CN114474429A - 一种划片机的基于图像的切割补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种划片机的基于图像的切割补偿方法,步骤如下:S1、设定需要提取的透镜的预设半径,原材的切割尺寸、容差和预设强度值;S2、对原材进行透镜中心定位,并以此规划切割位置;S3、将原材切割为矩形,且矩形四边位列透镜的四周;S4、对原材再次进行透镜中心定位,同时测量透镜中心到矩形四边的距离;S5、将透镜中心到矩形四边的距离数据与预设强度值进行比较并标示;S6、根据数据一致性原则,抛掉异常点进行平均值运算,将结果补偿至下一次切割的各个方向上。本发明采用上述切割补偿方法,切割前后均对透镜中心进行定位,并以此计算补偿,提高下次切割精度。
Description
技术领域
本发明涉及划片机技术领域,尤其是涉及一种划片机的基于图像的切割补偿方法。
背景技术
划片机作为一种半导体专用设备,在光学领域同样具有广泛的应用,可以对棱镜、透镜、玻璃晶圆进行精密加工,这些产品表面通常嵌入或布满了圆形结构(例如:透镜)。对原材的切割是以透镜中心为基准,向上下左右四个方向延伸一个偏移,将最终的原材切割为矩形,透镜中心到矩形四边的距离为所要求的尺寸,通常要求偏差在3-8微米之内。原材切割完成后要进行实时测量,如尺寸偏差在合理范围内要自动进行补偿,以保证下一板原材能切割出正确的尺寸。
发明内容
本发明对于上述原材的切割所遇到的透镜中心定位、透镜中心到四边的距离测量及实时纠正尺寸问题,通过搭载500万相机、7.5x显微镜,采用高精度自动对焦,实时抓取图像,配合直光、环光,实现对透镜中心及半径、原材切割边缘的准确定位,并通过测量信息对原材切割参数进行实时补偿,以形成设备定位、测量、切割为闭环的自动化控制过程。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种划片机的基于图像的切割补偿方法,包括如下步骤:
S1、设定需要提取的透镜的预设半径,原材的切割尺寸、容差和预设强度值;
S2、对原材进行透镜中心定位,并以此规划切割位置;
S3、将原材切割为矩形,且矩形四边位列透镜的四周;
S4、对原材再次进行透镜中心定位,同时测量透镜中心到矩形四边的距离;
S5、将透镜中心到矩形四边的距离数据与预设强度值进行比较并标示,黄色表示在容差之内,红色表示超出容差之外;
S6、根据数据一致性原则,抛掉异常点进行平均值运算,将结果补偿至下一次切割的各个方向上。
优选的,步骤S2具体为:
S21、抓取低倍下透镜图像,提取大于预设强度值的边缘;
S22、以步骤S21边缘确定的圆为基础,以预设半径进行霍夫变换,确定像素精度的圆心和半径,并转换为高倍下的位置;
S23、抓取高倍下透镜图像,提取大于预设强度值的边缘;
S24、以步骤S23边缘确定的圆为基础,半径±5个像素确定一个环形区域,在该区域内使用基于部分区域效应的方法提取亚像素边缘;
S25、对步骤S24的亚像素边缘使用基于几何距离的Levenberg-Marquardt方法拟合圆,确定亚像素精度的圆心和半径。
优选的,步骤S21、S23中使用sobel算子提取大于预设强度值的边缘。
优选的,步骤S3具体为:
S31、根据步骤S24的结果对切割位置进行规划,圆心Y坐标分别加减一个固定的偏移,并切割,最终切出一对平行线,分别在圆心的上面和下面;
S32、透镜随工作台顺时针旋转90度,重复步骤S23-S25,完成第二个方向的定位和切割,最终将原材切割为矩形,矩形四边位列透镜的四周。
优选的,步骤S4具体为:
S41、根据S22步骤中的像素精度的圆心和半径,重复步骤S23-S25,确定亚像素精度的圆心和半径;
S42、使用OTSU方法计算透镜图像的最佳二值化阈值,并对图像灰度分别进行水平方向和竖直方向的投影,该投影曲线与上述阈值的交点即为矩形四边所在位置。
优选的,步骤S6中以亚像素圆心作为参考点,计算三倍标准差以标准排出异常点。
本发明采用上述基于图像的切割补偿方法,实现对透镜中心及半径、原材切割边缘的准确定位,并通过测量信息对原材切割参数进行实时补偿,形成设备定位、测量、切割的闭环控制过程。
附图说明
图1为低倍下切割出的一个原材图像;
图2为高倍下切割出的一个原材图像;
图3为高倍下根据边缘拟合的圆;
图4为高倍下根据边缘测定的矩形;
图5为霍夫变换确定像素精度圆的原理示意图;
图6为基于部分区域效应的亚像素精度边缘提取原理示意图一;
图7为基于部分区域效应的亚像素精度边缘提取原理示意图二;
图8为对应步骤S4确定的环形区域;
图9为在指定环形区域内提取到的亚像素边缘;
图10为图9亚像素边缘的局部放大图;
图11为对图像灰度进行水平方向投影,与OTSU求得的阈值交点(边缘所在位置)用十字标记。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本方案实施过程是基于划片机的运动与图像识别***进行的。划片机的运动***主要由X、Y、Z、T轴组成,其中T轴表示旋转轴,上面有工作台,T轴固定在X轴上,X轴可以左右运动,显微镜固定在Y轴上,Y轴可以前后运动,Z轴固定在Y上,可以上下运动。依据该方案实施过程,建立软件***,实现透镜中心的定位、产品四边距透镜中心的距离测量。该方法首先用sobel算子提取图像边缘,再选择大于预设强度值的边缘进行霍夫变换检测圆,初步确定圆心和半径后进行亚像素边缘提取,最终根据边缘拟合出精确的圆心和半径。对于产品的切割边缘首先根据对比度变化(由黑到白或者由白到黑,此时梯度最大,提取的位置为像素精度,在当前位置确定一个小的范围,提取直线结构(亚像素精度))确定粗略位置,再根据亚像素提取具有固定方向的直线线段作为最终的输出结果,最后根据上述测量结果进行下一次切割偏移上的补偿。
该方案具体实施步骤如下:
S1、设定需要提取的透镜预设半径,原材的切割尺寸、容差、预设强度值;切割尺寸即透镜的圆心至四边的距离,预设强度表示图像的梯度值;
S2、对原材进行透镜中心定位,并以此规划切割位置;
S21、抓取低倍下透镜图像,使用sobel算子提取大于预设强度值的边缘;
S22、以步骤S21的边缘确定的圆为基础,以预设半径进行霍夫变换(该过程原理参见图5),确定像素精度的圆心和半径,并转换为高倍下的位置;
霍夫变换将边缘上的像素点以极坐标形式记录,通过像素点的直角坐标反向计算圆心(a,b)和半径R。其中,a、b、θ均为极坐标公式参数,R为半径。
S23、抓取高倍下透镜图像,使用sobel算子提取大于预设强度值的边缘;
S24、以步骤S23的边缘确定的圆为基础,半径±5个像素确定一个环形区域(参见图8),在该区域内使用基于部分区域效应的方法提取亚像素边缘(该过程原理参见图6-7);
提取亚像素边缘时,将边缘近似看做抛物线的一部分,通过求取抛物线的三个参数,从而精准确定边缘曲线。
式中,A表示曲线上的RGB像素值,B表示曲线下的RGB像素值,F(i,j)为假定的RGB像素值,Pi,j为曲线下方区域面积,h为一个像素高度,SL为L列像素值的和,SM为M列像素值的和,SR为R列像素值的和,L、M、R分别为所在列在抛物线曲线下方区域的面积,a、b、c为抛物线曲线方程的三个参数;
S25、对步骤S24的亚像素边缘使用基于几何距离的Levenberg-Marquardt方法拟合圆,确定亚像素精度的圆心和半径(参见图9);
基于几何距离的Levenberg-Marquardt方法拟合圆的原理如下:
JTJh=-JTg
(JTJ+λI)h=(N+λI)h=Nλh=-JTg
ak+1=ak+h1
bk+1=b+h2
Rk+1=Rk+h3
F为所有点的误差平方和,将其转化为最小二乘问题,即最小化首先对进行泰勒展开,然后对其进行求导并令导数等于0,得到关于h的方程,引入λ项消除矩阵奇异的情况,最终得到关于步长h的方程,可利用SVD奇异值分解法或者QR分解法求得h的值,更新a,b,R直到h已经收敛或达到最大迭代次数,此时的a,b,R即为拟合圆的参数:圆心(a,b)和半径R。
S3、将原材切割为矩形,且矩形四边位列透镜的四周;
S31、根据步骤S24的结果对切割位置进行规划(圆心Y坐标分别加减一个固定的偏移)并切割,最终切出一对平行线(目的是切割出矩形的一对边),分别在圆心的上面和下面;
S32、透镜随工作台顺时针旋转90度,重复S23-S25步骤,完成第二个方向的定位和切割(即切割出矩形的另一对边),最终将原材切割为矩形,矩形四边位列透镜的四周;
S4、对原材再次进行透镜中心定位,同时测量透镜中心到矩形四边的距离;
S41、根据S22步骤中的像素精度的圆心和半径,对产品再次进行透镜中心定位,重复S23-S25步骤,确定亚像素精度的圆心和半径;
S42、使用OTSU方法计算透镜图像的最佳二值化阈值,并对图像灰度分别进行水平方向和竖直方向的投影,该投影曲线与上述阈值的交点即为矩形四边所在位置(处理结果参见图11);
S5、上述可得切割后透镜的中心以及矩形四边相对中心的距离,将这些数据与预设值进行比较并标示,黄色表示在容差之内,红色表示超出容差之外;黄色、红色只是起到标识作用,实际测量中可以使用其他颜色代替;
S6、根据数据一致性原则,以亚像素圆心作为参考点,通过计算3倍标准差排除异常点并求取平均值,该值与S31中偏移之差将作为下一次切割的补偿值。
该方案实际上包括检测(S1-S2)和切割补偿(S3-S6)两部分,其中检测部分可以单独使用。通过由像素精度转换至亚像素精度,提升透镜定位精度;进一步结合OTSU方法及异常点排除,计算补偿值,提高下次切割精度。
此外,本方案是以透镜进行说明,本方案还适用于类似透镜的圆形结构。
以上是本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内,因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种划片机的基于图像的切割补偿方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、设定需要提取的透镜的预设半径,原材的切割尺寸、容差和预设强度值;
S2、对原材进行透镜中心定位,并以此规划切割位置;
S3、将原材切割为矩形,且矩形四边位列透镜的四周;
S4、对原材再次进行透镜中心定位,同时测量透镜中心到矩形四边的距离;
S5、将透镜中心到矩形四边的距离数据与预设强度值进行比较并标示,黄色表示在容差之内,红色表示超出容差之外;
S6、根据数据一致性原则,抛掉异常点进行平均值运算,将结果补偿至下一次切割的各个方向上。
2.根据权利要求1所述的切割补偿方法,其特征在于,步骤S2具体为:
S21、抓取低倍下透镜图像,提取大于预设强度值的边缘;
S22、以步骤S21边缘确定的圆为基础,以预设半径进行霍夫变换,确定像素精度的圆心和半径,并转换为高倍下的位置;
S23、抓取高倍下透镜图像,提取大于预设强度值的边缘;
S24、以步骤S23边缘确定的圆为基础,半径±5个像素确定一个环形区域,在该区域内使用基于部分区域效应的方法提取亚像素边缘;
S25、对步骤S24的亚像素边缘使用基于几何距离的Levenberg-Marquardt方法拟合圆,确定亚像素精度的圆心和半径。
3.根据权利要求2所述的切割补偿方法,其特征在于,步骤S21、S23中使用sobel算子提取大于预设强度值的边缘。
4.根据权利要求2所述的切割补偿方法,其特征在于,步骤S3具体为:
S31、根据步骤S24的结果对切割位置进行规划,圆心Y坐标分别加减一个固定的偏移,并切割,最终切出一对平行线,分别在圆心的上面和下面;
S32、透镜随工作台顺时针旋转90度,重复步骤S23-S25,完成第二个方向的定位和切割,最终将原材切割为矩形,矩形四边位列透镜的四周。
5.根据权利要求4所述的切割补偿方法,其特征在于,步骤S4具体为:
S41、根据S22步骤中的像素精度的圆心和半径,重复步骤S23-S25,确定亚像素精度的圆心和半径;
S42、使用OTSU方法计算透镜图像的最佳二值化阈值,并对图像灰度分别进行水平方向和竖直方向的投影,该投影曲线与上述阈值的交点即为矩形四边所在位置。
6.根据权利要求5所述的切割补偿方法,其特征在于,步骤S6中以亚像素圆心作为参考点,计算三倍标准差以标准排出异常点。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 110 000 No. 53 Buyunshan Road, Huanggu District, Shenyang City, Liaoning Province Applicant after: Shenyang Heyan Technology Co.,Ltd. Address before: 110 000 No. 53 Buyunshan Road, Huanggu District, Shenyang City, Liaoning Province Applicant before: SHENYANG HEYAN TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
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