机器视觉图像采集装置的制作方法

本实用新型涉及PCB板检测技术领域，具体地，涉及一种机器视觉图像采集装置。

背景技术：

于目前PCB板制造行业中，需要对PCB板质量进行检测，避免出现开路、短路、缺损、残铜以及针孔等常见缺陷。现有技术中，PCB板的质量检测常见方法主要有目测法及设备检测法。其中，目测法虽然无需进行待检测产品图像采集，但由于其主要依靠人力完成待检测产品的质量检测，检测效率低下，难以实现批量化检测，且常受到人力主观因素影响；常见设备检测法主要包括电测法以及机器视觉检测法，电测法只适用于检测开路及短路的缺陷；而视觉检测法通常需要先进行待检测产品的图像采集，再根据采集图像进行分析检测，机器视觉检测法中常用的图像采集设备结构复杂且成本高，不能广泛被中小型PCB板企业所接受。

有鉴于此，有必要提供一种结构简单且成本较低的机器视觉图像采集设备，与后续机器视觉检测设备相配合，实现机器视觉自动检测，以提高PCB板质量检测效率。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单且成本较低的机器视觉图像采集装置，用于配合后续机器视觉检测设备，提高PCB板质量检测效率。

本实用新型公开的一种机器视觉图像采集装置，其包括：

上料工位，包括：支架、Z轴顶升机构及用于承载待检测产品的托板；Z轴顶升机构沿Z轴设于支架上；托板垂直设于Z轴顶升机构，Z轴顶升机构驱动托板沿Z轴运动；

正面采集工位，包括：第一固定架、第一相机及第一光源组件；第一光源组件包括：用以散光及聚光的第一外框架及设于第一外框架内的第一发光体；第一外框架设于第一固定架，其顶部设有第一透光孔，底部设有第二透光孔；托板位于第二透光孔下方，第二透光孔的尺寸不小于待检测产品的尺寸；第一相机设于第一固定架且位于第一透光孔正上方；以及

背面采集工位，包括：第二固定架、第二相机及第二光源组件；第二光源组件包括：用以散光及聚光的第二外框架及设于第二外框架内的第二发光体；第二外框架设于第二固定架，其顶部设有第三透光孔，底部设有第四透光孔；第三透光孔的尺寸不小于待检测产品的尺寸；第二相机设于第二固定架且位于第四透光孔正下方。

根据本实用新型的一实施方式，上料工位还包括：位于托板与正面采集工位之间的定位机构；

定位机构包括：第一定位板以及第二定位板；

第一定位板垂直固定于托板上；

第二定位板垂直固定于托板，并与第一定位板垂直；

第一定位板、第二定位板及托板之间形成一用以放置待检测产品的容置空间；容置空间位于第一外框架下方。

根据本实用新型的一实施方式，上料工位还包括：两个产品支撑块；两个产品支撑块相对活动设置于托板上。

根据本实用新型的一实施方式，第一外框架的顶部横截面面积小于第一外框架的底部横截面面积；第二外框架的顶部横截面面积大于第二外框架的底部横截面面积。

根据本实用新型的一实施方式，第一外框架的横剖面为方形，第一外框架的纵剖面为等腰梯形；第二外框架的横剖面为方形，第二外框架的纵剖面为等腰梯形。

根据本实用新型的一实施方式，第一外框架的横剖面为圆形，第一外框架的纵剖面为等腰梯形；第二外框架的横剖面为圆形，第二外框架的纵剖面为等腰梯形。

根据本实用新型的一实施方式，Z轴顶升机构包括：伺服电机以及沿Z轴轴接于伺服电机输出轴上的丝杆；伺服电机设于支架的底部，托板垂直设于丝杆上。

根据本实用新型的一实施方式，上料工位还包括：光电传感器及对射光纤；光电传感器设于支架顶部，对射光纤设于第一定位板顶部。

根据本实用新型的一实施方式，上料工位还包括：沟槽光电传感器；沟槽光电传感器设于支架的其中一侧。

本实用新型公开的机器视觉图像采集装置中，上料工位实现自动上料，正面采集工位通过相机拍摄位于上料工位中的待检测产品的正面部位，完成待检测产品的正面图像采集后，待检测产品人工或通过自动化设备如安装有吸盘的旋转装置输送到背面采集工位，背面采集工位通过相机拍摄待检测产品的背面部位，完成待检测产品的背面图像采集，采集的正面图像及背面图像传送至后续机器视觉检测设备中，进行待检测产品质量分析及检测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为实施例中机器视觉图像采集装置的立体示意图；

图2为实施例中上料工位的立体结构视图；

图3为实施例中上料工位的俯视结构图；

图4为实施例中的上料工位及正面采集工位的立体结构图；

图5为实施例中背面采集工位的立体结构图。

附图标记说明：

1、上料工位；2、正面采集工位；3、背面采集工位；4、待检测产品；5、安装有吸盘的旋转装置；11、支架；12、Z轴顶升机构；121、伺服电机；122、丝杆；13、托板；14、定位机构；141、第一定位板；142、第二定位板；143、容置空间；15、产品支撑块；16、光电传感器；17、对射光纤；18、固定板；19、沟槽光电传感器；21、第一固定架；22、第一相机；23、第一光源组件；231、第一外框架；232、第一透光孔；233、第二透光孔；234、第一外框架的横剖面；235、第一外框架的纵剖面；31、第二固定架；32、第二相机；33、第二光源组件；331、第二外框架；332、第三透光孔；333、第四透光孔；334、第二外框架的横剖面；335、第二外框架的纵剖面。

具体实施方式

以下将以图式揭露本实用新型的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本实用新型。也就是说，在本实用新型的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本实用新型，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型为有关于一种机器视觉图像采集装置的相关设计。第一方面，本实用新型的机器视觉图像采集装置非常适用于待检测PCB板在进行检测前的图像采集过程中，以便与后续机器视觉检测设备配合，实现待检测产品批量化质量检测；第二方面，本实用新型的机器视觉图像采集装置也适用于其他类似于PCB板需要进行图像采集及检测的设备中。另外，本实用新型提供的机器视觉图像采集装置的实施方式可以与外部其他机构或工位比如安装有吸盘的旋转装置及机器视觉检测设备相结合，使得本实用新型提供的机器视觉图像采集装置与安装有吸盘的旋转装置及机器视觉检测设备结合成一PCB板检测生产线，以下将以具体的实施方式进一步详细说明本实用新型及其所带来的好处。

本实施例提供一种机器视觉图像采集装置，请参考图1所示，为机器视觉图像采集装置的立体结构示意图。机器视觉图像采集装置包括：上料工位1、正面采集工位2及背面采集工位3，上料工位1用于堆叠放置待检测产品4如PCB板，并带动待检测产品4沿着Z轴进行上下移动，正面采集工位2安装于上料工位1的上方，用于采集上料工位1中堆叠的各待检测产品4的正面图像，完成正面图像采集的待检测产品4被输送至背面采集工位3，背面采集工位3用于采集待检测产品4的背面图像，而完成正面图像及背面图像的采集后，采集到的图像被传送至后续机器视觉检测设备，进行图像分析，完成待检测产品4的质量分析与检测。

继续参考图1、图2及图3，图2为上料工位1的立体结构示意图，图3为上料工位1的俯视结构图。上料工位1包括：支架11、Z轴顶升机构12及托板13；Z轴顶升机构12沿Z轴固定设置于支架11上；托板13用以承载待检测产品4，托板13垂直设于Z轴顶升机构12，Z轴顶升机构12驱动托板13沿Z轴运动。为了对堆叠入托板13上的待检测产品4进行限位，防止待检测产品4从托板13上掉落，如图1及2，一优选例中，上料工位1还包括：位于托板13与正面采集工位2之间的定位机构14；定位机构14包括：第一定位板141以及第二定位板142；第一定位板141垂直固定于托板13上；第二定位板142垂直固定于托板13，并与第一定位板141垂直；第一定位板141、第二定位板142及托板13之间形成一用以放置待检测产品4的容置空间143；容置空间143位于正面采集工位2正下方。为了根据待检测产品4尺寸对待检测产品4进行适应性支撑，实现各尺寸待检测产品4的兼容，如图1及2，另一优选例中，上料工位1还包括：两个产品支撑块15；两个产品支撑块15相对活动设置于托板13上。两个产品支撑块15均呈长方体状，二者放置于托板13上，采用两个产品支撑块15，可兼容50-300mm的板状产品。其中，如图1及2，Z轴顶升机构12包括：伺服电机121以及沿Z轴轴接于伺服电机121输出轴上的丝杆122；伺服电机121设于支架11的底部，托板13垂直设于丝杆122上。伺服电机121连接外接电源开始转动，丝杆122将伺服电机121的旋转运动转化为直线运动，带动托板13沿着Z轴上下移动，堆叠在托板13上的待检测产品4同步沿着Z轴上下移动，当待检测产品4向上移动至正面检测工位下方合适距离，正面检测工位对位于最表层的待检测产品4的正面进行图像采集，上料工位1采用1伺服电机121驱动丝杆122的运动方式，可将放置在托板13上的板类物件精确移送到设定的高度，承载能力可达100kg，重复定位精度高，响应快速灵敏。进一步地，如图2，上料工位1还包括：光电传感器16及对射光纤17；光电传感器16设于支架11顶部，对射光纤17设于第一定位板141顶部，具体地，对射光纤17通过固定板18设置于第一定位板141的顶部。光电传感器16及对射光纤17用于检测待检测产品4是否堆叠至预设的合适数量，当待检测产品4堆叠到预设的合适数量，光电传感器16与对射光纤17之间的传感信号被待检测产品4遮挡。另外，继续参阅图3，上料工位1还包括：沟槽光电传感器19；沟槽光电传感器19设于支架11的其中一侧，沟槽光电传感器19用于实时记录待检测产品4沿着Z轴向上或向下移动的实时距离。

如图1及4所示，图4为上料工位1与正面采集工位2的立体结构图。正面采集工位2安装于上料工位1的上方，用于采集上料工位1中堆叠的各待检测产品4的正面图像，完成正面图像采集的待检测产品4被输送至背面采集工位3。

正面采集工位2，包括：第一固定架21、第一相机22及第一光源组件23；第一光源组件23包括：用以散光及聚光的第一外框架231及设于第一外框架231内的第一发光体；第一外框架231设于第一固定架21，其顶部设有第一透光孔232，底部设有第二透光孔233；托板13位于第二透光孔233下方，第二透光孔233的尺寸不小于待检测产品4的尺寸；第一相机22设于第一固定架21且位于第一透光孔232正上方。其中，第一发光体可以为LED灯，第一相机22优选为CCD相机，第一透光孔232的俯视投影优选位于第二透光孔233的中心位置。如此，进行待检测产品4的正面图像采集时，待检测产品4堆叠于托板13上，且位于第二透光孔233的正中间位置，当第一发光体发光，光线经过第一外框架231向待检测产品4均匀发散，照射于位于最表层的待检测产品4的正面，后光线通过待检测产品4的表面反射回第一外框架231内，反射的光线经第一外框架231均匀聚拢于位于第一外框架231顶部的第一相机22，第一相机22不仅可以将待检测产品4与背景明显分别，还能获得高品质、高对比度的图像。优选地，第一外框架231的顶部横截面面积小于第一外框架231的底部横截面面积；如更加优选地，第一外框架231的横剖面234为方形，第一外框架231的纵剖面235为等腰梯形；或，第一外框架231的横剖面234为圆形，第一外框架231的纵剖面235为等腰梯形。其中，第一外框架231的横剖面234是指沿着XY所在平面对第一外框架231作剖视图所得到的截面，第一外框架231的纵剖面235是指沿着垂直XY所在平面对第一外框架231作剖视图所得到的截面。

如图5所示，为背面采集工位3的立体结构示意图。背面采集工位3用于采集待检测产品4的背面图像，而完成正面图像及背面图像的采集后，采集到的图像被传送至后续机器视觉检测设备，后续机器视觉检测设备进行图像分析，完成待检测产品4的质量分析与检测。背面采集工位3，包括：第二固定架31、第二相机32及第二光源组件33；第二光源组件33包括：用以散光及聚光的第二外框架331及设于第二外框架331内的第二发光体；第二外框架331设于第二固定架31，其顶部设有第三透光孔332，底部设有第四透光孔333；第三透光孔332的尺寸不小于待检测产品4的尺寸；第二相机32设于第二固定架31且位于第四透光孔333正下方。其中，第二发光体可以为LED灯，第二相机32优选为CCD相机，第四透光孔333的仰视投影优选位于第三透光孔332的中心位置。如此，进行待检测产品4的背面图像采集时，待检测产品4位于背面检测工位的正上方，且位于第三透光孔332的正中间位置，当第二发光体发光，光线经过第二外框架331向待检测产品4均匀发散，照射于位于第二外框架331正上方的待检测产品4的正面，后光线通过待检测产品4的表面反射回第二外框架331内，反射的光线经第二外框架331均匀聚拢于位于第二外框架331底部的第二相机32，第二相机32不仅可以将待检测产品4与背景明显分别，还能获得高品质、高对比度的图像。优选地，第二外框架331的顶部横截面面积大于第二外框架331的底部横截面面积；如更加优选地，第二外框架的横剖面334为方形，第二外框架的纵剖面335为等腰梯形；或，第二外框架的横剖面334为圆形，第二外框架的纵剖面335为等腰梯形。其中，第二外框架331的横剖面334是指沿着XY所在平面对第二外框架331作剖视图所得到的截面，第二外框架331的纵剖面335是指沿着垂直XY所在平面对第二外框架331作剖视图所得到的截面。

本实施例中，机器视觉图像采集装置的具体运作方式如下：Z轴顶升机构12驱动托板13沿着Z轴向下移动至下限位置，人工或通过自动化设备将待检测产品4放置于托板13、第一定位板141及第二定位板142形成的容置空间143内，当待检测产品4沿着Z轴由上至下依次堆叠至预设数量，Z轴顶升机构12驱动托板13沿Z轴上移，通过人工或安装有吸盘的转盘吸取顶层待检测产品4，正面采集工位2开始进行正面图像采集，Z轴顶升机构12沿Z轴下移。

正面采集工位2开始工作，第一发光体发光，光线通过第一外框架231均匀发散，透过第二透光孔233照射在位于托板13最表层的待检测产品4的正面，光线再通过待检测产品4反射，由第一外框架231逐渐聚拢至位于第一透光孔232正上方的第一相机22，第一相机22拍摄正面图像，待检测产品4完成正面图像采集后，Z轴顶升机构12驱动托板13沿着Z轴下移，通过人工或安装有吸盘的转盘吸取待检测产品4，将待检测产品4移至背面采集工位3。随后，位于表面层待检测产品4之下的另一待检测产品4在Z轴顶升机构12的驱动下，随着托板13沿着Z轴向上移动，当光电传感器16与对射光纤17之间的传感信号被阻挡，表明位于表面层待检测产品4之下的另一待检测产品4移动至距离正面采集工位2下方的合适位置，正面采集工位2重复前述正面图像采集动作。完成正面图像采集的待检测产品4被移动至背面采集工位3后，第二发光体发光，光线通过第二外框架331均匀发散，透过第三透光孔332照射在位于第二外框架331顶部的待检测产品4的背面，光线再通过待检测产品4反射，由第二外框架331逐渐聚拢至位于第四透光孔333正下方的第二相机32，第二相机32拍摄背面图像，完成待检测产品4的背面图像采集。如此重复进行正面图像采集及背面图像采集，采集的图像传输至后续机器视觉检测设备，进行图像分析及检测。

综上，本实用新型公开的机器视觉图像采集装置中，上料工位1实现自动上料，正面采集工位2通过相机拍摄位于上料工位1中的待检测产品4的正面部位，完成待检测产品4的正面图像采集后，待检测产品4人工或通过自动化设备如安装有吸盘的旋转装置5输送到背面采集工位3，背面采集工位3通过相机拍摄待检测产品4的背面部位，完成待检测产品4的背面图像采集，采集的正面图像及背面图像传送至后续机器视觉检测设备中，进行待检测产品4质量分析及检测，机器视觉图像采集装置结构简单且制作成本低，还能与后续机器视觉检测设备配合，实现待检测产品4质量的批量化检测，提高检测效率。

上所述仅为本实用新型的实施方式而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本实用新型的权利要求范围之内。