既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开一种既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，包括一工作台，在工作台上有四根立柱，左右两侧的立柱上分别安装一纵梁，两纵梁上滑设一横梁，横梁上滑设一相机固定板，相机支架和光栅架固定在相机固定板上，光栅组件对所述物体表面进行全方位扫描，相机为黑白相机，对物体进行拍照；相机、三色光源和光栅组件均与计算机相连。本实用新型由于采用黑白相机，可提供更快的拍照速度，并且通过黑白图像合成出真实的彩色图像，从而获得更多的数据量，提高了检测精度。利用光栅组件，采用N步相移法测量三维数据，简单易操作，多个光栅安装在一个相机周围，可以分别按照特定顺序进行拍摄，利于N步测量法的实现。
【专利说明】既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及SMT (表面贴装技术)行业自动检测技术，具体涉及了该领域中关于锡膏、焊盘、丝印、红胶等的二维或三维的测量装置。
【背景技术】
[0002]在SMT(表面贴装技术)行业，锡膏、焊盘、丝印、红胶等的质量直接决定着PCB板的好坏，锡膏、焊盘、丝印、红胶等的有关参数是衡量板子可靠性的一个重要指标。
[0003]目前常见的关于此类物体的检测有三维测量方法和二维测量方法。三维测量方法主要分为接触式和非接触式两大类。
[0004]对于接触式测量来说，采用类似三坐标测量机这样的设备，使用探针接触测量物体表面来进行物体形状测量，该方法的缺点显而易见，速度慢，且对类似锡膏这样的柔性物体无效。而对于非接触式测量，由于测量速度快，并且不接触测量对象，所以具有明显优势，目前主要基于三大类技术:双目视觉、激光扫描和基于正弦条纹投影的N步相移法。其中，双目视觉设备成本较高，且整个系统结构和标定都极为复杂，所以在工业检测领域很少采用；激光扫描法，采用的测量原理跟正弦条纹投影是一样的，不同之处在于，前者采用单条激光进行测量，每次只能测量一条光线上的物点，总体速度要慢于正弦条纹投影。所以，目前业界普遍采用的还是基于正弦条纹的N步相移法进行三维物体测量。但是在这种方法中使用的实现装置，容易出现条纹堆积以及反光、阴影等光学问题，给测量带来负面影响，致使测量结果不准确。
[0005]物体的二维测量，是指通过二维图像处理技术，获得物体的二维轮廓。二维测量方法目前常见的是AOI自动检测法，它往往都采用彩色相机来还原检测PCB板各个部分的真实色彩，并通过不同的色彩来区分不同的检测目标。这种方法主要有两个弊端:1、由于技术自身限制，同等像素的彩色相机，在最终成像时，所能够携带的信息量只有黑白相机成像的I / 3 ;2、由于需要进行滤波、插值等复杂计算，彩色相机的成像速度通常要明显慢于黑白相机。
【发明内容】
[0006]因此，针对SMT领域中存在的物体检测精度和速度的问题，本实用新型提供一种用于实现N步相移法的三维测量装置和用于实现黑白相机图像合成技术的二维测量装置，以获得物体的面积、中心、高度、形状、体积等参数，从而确定印刷板是否合格。
[0007]为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案:一种既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，其特征在于:包括一工作台，在工作台底座中心设置一载物台，同时在载物台上方安装一三原色光源，三原色光源对载物台上的物体进行全方位照射；在工作台上有四根立柱，左右两侧的立柱上分别安装一纵梁，两纵梁上滑设一横梁，横梁上滑设一相机固定板，相机支架和光栅架可变换位置地固定在相机固定板上，相机支架上固定有相机，光栅架上固定有光栅组件，所述光栅组件对所述物体表面进行全方位扫描，所述相机为黑白相机，对所述物体进行拍照；所述相机、三色光源和光栅组件均与计算机相连。
[0008]所述三原色光源为一环形装置，光源为红、绿、蓝三种单色光源的组合，这三种单色光源按红、绿、蓝、红、绿、蓝…在环形支架上循环交替式分布。
[0009]所述相机有一台；所述光栅组件设置有多组，且是围绕所述物体周围均布。
[0010]所述相机固定板上纵向设置有两排螺栓孔，两排螺栓孔通过螺栓固定所述相机支架和光栅架，通过改变螺栓孔的固定位置，调整相机支架和光栅架的高度。或者，所述相机固定板上纵向设置有滑轨，所述相机支架和光栅架，滑设于所述滑轨上，并且通过马达驱动连接。
[0011]所述光栅组件，包括了一滑动设置在光栅架上的光栅安装板，光栅安装板上固定有光栅片，所述光栅片覆盖于镜头孔之上，在所述镜头孔以下部分安装一光栅投影镜头；所述光栅组件还包括了光栅保护罩，罩设在所述光栅片上，在所述光栅保护罩的中心有一个光源孔，在光源孔的顶部设置有平行光源。
[0012]所述光栅安装板滑动设置在光栅架上的方式是:在光栅架上设置两条滑轨，光栅安装板安装在滑轨上，由电机驱动。
[0013]本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、采用黑白相机，提供更快的拍照速度，从而提高整个检测的速度；并且通过三幅黑白图像合成出真实的彩色图像，从而获得更多的数据量，提高检测的精度。2、利用光栅组件，采用N步相移法测量三维数据，结构简单易操作，多个光栅安装在一个相机周围，可以同时拍摄，利于N步测量法的实现。
3、横梁，纵梁结构可能任意定位拍摄物体位 置。载物台上可放置不同大小的PCB物体。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是测量装置立体图。
[0015]图2是包括相机、光栅、光源三部分的示意图。
[0016]图3是光栅组件的局部拆解图。
[0017]图4是光栅组件的局部结构剖视图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0019]在介绍本装置之前，先简单介绍一下N步相移法(也叫做PMP算法)的原理和三原色成像原理。
[0020]N步相移法的原理:
[0021]当正弦光栅被投影到三维漫反射物体表面时，会在物体表面形成变形条纹像，由于光栅投影后，在物体上获得的条纹是一个正弦条纹，也就是说，沿着垂直于条纹的方向，光强成正弦分布，所谓的条纹周期，就是沿着条纹垂直方向，光强从最亮到下一次最亮的距离。所谓N步相移，就是投影光栅每横向移动(即与条纹垂直方向)一步，就产生一条变形条纹像，连续移动K帧就获得K条变形条纹像，从而可以求得该点的位相分布。
[0022]当得知了某一物点在参考平面的初始位相(KU，y)和具有一定高度后的变形位相<K(X，y)后，用/ (2 31)就可计算得到该物点的平面距离变化。由于我们获得的条纹像是正弦条纹，也就是说，位相变化一个周期，引起的平面距离变化为2^1，所以实际的平面距离变化公式是48=[(^0^，7)-(^0^，7)]吨/ (2π)，其中p为投影得到的条纹周期，也是系统常量，在结构装配完成后标定即可获得。在知道了平面距离变化AB之后，再利用三角测量法就可以进一步求得物点的高度了。综合每一个物点的高度数据，就可以进一步获得物点的面积、中心、高度、体积、形状等三维数据。
[0023]因此，对于N步相移法，其关键就是建立一正弦光栅，投影到物体表面。
[0024]三原色成像原理:
[0025]三原色，即红、绿、蓝三色。三原色有它的特性，即按照特定比例混合这三种色彩光，即可以获得白色光，而反之白光也可以被分光镜拆分获得按比例的红、绿、蓝三色光。基于这种光学原理，我们就可以把物体的黑白图像，视为是由红、绿、蓝三色光单色图像组合而成的图像。因此我们就可以用黑白相机分别捕捉三色光源照射同一物体时的黑白图像，得到的三张黑白图像，然后利用图像合成算法，对三幅图像中每个点的亮度值进行合成计算，就可以获得该点的亮度参数了，不同的亮度参数，就代表了不同的物体颜色。
[0026]因此，对于三原色成像原理，其关键就是获得在三原色光源照射下的黑白图像。
[0027]综上所述，在一种装置中，如果设置了光栅、相机、三原色光源，就能实现物体的N步相移法三维测量和图像二维轮廓测量。
[0028]基于此，本实用新型采用的装置为:
[0029]如图1所示，该装置包括一工作台，包括底座11和四根立柱12。在工作台底座上设置载物台13，载物台13设置于载物台轨道14上，可以在电机15的带动下前后移动，载物台13还连接输送带，用于向载物台上输送检测物体。在载物台13的上方安装一环形的三原色光源21，三原色光源21要能够对载物台上的物体进行全方位的照射。
[0030]四根立柱12，左右两侧立柱上分别安装一条纵梁16，纵梁16上有滑轨17，一横梁18滑设在两纵梁16上。横梁18上设有导轨19,相机固定板31滑设在导轨19上。相机固定板31上固定有相机支架32和光栅架42，相机支架32上安装相机33，光栅架42上安装光栅组件43。三色光源21位于相机和光栅之下。
[0031]如图2所示，相机支架32和光栅架42在相机固定板31上可以变换位置。其变化位置的方式可以是:在相机固定板31上纵向设置两排螺栓孔4，两排螺栓孔通过螺栓固定相机支架32和光栅架42。由于螺栓孔为多个，所以改变螺栓孔的固定位置，就能调整相机和光栅架的高度。或者，在相机固定板上设置两条滑轨，相机支架32和光栅架42滑设于滑轨上，由固定在相机固定板上的马达驱动也是可以的。当相机支架32沿滑轨滑动时，相机33也随之移动，从而变换高度；光栅架42也是如此。
[0032]上述相机33有一台足以；光栅组件43则可以设置多组，且最好是围绕待测物周围均布。
[0033]如图3所示，光栅组件43，包括了一滑动设置在光栅架42上的光栅安装板44，光栅安装板44上固定有光栅片45,光栅片45覆盖于镜头孔46之上；在镜头孔46以下部分安装的是一光栅投影镜头47 ;光栅组件43还包括了光栅保护罩48，罩设在光栅片45上，将光栅片45保护在里面；在光栅保护罩48的中心有一个光源孔49，在光源孔49的顶部有平行光源50 ;平行光源50通过光源孔49照射到光栅片45上，通过光栅投影镜头47投影到物体上。
[0034]如图4所示，进一步讲，光栅安装板44滑动设置在光栅架42上的方式是:在光栅架42上设置两条滑轨51，光栅安装板44安装在滑轨51上，由电机驱动。通过光栅安装板44的滑动，带动了光栅片45的移动。所述光栅片45为正弦光栅或朗奇光栅。
[0035]进一步讲，环形的三原色光源21，是红、绿、蓝三种单色光源，并且这三种光源是呈红、绿、蓝、红、绿、蓝…交替式分布，有助于物体全方位得到某种光的照射。
[0036]本测量装置的使用方法是:
[0037]I)将测量物体放置在载物台上，然后依次打开红、绿、蓝三种光源，并在每一种光源照射时打开照相机进行拍照，并将照片存储于计算机中，计算机控制软件就会按照预定的算法对拍摄到的图像进行处理，筛检出所需的图像数据，这就是二维测量。
[0038]2)将 测量物体放置在载物台上，然后打开光栅的光源，逐步地移动光栅，同时使用相机进行拍照，并将拍摄获得的图像传送给计算机中的软件进行处理，即可实现物体的三维测量。
【权利要求】
1.一种既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，其特征在于:包括一工作台，在工作台底座中心设置一载物台，同时在载物台上方安装一三原色光源，三原色光源对载物台上的物体进行全方位照射； 在工作台上有四根立柱，左右两侧的立柱上分别安装一纵梁，两纵梁上滑设一横梁，横梁上滑设一相机固定板，相机支架和光栅架可变换位置地固定在相机固定板上，相机支架上固定有相机，光栅架上固定有光栅组件，所述光栅组件对所述物体表面进行全方位扫描，所述相机为黑白相机，对所述物体进行拍照； 所述相机、三色光源和光栅组件均与计算机相连。
2.根据权利要求1所述的既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，其特征在于:所述三原色光源为一环形装置，光源为红、绿、蓝三种单色光源的组合，这三种单色光源按红、绿、蓝、红、绿、蓝…在环形支架上循环交替式分布。
3.根据权利要求1所述的既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，其特征在于:所述相机有一台；所述光栅组件设置有多组，且是围绕所述物体周围均布。
4.根据权利要求1或3所述的既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，其特征在于:所述相机固定板上纵向设置有两排螺栓孔，两排螺栓孔通过螺栓固定所述相机支架和光栅架，通过改变螺栓孔的固定位置，调整相机支架和光栅架的高度。
5.根据权利要求1或3所述的既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，其特征在于:所述相机固定板上纵向设置有滑轨，所述相机支架和光栅架，滑设于所述滑轨上，并且通过马达驱动连接。
6.根据权利要求1所述的既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，其特征在于:所述光栅组件，包括了一滑动设置在光栅架上的光栅安装板，光栅安装板上固定有光栅片，所述光栅片覆盖于镜头孔之上，在所述镜头孔以下部分安装一光栅投影镜头；所述光栅组件还包括了光栅保护罩，罩设在所述光栅片上，在所述光栅保护罩的中心有一个光源孔，在光源孔的顶部设置有平行光源。
7.根据权利要求6所述的既能实现物体二维测量又能实现三维测量的装置，其特征在于:所述光栅安装板滑动设置在光栅架上的方式是:在光栅架上设置两条滑轨，光栅安装板安装在滑轨上，由电机驱动。
【文档编号】G01B11/25GK203443556SQ201320592271
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】廖怀宝 申请人:廖怀宝