高精度視覺測量系統將以次微米公差檢測MEMS 的時間縮短了90%

微機電系統 (MEMS) 需要固定在達到次微米公差的塑料外殼內，從而校準晶片上的機器元件并連接外殼上的元件。使用顯微鏡的傳統人工檢測要花超過5 分鐘的時間，并且無法在此應用中始終如一地保持所需的公差。位于上海某公司研發了一種 MEMS 零件檢測工具，即使用兩個創科 CK-F503C 攝像頭和創科機器視覺圖像處庫對全部 9 個生產步驟進行 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可以保持所需的次微米公差，而系統的靈活性還可方便地滿足設計變更和改進的需要。

富有挑戰的檢測需求

一家消費電子產品制造商近引進了一款采用MEMS發揮獨特性能的新型產品。在復雜生產過程的各個階段，MEMS設備都需要極其精密的流程檢測。MEMS通常采用人工檢測，但由于這種應用的產量大，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定連貫地執行這種應用所需的精密測量。制造商擔心采用人工檢測會導致產品在使用中發生故障，從而影響產品的聲譽。但是，這種應用要實現自動化操作非常復雜，因為塑料外殼的柔韌性使其很難反復固定。

這家消費電子產品制造商與創科合作開發出一款自動化精密檢測系統，可以用比檢測員高15倍的速度連貫執行重復檢測。創科擅長利用圖像處理構造機器視覺、先進機器人和微米級精密技術，設計和建造精密的定制化“交鑰匙”自動化系統。這些系統通常在生產操作之后執行檢測，馬上發現流程中出現的問題，避免在不符合規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Primatics0.02-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準計算機鍵盤，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科 CK-F503C相機可精密測量這些特征點。光幕可確保操作員的**，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。

創科 CK-F503C相機采用CMOS有源像素傳感器技術將光能直接轉換為數字圖像數據。相機將圖像數據轉換為數字流，根據創科 CK-F503C相機通信協議分割為數據包，然后將數字流通過高速串行總線發送至CKVision圖像處理平臺。創科 CK-F503C相機可在高達26Hz的幀頻下捕捉高達1280x1024像素的圖像并使用全域快門。

一項難題是重復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和高重復性低摩擦夾持力技術研發出一種精密的機械設計。零件被置于真空床上，吸附在三個碳化物支撐球上，以保持平穩的平面。零件兩側的對位銷可限制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，防止塑料長久變形，并且力度可重復，避免了彈性變形導致的誤差。零件可從夾具中取出、更換并可再次測量，重復精度達到驚人的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**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致零件外觀發生任何變化，灰度匹配均可非常**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量的亞微米級公差（根據國家標準與技術協會（NIST）測得的金標）。由負責控制檢測設備的軟件對比偏差值和公差，以判斷總成是否通過檢測。按照夾具來校準視覺系統。Galil運動控制器操縱工作臺，使視覺系統能看到所有基點。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**度和50kHz 的采樣速度。

檢測柔性電路的基點
生產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。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芯片塊之間連接導線。然后將導線束進行封裝。然后，按照在個檢測步驟中測量粘合劑的相同方式再次對總成進行檢測，以測量封裝情況。

精密檢測設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微米的重復精度。檢測系統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果關聯起來。創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， 從而獲得滿足高品質標準的成功產品。www.ckvision.net