)来修改候选焊接球组的成员。一旦每个组边界被设定，该用户就可以为每一
7、个组设置各种參数，例如，这些參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。在运行期间的操作过程中，上述器件的图像被捕获，接下来使用先前定义的值对该图像进行平滑化和向下采样。然后，在执行精细的对准之前，执行粗略的对准。这种粗略的和精细的对准仅仅使用了先前识别出的对准效果显著的团块，由此提供了速度和准确度更高的器件对准。然后，这种对准信息被机器视觉系统的检查部件使用。从上述图像中提取出每个焊接球，并且对于每个焊接球，使用针对该焊接球所隶属的那个组而设置的合适的參数来执行检查。一旦所有的焊接球都已被检查过，接下来就输出该检查的结果。例如，这些结果可以被业自动化设备使用，可用于确定是否
8、使用给定的器件等。通过參照下面的描述以及附图，可以更好地理解本发明的上述优点和其它优点，在附图中，相同的标号表不完全一样的或功能相似的兀件图I是根据本发明说明性实施例的示例性机器视觉系统的示意性框图；图2是根据本发明说明性实施例的示例性器件的焊接球图案的一部分的示意性框图；图3A是根据本发明说明性实施例的流程图，该流程图详细描述了使用图像捕获来训练机器视觉系统的过程的步骤；图3B是根据本发明说明性实施例的流程图，该流程图详细描述了使用几何模型来训练机器视觉系统的过程的步骤；图4A是根据本发明说明性实施例的圆形球的示例性对准掩模的示意图4B是根据本发明说明性实施例的椭圆形球的示例性对准掩模的示意
9、图；图4C是根据本发明说明性实施例的非圆形球的示例性对准掩模的示意图；图5是根据本发明说明性实施例的示例性部件的焊接球图案的一部分的示意性框图，示出了对准效果显著的团块的确定；图6是根据本发明说明性实施例的示例性部件的焊接球图案的一部分的示意性框图，其中示出了对准效果显著的团块；图7是根据本发明说明性实施例的流程图，该流程图详细描述了用于产生示例性候选焊接球组的过程的步骤；图8是根据本发明说明性实施例示出了一分析的示例性输出的示意图，该分析的示例性输出示出了示例性的候选焊接球组；图9是根据本发明说明性实施例的示意图，示出了在用户修改之后的示例性焊接球组；以及图10是根据本发明说明性实施例的流程
10、图，该流程图详细描述了用于执行多个器件的运行时间对准与检查的过程的步骤。具体实施例方式A.机器视觉系统图I是根据本发明说明性实施例的机器视觉系统100的示意性框图，它可以被用于实现本发明的原理。机器视觉系统100包括捕获器件105，用于产生视场110的图像，该视场110包括个或多个物体115 (比如BGA器件或其它部件)。捕获器件105可以包括常规摄像机或扫描仪。这种摄像机可以是电荷耦合器件(CCD)或用于获得合适的图像信息的其它系统(比如公知的CMOS传感器)。在捕获器件105的分辨率之内，捕获器件105所产生的图像数据(或像素)代表了场景中的每个点的图像强度(比如顔色或亮度)。捕获器件10
11、5通过通信路径120将数字图像数据发送给图像分析系统125。图像分析系统125可以包括常规的数字数据处理器，比如可从Cognex公司买到的视觉处理系统。图像分析系统125可以包括常规的微型计算机或其它示例性的计算设备。可以使用其它形式的接，例如，包括个人数字助理(PDA)等。在备选实施例中，上述捕获设备可以包括执行图像分析系统的功能的处理能力。在这种实施例中，不需要単独的图像分析系统。在另外的备选实施例中，捕获设备可以操作性地与图像分析系统互连以便于训练。一旦训练已经发生， 合适的模型可以被存储到上述捕获设备中以便在运行期间使用。作为说明，图像分析系统125是根据本发明的教导被编程的，并且根据
12、本发明一说明性实施例提供了各种部件的高速对准与检查。图像分析系统125可以具有个或多个中央处理单元(处理器)130、主存储器135、输入/输出系统145以及个或多个盘片驱动器或其它形式的大容量存储器140。作为说明，输入/输出系统145与捕获器件105和图像分析系统125之间的通信路径120互连。通过根据本发明的教导的编程指令，可以配置上述系统125。本领域技术人员将会理解，备选的硬件和/或软件配置可以被用于实现本发明的原理。具体来讲，本发明的教导可以被实现在软件、硬件、固件和/或它们的任意组合中。此外，在运行期间，与训练时相反，可以在机器视觉系统100中包括另外的和/或不同的部件。例如，物体
13、115可以通过传输带(未示出)或其它装配线设备等传输。应该注意到，尽管本发明是用机器视觉系统100来描述的，但是本发明的原理可以被用在各种不同的实施例中。这样，术语机器视觉系统应该被视为包括各种备选的系统。更一般地，本发明的原理可以被 实现在用于对准和/或检查各种部件的任何系统上。例如，一个实施例可以涉及一种常规机器视觉系统，该系统包括独立的照相机，该照相机操作性地与独立的计算机互连，该计算机被编程以处理各种图像等。然而，本发明的原理可以被用在基于所获得的部件图像来对准和/或检查各种部件的其它设备和/或系统中。例如，视觉传感器(比如可从Cognex公司买到的“Checker”产品)或其它设备包
14、括照明源、图像获取能力和/或处理能力。这种视觉传感器可以通过单独的模块(比如“Cognex Vision View”)被训练和/或被配置。在这种实施例中，用户可以使用多个物体而非单个物体来训练该视觉传感器。用户可以选择第一物体，将它放在传感器前面，并且指示该系统已放好训练物体。第二(第三等)物体可以被相似地训练。例如，通过使用图形用户界面(GUI)和/或位于训练模块和/或视觉传感器自身上的按钮或其它控制表面，用户就可以控制上述训练步骤。此外，本发明的功能可以被并入到手持设备、无线兼容设备等中。应该注意到，在备选实施例中，对准和检查功能可以被划分到各种硬件和/或软件模块中。这样，术语机器视觉系统
15、应该被宽泛地解释为包括所有这种可利用本发明的一个或多个教导的系统和设备。B.具有非均匀特征的BGA器件图2是根据本发明说明性实施例的示例性BGA器件200的焊接球图案的一部分的示意性框图。应该注意到，在本发明的说明性实施例中，BGA器件可能具有数千个焊接球。由此，BGA器件200的示意图应该被视为仅是示例性的。还应该注意到,在示例性器件200中，大量焊接球是按各种栅格图案排布的。然而，可以明确地想到，在本发明的备选实施例中，所有的焊接球可以是按非栅格或其它非均匀图案排布的。这样，关于器件200的描述不应该被视为将本发明局限于具有至少些栅格对准的球图案。在本发明的说明性实施例中，在器件上，球的区
16、域的大小、形状和/或取向可以变化很大。示例性的BGA器件200包括三个不同的区域。第一区域205包括按栅格图案对准的一组焊接球，这些焊接球具有相等的第一直径。作为说明，区域205之内的每个焊接球都具有相等的第一尺寸。第二区域210包括另组按栅格对准的焊接球；然而，第二区域210中的焊接球具有与第一区域205的焊接球不同的大小(即不等于第一直径)。第三区域215包括多个不按栅格对准的球。应该注意到，在本发明的备选实施例中，焊接球形状也可以不同，即，这些球可以具有非圆形的形状。这样，关于具有圆形球的示例性器件200的描述应该被视为仅是示例性的。本领域技术人员应该理解，本发明的原理可以被用在具有非均匀特征(例如，包括按栅格对准的或未对准的球尺寸和/或球形状)的球的任意数目个区域的BGA器件中。这样，关于器件200的描述应该被视为示例性的BGA器件，目的在于示出本发明的原理。本发明的原理可以被概括为具有非均匀特征的任何部件的对准和/或检查。C.对准训练图3A是根据本发明说明性实施例的流程图，该
