一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统及其拼接方法技术方案

本发明专利技术提供一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统，该系统包括

【技术实现步骤摘要】
一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统及其拼接方法


[0001]本专利技术具体涉及显微图像拼接
，具体为一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统及其拼接方法
。

技术介绍

[0002]半导体芯片是现代信息社会的保障，被广泛应用在生活
、
工业
、
军事
、
航天等方面
。
小到平常使用的手机
、
电视
、
录音机等电子器件，大到航空飞机
、
军事导弹等国之重器，都离不开半导体芯片
。
每一块半导体芯片的制作都离不开半导体模具，半导体模具是半导体芯片制作过程中一种重要的工具
。
因为半导体芯片制作步骤十分复杂，每个步骤都有可能产生缺陷，影响到芯片的性能，因而对半导体模具进行缺陷检测是极为重要的
。
半导体模具在生产过程中受到硬件设备
、
原材料
、
环境和温度等因素影响，导致半导体模具表面产生凹坑
、
划痕
、
桔皮
、
漆泡
、
碰伤
、
腐蚀和皱纹等缺陷
。
这些缺陷不仅仅影响着模具本身的使用寿命和耐久度，而且更为重要的是影响它的使用价值
。
[0003]目前半导体模具表面缺陷检测基本上还是依靠人工目检的方法，即通过显微镜对模具表面缺陷进行检测
。
但由于显微镜视野的限制，很难获得全景图像，只能手动移动模具逐点检测，这种方法的效率较低，精度差，容易出现误检和漏检，并且可能对检测人员的视力造成伤害
。
针对于此考虑图像拼接技术，将所有的半导体模具局部显微图像拼接成一个大视野图像并显示在
PC
端上实现对整个模具表面的观察
。
现有的图像拼接方法通常需要对两幅图像的整个区域或者整个重叠区域进行特征点检测和匹配，这导致了计算量大
、
时间长的问题，此外，由于半导体模具表面图像信息具有高度相似性，这种方法容易出现匹配错误，导致拼接结果出现错乱
。
合适的硬件设备可以极大地提高图像拼接系统的效率
、
准确性和稳定性，同时也有助于降低系统的成本
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统，用于解决工业中对半导体模具表面缺陷检测效率低
、
精度差的问题
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统，其创新点在于：包括
LED
环形光源
、
显微镜和镜头
、CCD
相机
、
载物平台
、
运动控制系统和两轴电动十字滑台；所述
LED
环形光源用于照亮载物平台上的半导体模具；所述显微镜用于放大半导体模具表面的局部图像；所述
CCD
相机和镜头用于拍摄半导体模具局部显微图像，并将其传输到
PC
端电脑上
。
[0006]进一步的，所述运动控制系统包括两轴步进电机控制器和步进电机驱动器，所述两轴步进电机控制器与
PC
端电脑采用
Modbus
‑
RTU
协议，建立上下位机的实时通讯，实现数据的双向传输；所述步进电机驱动器用于接收两轴步进电机控制器的脉冲信号，驱动步进电机转动和改变方向
。
[0007]进一步的，所述两轴电动十字滑台，用于接收步进电机驱动器的驱动信号，带动半
导体模具在平面
X
轴
、Y
轴移动
,
每轴结构为步进电机连接滚珠丝杠安装于直线导轨上组成滑动模组，两轴通过滑块相连；该两轴电动十字滑台带动半导体模具自动化移动方式如下：
[0008]图像拍摄方案：半导体模具放置在两轴电动十字滑台上，基于标线定位于拍摄零点
,
标线为以零点为原心的坐标系；根据
CCD
相机拍摄到的图像中半导体模具形心的位置来判断下一步移动的方向；首先，微调半导体模具在相机中的初始位置，使其左上角呈现在相机中，并设置该位置为机构的零点；然后，从左往右移动载物平台，并拍摄当前位置的半导体模具图像，计算该图像中半导体模具的形心；当模具的形心位于整张图片的左下角或正左边时，平台换向向下移动一步，此时拍摄的图像不做形心计算，然后向右换向移动并计算模具形心，当模具的形心位于整张图片的右下角或正右边时，平台换向向下移动一步，此时拍摄的图像不做形心计算，然后向左换向移动并计算形心，重复这样的移动步骤，直到当模具的形心位于右上角或者左上角时，平台停止移动，并且机构回零，回到初始位置处
。
[0009]进一步的，所述半导体模具形心的计算方法如下：首先，将拍摄到的局部显微图像转化成灰度图像并进行二值化；然后，检测图像中的轮廓，并对每个轮廓进行凸包检测；最后，生成凸包的外接矩形，并计算这个外接矩形的形心，即可得到半导体模具的形心
。
[0010]进一步的，所述
X
轴的步长和
Y
轴的步长分别为
CCD
相机拍摄图像长度的
40
％和宽度的
40
％，以控制相邻局部显微图像的重叠区域大小相同，占整张图像的
40
％，以方便后续图像拼接的稳定
、
准确
、
快速
。
[0011]一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统的拼接方法，其创新点在于，包括以下步骤：
[0012]S1
：采用半导体模具显微图像快速自动拼接装置，按照
S
形顺序获取半导体模具的局部显微图像，将每一张图像以矩阵的形式保存在数组中，并保存每一行的最后一张图像的编号在另一个数组中，此时的图像与下一张图像的拼接方式为上下拼接；
[0013]S2
：通过
SURF
算法检测相邻的图像的特征点，并计算描述子；
[0014]S3
：使用
knnMatch
方法检测相邻图像的
SURF
特征匹配对，当最近距离跟次近距离的比值小于
0.65
时，保留此匹配对；
[0015]S4
：通过求特征点匹配对坐标差值的众数获得相邻两张图像的偏移量；
[0016]S5
：根据相邻两张图像的偏移量列表，计算出每张图像相对于坐标原点的偏移量和最终全景图像的大小；然后依次读取每张图像，并将其放置在相应的位置上；同时，切出相邻图像的重叠区域，使用渐入渐出融合算法进行融合
。
[0017]进一步的，步骤
S2
中采用增长搜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统，其特征在于：包括
LED
环形光源
、
显微镜和镜头
、CCD
相机
、
载物平台
、
运动控制系统和两轴电动十字滑台；所述
LED
环形光源用于照亮载物平台上的半导体模具；所述显微镜用于放大半导体模具表面的局部图像；所述
CCD
相机和镜头用于拍摄半导体模具局部显微图像，并将其传输到
PC
端电脑上
。2.
根据权利要求1所述的一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统，其特征在于：所述运动控制系统包括两轴步进电机控制器和步进电机驱动器，所述两轴步进电机控制器与
PC
端电脑采用
Modbus
‑
RTU
协议，建立上下位机的实时通讯，实现数据的双向传输；所述步进电机驱动器用于接收两轴步进电机控制器的脉冲信号，驱动步进电机转动和改变方向
。3.
根据权利要求1所述的一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统，其特征在于：所述两轴电动十字滑台，用于接收步进电机驱动器的驱动信号，带动半导体模具在平面
X
轴
、Y
轴移动
,
每轴结构为步进电机连接滚珠丝杠安装于直线导轨上组成滑动模组，两轴通过滑块相连；该两轴电动十字滑台带动半导体模具自动化移动方式如下：图像拍摄方案：半导体模具放置在两轴电动十字滑台上，基于标线定位于拍摄零点
,
标线为以零点为原心的坐标系；根据
CCD
相机拍摄到的图像中半导体模具形心的位置来判断下一步移动的方向；首先，微调半导体模具在相机中的初始位置，使其左上角呈现在相机中，并设置该位置为机构的零点；然后，从左往右移动载物平台，并拍摄当前位置的半导体模具图像，计算该图像中半导体模具的形心；当模具的形心位于整张图片的左下角或正左边时，平台换向向下移动一步，此时拍摄的图像不做形心计算，然后向右换向移动并计算模具形心，当模具的形心位于整张图片的右下角或正右边时，平台换向向下移动一步，此时拍摄的图像不做形心计算，然后向左换向移动并计算形心，重复这样的移动步骤，直到当模具的形心位于右上角或者左上角时，平台停止移动，并且机构回零，回到初始位置处
。4.
根据权利要求3所述的一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统，其特征在于：所述半导体模具形心的计算方法如下：首先，将拍摄到的局部显微图像转化成灰度图像并进行二值化；然后，检测图像中的轮廓，并对每个轮廓进行凸包检测；最后，生成凸包的外接矩形，并计算这个外接矩形的形心，即可得到半导体模具的形心
。5.
根据权利要求3所述的一种半导体模具显微图像快速自动拼接系统，其特征在于：所述
X
轴的步长和
Y
轴的步长分别为
CCD
相机拍摄图像长度的
40
％和宽度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤红权，邓光伟，朱志松，陈磊，
申请(专利权)人：南通国尚精密机械有限公司，
类型：发明
国别省市：