專利名稱：寶石晶體缺陷自動檢測系統及其方法
技術領域：
本發明涉及寶石晶體缺陷自動檢測系統及其方法，屬于晶體檢測技術領域。
背景技術：
目前針對LED級藍寶石的表征主要有OHT (光學均勻性技術)檢測法和EPD (腐蝕坑密度)檢測法。其中OHT檢測的步驟包括利用高強度光檢測材料裂紋、氣泡和雜質以及再通過偏振光檢測晶格缺陷和小角度晶界，利用該方法可以精確的對藍寶石進行等級的劃分，最大限度的降低因晶體缺陷而造成的芯片報廢情況，該種方法的主要好處的在晶棒進行切片、拋光之前就進行檢測，從而及時的踢出有缺陷的晶棒，并且該方法簡單易學、對產品的利用率高。另一種用得比較廣泛也是比較成熟的檢測方法是EPD (腐蝕坑密度)檢測法，EH)分析法是一種破壞性的檢測方法，通過這種檢測方法可以在一定程度上了解晶體結構和晶體表面質量，通過Ero分析法可以獲得晶片經過化學蝕刻后表面的坑數。這種檢測方法會檢測單位面積內的Ero數。其中Ero法的缺陷是顯而易見的，就是該方法是一種破壞性的檢測方法，并且是在藍寶石襯底結果切片、拋光過后進行的一種檢測方法，這樣就造成加工成本的提高和材料的浪費。相比之下，OHT檢測法更優于Ero分析法。但是，盡管這樣，OHT檢測法還是有其局限性和可以進一步的改進之處。利用OHT法對氣泡，煙霧，裂紋以及雜質缺陷的檢測上還基本沒有出現過太大的質量問題，并且生產效率也還不是太低下，但是在利用偏振光檢測晶格質量缺陷方面就顯得相對困難，沒有經過長期的訓練的人員一般不容易發現缺陷，并且所使用折射率匹配液涂抹在晶棒上完全暴露在空氣中，使得整個檢測環境很不樂觀，最主要的問題是雖檢測到晶棒有晶格缺陷，也不能準確的判斷出缺陷的具體位置，這就給進一步的加工帶來了困難，從而造成材料上的浪費。另外一點就是晶棒在滾圓之前和之后都得檢測，這樣就大大增加的工作強度，造成效率低下，同時現有的檢測環境惡劣，員工和有害物質會直接接觸，達不到環保安全的生產。
發明內容
本發明的目的在于提供寶石晶體缺陷自動檢測系統及其方法，能解決目前晶體檢測中效率低、工作量大、人力資源浪費、檢測環境惡劣的問題。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:寶石晶體缺陷自動檢測系統，它包括注液平臺、檢測平臺、清洗平臺、第一注液裝置、高度檢測裝置、圖像采集裝置、光學成像裝置、第二注液裝置、機械手、上玻片及其固定裝置、自動擦洗裝置、控制中心以及處理計算機，其中，第一注液裝置和上玻片及其固定裝置安裝在注液平臺上，高度檢測裝置、圖像采集裝置和光學成像裝置安裝在檢測平臺，第二注液裝置和自動擦洗裝置安裝在清洗平臺上，第一注液裝置、高度檢測裝置、圖像采集裝置、光學成像裝置、第二注液裝置、機械手、上玻片及其固定裝置、自動擦洗裝置以及處理計算機的控制信號端通過控制線和控制中心分別相連，圖像采集裝置的數據輸出端與處理計算機的數據輸入端相連，檢測平臺上設置有清洗寶石晶棒的毛刷。所述的光學成像裝置由安裝在檢測平臺上依次安裝的光源發生器、起偏器、檢偏器、透鏡以及C⑶傳感器。它還包括一個罩住注液平臺、檢測平臺和清洗平臺的抽風裝置。寶石晶體缺陷自動檢測其方法，它包括以下步驟:(I)、將寶石晶棒放置到注液平臺上安裝牢固；(2)、第一注液裝置進行第一次注液，將折射率匹配液以點滴的方式涂抹在寶石晶棒兩端，增加寶石晶棒的光透射率；(3)、待注液完成后，機械手開始工作，將寶石晶棒搬運到檢測平臺；(4)、高度檢測裝置開始對寶石晶棒的高度進行檢測，并將數據傳遞給控制中心與寶石晶棒的預設高度想對比計算處理；(5)、第一注液裝置根據檢測高度作調整，運動到預設高度，然后進行第二次注液；(6)、上玻片固定裝置根據檢測高度進行運動，使上玻片吸附在寶石晶棒的上端面并蓋住寶石晶棒；(7)、打開光學成像裝置和圖像采集裝置，光學成像裝置和圖像采集裝置根據高度進行位置調整并進行寶石晶棒的表征數據的采集，然后將表征數據輸送給處理計算機；(8)、處理計算機根據所采集的數據進行分析計算，得出并顯示報表；(9)、第一注液裝置、上玻片、光學成像裝置以及圖像采集裝置復位；(10)、機械手進行第二次工作，將寶石晶棒搬移到清洗平臺；(11)、清洗平臺上的清洗毛刷根據高度進行位置調整；(12)、第二注液裝置開始工作，將除液劑注入毛刷并濕潤毛刷；(13)、毛刷旋轉，自動擦洗裝置擦除寶石晶棒兩端殘留折射率匹配液；(13)、毛刷復位；(15)、機械手進行第三次工作，將寶石晶棒移出；(16)、機械手復位，完成一次檢測。所述的折射率匹配液為二碘甲烷。本發明的有益效果在于:利用CCD圖像傳感器進行圖像數據的采集，再利用計算機技術對所采集的圖像進行分析計算，從而判斷晶棒的好壞以及缺陷的類型、位置并做出相應的標記，解決了目前晶體檢測中效率低、工作量大、人力資源浪費、檢測環境惡劣的問題，改善了檢測環境，提高了檢測系統的自動化和智能化性能，實現了從手動到自動檢測的跨越，并具有易操作、生產和使用成本低廉的特點。
圖1為本發明的系統原理框圖；圖2為本發明光學成像裝置的結構示意圖。其中，1-光源發生器，2-起偏器，3-檢偏器，4-透鏡，5-CCD傳感器，6_待檢測的寶
石晶棒。
具體實施例方式下面結合附圖進一步描述本發明的技術方案，但要求保護的范圍并不局限于所述。如圖1，寶石晶體缺陷自動檢測系統，它包括注液平臺、檢測平臺、清洗平臺、第一注液裝置、高度檢測裝置、圖像采集裝置、光學成像裝置、第二注液裝置、機械手、上玻片及其固定裝置、自動擦洗裝置、控制中心以及處理計算機，其中，第一注液裝置和上玻片及其固定裝置安裝在注液平臺上，高度檢測裝置、圖像采集裝置和光學成像裝置安裝在檢測平臺，第二注液裝置和自動擦洗裝置安裝在清洗平臺上，第一注液裝置、高度檢測裝置、圖像采集裝置、光學成像裝置、第二注液裝置、機械手、上玻片及其固定裝置、自動擦洗裝置以及處理計算機的控制信號端通過控制線和控制中心分別相連，圖像采集裝置的數據輸出端與處理計算機的數據輸入端相連，檢測平臺上設置有清洗寶石晶棒的毛刷。如圖2，所述的光學成像裝置由安裝在檢測平臺上依次安裝的光源發生器1、起偏器2、檢偏器3、透鏡4以及CXD傳感器5，待檢測的寶石晶棒6放在起偏器2和檢偏器3，光源發生器1、起偏器2、檢偏器3以及透鏡4形成一個完整的光路，調整光源發生器1、起偏器
2、檢偏器3以及透鏡4的距離可以讓更多的寶石晶棒6圖像信息傳遞到CXD傳感器5中。它還包括一個罩住注液平臺、檢測平臺和清洗平臺的抽風裝置，采用的全封閉的檢測系統，安裝了良好的抽風裝置，使折射率匹配液不至于擴散到空氣中造成對人體的傷害，實現了安全生產的目的。寶石晶體缺陷自動檢測其方法，它包括以下步驟:(I)、將寶石晶棒放置到注液平臺上安裝牢固；(2)、第一注液裝置進行第一次注液，將折射率匹配液以點滴的方式涂抹在寶石晶棒兩端，增加寶石晶棒的光透射率，采用的是點滴的方法涂抹折射率匹配液，能更好的控制涂抹量，降低了使用匹配液和除液劑的用量，減少了生產成本；(3)、待注液完成后，機械手開始工作，將寶石晶棒搬運到檢測平臺；(4)、高度檢測裝置上的傳感器開始對寶石晶棒的高度進行檢測，并將數據傳遞給控制中心與寶石晶棒的預設高度想對比計算處理；(5)、第一注液裝置根據檢測高度作調整，運動到預設高度，然后進行第二次注液；(6)、上玻片固定裝置根據檢測高度進行運動，使上玻片吸附在寶石晶棒的上端面并蓋住寶石晶棒；(7)、打開光學成像裝置和圖像采集裝置，光學成像裝置和圖像采集裝置根據高度進行位置調整并進行寶石晶棒的表征數據的采集，然后將表征數據輸送給處理計算機；(8)、處理計算機根據所采集的數據進行分析計算，得出并顯示報表；(9)、第一注液裝置、上玻片、光學成像裝置以及圖像采集裝置復位；(10)、機械手進行第二次工作，將寶石晶棒搬移到清洗平臺；(11)、清洗平臺上的清洗毛刷根據高度進行位置調整；(12)、第二注液裝置開始工作，將除液劑注入毛刷并濕潤毛刷，除液劑為酒精或別的能擦洗掉折射率匹配液的液體；(13)、毛刷旋轉，自動擦洗裝置擦除寶石晶棒兩端殘留折射率匹配液；
(13)、毛刷復位；(15)、機械手進行第三次工作，將寶石晶棒移出；(16)、機械手復位，完成一次檢測。以上每一步都是在控制器的指揮下完成的，因此控制器必須穩定可靠，目前可以進行選擇的方案有單片機、FPGA, PLC0所述的折射率匹配液為二碘甲烷。控制中心時序的好壞直接影響到整個系統的正常工作和生產效率，好的時序可以使整個系統工作更緊密(時間更短)、穩定性更高(出故障幾率少)。這部分中主要靠可靠的控制芯片和好的程序設計來進行解決，其中FPGA作為分立邏輯門器件的替代品在通信、工業控制、數據存儲、航空航天、圖像處理、醫療等方面得到了廣泛的應用，選用該器件作為本項目的控制器是一種不錯的選擇。圖像采集裝置也是整個項目的核心，圖像采集的好壞直接影響到數據的準確性和可靠性，該部分還牽涉到所使用采集裝置的驅動和通信問題，只有良好的驅動系統和暢通的通信才能保證數據能及時有效的進行傳輸和處理。根據目前工業上用的較多也是較成熟的可以選用CXD圖像傳感器作為采集裝置。本發明采用了全自動化的檢測方案，對檢驗人員的要求不高，能在短時間的培訓后就能上崗工作，同時采用了計算機處理的方法，將目前需要進行兩次檢測(滾圓之前和滾圓之后)減少到一次(滾圓前)，提高了生產效率，對缺陷位置進行準確定位，避免了盲目的切割造成的材料的浪費和生產工序的增加。
權利要求
1.寶石晶體缺陷自動檢測系統，其特征在于:它包括注液平臺、檢測平臺、清洗平臺、第一注液裝置、高度檢測裝置、圖像采集裝置、光學成像裝置、第二注液裝置、機械手、上玻片及其固定裝置、自動擦洗裝置、控制中心以及處理計算機，其中，第一注液裝置和上玻片及其固定裝置安裝在注液平臺上，高度檢測裝置、圖像采集裝置和光學成像裝置安裝在檢測平臺，第二注液裝置和自動擦洗裝置安裝在清洗平臺上，第一注液裝置、高度檢測裝置、圖像采集裝置、光學成像裝置、第二注液裝置、機械手、上玻片及其固定裝置、自動擦洗裝置以及處理計算機的控制信號端通過控制線和控制中心分別相連，圖像采集裝置的數據輸出端與處理計算機的數據輸入端相連，檢測平臺上設置有清洗寶石晶棒的毛刷。
2.根據權利要求1所述的寶石晶體缺陷自動檢測系統，其特征在于:所述的光學成像裝置由安裝在檢測平臺上依次安裝的光源發生器、起偏器、檢偏器、透鏡以及CCD傳感器。
3.根據權利要求1所述的寶石晶體缺陷自動檢測系統，其特征在于:它還包括一個罩住注液平臺、檢測平臺和清洗平臺的抽風裝置。
4.寶石晶體缺陷自動檢測其方法，其特征在于:它包括以下步驟: (1)、將寶石晶棒放置到注液平臺上安裝牢固； (2)、第一注液裝置進行第一次注液，將折射率匹配液以點滴的方式涂抹在寶石晶棒兩端，增加寶石晶棒的光透射率； (3)、待注液完成后，機械手開始工作，將寶石晶棒搬運到檢測平臺； (4)、高度檢測裝置開始對寶石晶棒的高度進行檢測，并將數據傳遞給控制中心與寶石晶棒的預設高度想對比計算處理； (5)、第一注液裝置根據檢測高度作調整，運動到預設高度，然后進行第二次注液； (6)、上玻片固定裝置根據檢測高度進行運動，使上玻片吸附在寶石晶棒的上端面并蓋住寶石晶棒； (7)、打開光學成像裝置和圖像采集裝置，光學成像裝置和圖像采集裝置根據高度進行位置調整并進行寶石晶棒的表征數據的采集，然后將表征數據輸送給處理計算機； (8)、處理計算機根據所采集的數據進行分析計算，得出并顯示報表； (9)、第一注液裝置、上玻片、光學成像裝置以及圖像采集裝置復位； (10)、機械手進行第二次工作，將寶石晶棒搬移到清洗平臺； (11)、清洗平臺上的清洗毛刷根據高度進行位置調整； (12)、第二注液裝置開始工作，將除液劑注入毛刷并濕潤毛刷； (13)、毛刷旋轉，自動擦洗裝置擦除寶石晶棒兩端殘留折射率匹配液； (13)、毛刷復位； (15)、機械手進行第三次工作，將寶石晶棒移出； (16)、機械手復位，完成一次檢測。
5.根據權利要求1所述的寶石晶體缺陷自動檢測其方法，其特征在于:所述的折射率匹配液為二碘甲烷。
全文摘要
本發明公開了寶石晶體缺陷自動檢測系統及其方法，它包括注液平臺、檢測平臺、清洗平臺、第一注液裝置、高度檢測裝置、圖像采集裝置、光學成像裝置、第二注液裝置、機械手、上玻片及其固定裝置、自動擦洗裝置、控制中心以及處理計算機。本發明的有益效果是利用CCD圖像傳感器進行圖像數據的采集，再利用計算機技術對所采集的圖像進行分析計算，從而判斷晶棒的好壞以及缺陷的類型、位置并做出相應的標記，解決了目前晶體檢測中效率低、工作量大、人力資源浪費、檢測環境惡劣的問題，改善了檢測環境，提高了檢測系統的自動化和智能化性能，實現了從手動到自動檢測的跨越，并具有易操作、生產和使用成本低廉的特點。
文檔編號G01N21/88GK103196920SQ201310101990
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者季泳, 劉小宇 申請人:貴州藍科睿思技術研發中心