PCB元器件在线3D尺寸测量装置及方法与流程

本发明涉及一种检测设备，特别是一种结构简单、使用方便的PCB元器件在线3D尺寸测量装置及方法。

背景技术：

目前，实现PCB元器件3D尺寸检测可以采用三坐标仪，虽然精度高，但对运行环境要求苛刻，且速度慢，无法在线使用。只能用于对生产的部分PCB板进行临时抽检。

另外的方案是使用线激光扫描3D成像仪，它可以用于在线测量。虽然有些标称精度等级达到10^-6米，但受干扰噪点影响大，测量值错误率高，且对测量范围内的高度差有限制，只能在较小的高度差范围内实现测量。另外，该方法只能实现对产品z轴及y轴方向(垂直运动方向)二维进行测量，x轴这一维的尺寸只能通过其他方式修补(通常是靠伺服电机等机械形式保证)。

现有三坐标仪对产品的三维数据测量是精度最高的设备，但检测速度慢，工作环境要求严格，通常配置在振动很小的空调房，只能离线使用，不能在生产线上使用。对产品也无法实现全检。

现有线性激光扫描3D成像系统可以用于在线检测，但扫描精度不高，干扰项大，且对检测元件高度差有限制，对于产品外形缺陷，判断失误率高。

机器视觉检测技术在目前的PCB测量上已得到了广泛应用，在使用远心镜头及合适的相机配置情况下，测量的x、y二维平面位置度精度可达10^-6米级别，同时机器视觉技术可以在算法合理情况下实现对工件外形及表面缺陷的自动检查。

点激光测距传感器目前在测量距离上，在30mm测量范围内，精度可达2微米甚至更高。

但需要解决两个问题：一是点激光测量高度是否太过离散，数据量不足而无实际价值，二是点激光测距得到的数据不是直接的元件高度值，要确定转换方法，并保证精度。前者，经实际调研，发现，绝大多数PCB板上元器件高度方向上的测量只是针对少量元件，有现实的应用前景。后者，本发明在检测方法上确定了对多平面(基准面、元件上表面等)离散点距离测量后，准确向元器件高度值的合理转换的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种PCB元器件在线3D尺寸测量装置，不仅能够在线检测，占用空间小，而且具有失误率低、检测精度高的优点。

本发明解决其技术问题所采用技术方案是：PCB元器件在线3D尺寸测量装置，包括方形的壳体，在该壳体的内部的后面上设置有安装板，在所述的安装板上设置有机器视觉检测机构；在所述的壳体内部的左侧面上安装有点激光距离测量装置，该点激光距离测量装置与机器视觉检测机构的检测端的位置适配。

进一步的，所述的机器视觉检测机构包括相机和远心镜头，所述的相机安装在安装板上，该相机下端的进光位置与远心镜头配合。

进一步的，所述的远心镜头的下端配合有补光源。

进一步的，所述的补光源为LED灯。

进一步的，所述的补光源为圆环形。

进一步的，所述的点激光距离测量装置通过固定板安装在左侧面上，该固定板与所述的安装板固定连接。

进一步的，所述的壳体上喷涂有防静电漆。

本发明的另一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种PCB元器件在线3D尺寸测量方法，采用上述的PCB元器件在线3D尺寸测量装置，不仅能够在线检测，提高检测精度，而且具有方法简单实用的特点。

本发明解决其技术问题所采用技术方案是：一种PCB元器件在线3D尺寸测量方法，采用上述的PCB元器件在线3D尺寸测量装置，包括以下步骤：

a、将PCB元器件在线3D尺寸测量装置嵌入PCB生产线，通过自动输送机将PCB板送入待捡位置并停止固定；

b、根据事先确定的PCB产品参数，将PCB元器件在线3D尺寸测量装置移至PCB上选定数个位置进行拍照，对整个PCB板x、y二维位置进行确定；

c、在确定PCB二维位置基础上，将PCB元器件在线3D尺寸测量装置精确移动到PCB上选定的若干基准点位置，进行基准点距离测量；

d、运动机构将PCB元器件在线3D尺寸测量装置移动到PCB板各个待捡元器件位置上方，由相机在各个位置点拍照后，得到待捡各元器件的x、y二维数据，同时对元器件外部轮廓及表面进行缺陷检测；

e、如果有待捡元器件外部轮廓及表面缺陷检测结果是元器件不合格，则不再进行高度方向测量，PCB板的检测工作结束；如果所有待捡元器件外部轮廓及表面缺陷检测结果是合格的，则通过运动机构调节节PCB元器件在线3D尺寸测量装置的高度，对各个元器件上表面进行距离测量，得到元器件z方向的数据。

进一步的，步骤e中，待捡元器件外部轮廓及表面缺陷检测结果是合格的，机器视觉检测机构的机器视觉算法给出各个待捡元器件上表面的各个待测点坐标数据并发送给运动机构，运动机构调节PCB元器件在线3D尺寸测量装置高度后，按所得到的坐标数据在x轴和y轴方向，依次对各个元器件上表面进行距离测量，与步骤c获得的基准点距离值组合在一起，结合运动机构调节整的高度，算出元器件高度，由此得到元器件z方向的数据。

进一步的，所述的元器件z轴方向的数据，满足z＝m+h-n，其中，m为在该元器件周边选取几个基准点测量后，取的平均值，即PCB元器件在线3D尺寸测量装置至PCB板的距离值；h为运动机构向上移动，使得PCB元器件在线3D尺寸测量装置向上移动的距离；此时测得元器件的顶部距离值为n后，元器件高度则为z＝m+h-n。

本发明的有益效果是：本发明的PCB元器件在线3D尺寸测量装置及方法，通过方形的壳体、安装板、机器视觉检测机构以及点激光距离测量装置的配合，创造性地将机器视觉检测技术、点激光距离测量、绝对距离测量转换相对高度方向的特别处理方法三者巧妙结合，针对PCB生产线的实际工艺特点，完成了对PCB板上选定的电子元器件三维尺寸数据的在线测量，且保证了检测精度。PCB板的现代化生产线速度快，其上贴片或直插的元器件尺寸多样，从质量管控方面，需要对部分元器件的指定尺寸进行测量以实现质量控制，这些尺寸既有x、y两维数据，即测量元件长宽数据，也有高度数据，即z轴数据，这些数据的测量通常要求精度非常高，而整个测量如果能在生产线的生产周期内完成，那么即可实现对这些要求的尺寸测量内容的产品实现高精度全检。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的PCB元器件在线3D尺寸测量装置的整体结构示意图；

图2是本发明的PCB元器件在线3D尺寸测量装置的内部结构示意图；

图中，1—壳体；2—螺纹连接口；3—后面；4—安装板；5—相机；6—远心镜头；7—补光源；8—点激光距离测量装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一面分实施例，而不是全面的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1、图2所示，本发明的PCB元器件在线3D尺寸测量装置，包括方形的壳体1，在该壳体1的内部的后面3上设置有安装板4，在所述的安装板4上设置有机器视觉检测机构；在所述的壳体1内部的左侧面上安装有点激光距离测量装置8，该点激光距离测量装置8与机器视觉检测机构的检测端的位置适配。本发明的PCB元器件在线3D尺寸测量装置，通过方形的壳体1、安装板4、机器视觉检测机构以及点激光距离测量装置8的配合，将整个检测装置的所有部件集成在壳体1内，通过安装整个检测装置到线上，实现在线检测；通过点激光距离测量装置8精确测量元器件z轴方向的数据，配合机器视觉检测机构测得的x、y二维数据，能够方便快速准确地测得元器件的3D尺寸数据。一方面避免了使用线性激光3D尺寸测量高度空间测量限制大，测量干扰噪点多，失误率高，另一方面可实现在线检测，达到对PCB板上指定的元器件的三维尺寸全检要求。为了方便安装和实用，可以在壳体1的顶部设置螺纹连接口2，通过螺纹的方式连接。

作为优选的，所述的机器视觉检测机构包括相机5和远心镜头6，所述的相机5安装在安装板4上，该相机5下端的进光位置与远心镜头6配合。远心镜头6配合相机5可以方便准确地拍照，获得元器件的二维数据。

作为优选的，所述的远心镜头6的下端配合有补光源7。所述的补光源7为相机5补光，提高相机5的照相性能，从而提高x、y二维数据的精确度。

作为优选的，所述的补光源7为LED灯。LED灯具有能耗小、发热低的优点，在补光的同时尽可能地减少了对相机5成像的干扰。

作为优选的，所述的补光源7为圆环形。圆环形的补光源7可以均匀地补光，提高相机5的照相性能，从而提高x、y二维数据的精确度。

作为优选的，所述的点激光距离测量装置8通过固定板安装在左侧面上，该固定板与所述的安装板4固定连接。所述的固定板与安装板4连接起来，使得点激光距离测量装置8和机械视觉检测机构更紧密地固定，成为一体化，提高了测得的三维数据的精确性。

作为优选的，所述的壳体1上喷涂有防静电漆，可以防止静电的干扰，提高检测精度。

一种PCB元器件在线3D尺寸测量方法，采用上述的PCB元器件在线3D尺寸测量装置，包括以下步骤：

a、将PCB元器件在线3D尺寸测量装置嵌入PCB生产线，通过自动输送机将PCB板送入待捡位置并停止固定；

b、根据事先确定的PCB产品参数，将PCB元器件在线3D尺寸测量装置移至PCB上选定数个位置进行拍照，对整个PCB板x、y二维位置进行确定；

c、在确定PCB二维位置基础上，将PCB元器件在线3D尺寸测量装置精确移动到PCB上选定的若干基准点位置，进行基准点距离测量；

d、运动机构将PCB元器件在线3D尺寸测量装置移动到PCB板各个待捡元器件位置上方，由相机5在各个位置点拍照后，得到待捡各元器件的x、y二维数据，同时对元器件外部轮廓及表面进行缺陷检测；

e、如果有待捡元器件外部轮廓及表面缺陷检测结果是元器件不合格，则不再进行高度方向测量，PCB板的检测工作结束；如果所有待捡元器件外部轮廓及表面缺陷检测结果是合格的，则通过运动机构调节节PCB元器件在线3D尺寸测量装置的高度，对各个元器件上表面进行距离测量，得到元器件z方向的数据。

值得注意的是，所述的自动输送机一般是指电驱动的传送带装置，运动机构一般是采用气动方式快速准确地移动。

作为优选的，步骤e中，待捡元器件外部轮廓及表面缺陷检测结果是合格的，机器视觉检测机构的机器视觉算法给出各个待捡元器件上表面的各个待测点坐标数据并发送给运动机构，运动机构调节PCB元器件在线3D尺寸测量装置高度后，按所得到的坐标数据在x轴和y轴方向，依次对各个元器件上表面进行距离测量，与步骤c获得的基准点距离值组合在一起，结合运动机构调节整的高度，算出元器件高度，由此得到元器件z方向的数据。

作为优选的，所述的元器件z轴方向的数据，满足z＝m+h-n，其中，m为在该元器件周边选取几个基准点测量后，取的平均值，即PCB元器件在线3D尺寸测量装置至PCB板的距离值；h为运动机构向上移动，使得PCB元器件在线3D尺寸测量装置向上移动的距离；此时测得元器件的顶部距离值为n后，元器件高度则为z＝m+h-n。

本发明的PCB元器件在线3D尺寸测量装置及方法，通过方形的壳体、安装板、机器视觉检测机构以及点激光距离测量装置的配合，创造性地将机器视觉检测技术、点激光距离测量、绝对距离测量转换相对高度方向的特别处理方法三者巧妙结合，针对PCB生产线的实际工艺特点，完成了对PCB板上选定的电子元器件三维尺寸数据的在线测量，且保证了检测精度。PCB板的现代化生产线速度快，其上贴片或直插的元器件尺寸多样，从质量管控方面，需要对部分元器件的指定尺寸进行测量以实现质量控制，这些尺寸既有x、y两维数据，即测量元件长宽数据，也有高度数据，即z轴数据，这些数据的测量通常要求精度非常高，而整个测量如果能在生产线的生产周期内完成，那么即可实现对这些要求的尺寸测量内容的产品实现高精度全检。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。