既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，包括一工作臺，在工作臺上有四根立柱，左右兩側的立柱上分別安裝一縱梁，兩縱梁上滑設一橫梁，橫梁上滑設一相機固定板，相機支架和光柵架固定在相機固定板上，光柵組件對所述物體表面進行全方位掃描，相機為黑白相機，對物體進行拍照；相機、三色光源和光柵組件均與計算機相連。本實用新型由于采用黑白相機，可提供更快的拍照速度，并且通過黑白圖像合成出真實的彩色圖像，從而獲得更多的數據量，提高了檢測精度。利用光柵組件，采用N步相移法測量三維數據，簡單易操作，多個光柵安裝在一個相機周圍，可以分別按照特定順序進行拍攝，利于N步測量法的實現。
【專利說明】既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及SMT (表面貼裝技術)行業(yè)自動檢測技術，具體涉及了該領域中關于錫膏、焊盤、絲印、紅膠等的二維或三維的測量裝置。
【背景技術】
[0002]在SMT(表面貼裝技術)行業(yè)，錫膏、焊盤、絲印、紅膠等的質量直接決定著PCB板的好壞，錫膏、焊盤、絲印、紅膠等的有關參數是衡量板子可靠性的一個重要指標。
[0003]目前常見的關于此類物體的檢測有三維測量方法和二維測量方法。三維測量方法主要分為接觸式和非接觸式兩大類。
[0004]對于接觸式測量來說，采用類似三坐標測量機這樣的設備，使用探針接觸測量物體表面來進行物體形狀測量，該方法的缺點顯而易見，速度慢，且對類似錫膏這樣的柔性物體無效。而對于非接觸式測量，由于測量速度快，并且不接觸測量對象，所以具有明顯優(yōu)勢，目前主要基于三大類技術:雙目視覺、激光掃描和基于正弦條紋投影的N步相移法。其中，雙目視覺設備成本較高，且整個系統結構和標定都極為復雜，所以在工業(yè)檢測領域很少采用；激光掃描法，采用的測量原理跟正弦條紋投影是一樣的，不同之處在于，前者采用單條激光進行測量，每次只能測量一條光線上的物點，總體速度要慢于正弦條紋投影。所以，目前業(yè)界普遍采用的還是基于正弦條紋的N步相移法進行三維物體測量。但是在這種方法中使用的實現裝置，容易出現條紋堆積以及反光、陰影等光學問題，給測量帶來負面影響，致使測量結果不準確。
[0005]物體的二維測量，是指通過二維圖像處理技術，獲得物體的二維輪廓。二維測量方法目前常見的是AOI自動檢測法，它往往都采用彩色相機來還原檢測PCB板各個部分的真實色彩，并通過不同的色彩來區(qū)分不同的檢測目標。這種方法主要有兩個弊端:1、由于技術自身限制，同等像素的彩色相機，在最終成像時，所能夠攜帶的信息量只有黑白相機成像的I / 3 ;2、由于需要進行濾波、插值等復雜計算，彩色相機的成像速度通常要明顯慢于黑白相機。
【發(fā)明內容】
[0006]因此，針對SMT領域中存在的物體檢測精度和速度的問題，本實用新型提供一種用于實現N步相移法的三維測量裝置和用于實現黑白相機圖像合成技術的二維測量裝置，以獲得物體的面積、中心、高度、形狀、體積等參數，從而確定印刷板是否合格。
[0007]為實現上述目的，本實用新型采取以下技術方案:一種既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，其特征在于:包括一工作臺，在工作臺底座中心設置一載物臺，同時在載物臺上方安裝一三原色光源，三原色光源對載物臺上的物體進行全方位照射；在工作臺上有四根立柱，左右兩側的立柱上分別安裝一縱梁，兩縱梁上滑設一橫梁，橫梁上滑設一相機固定板，相機支架和光柵架可變換位置地固定在相機固定板上，相機支架上固定有相機，光柵架上固定有光柵組件，所述光柵組件對所述物體表面進行全方位掃描，所述相機為黑白相機，對所述物體進行拍照；所述相機、三色光源和光柵組件均與計算機相連。
[0008]所述三原色光源為一環(huán)形裝置，光源為紅、綠、藍三種單色光源的組合，這三種單色光源按紅、綠、藍、紅、綠、藍…在環(huán)形支架上循環(huán)交替式分布。
[0009]所述相機有一臺；所述光柵組件設置有多組，且是圍繞所述物體周圍均布。
[0010]所述相機固定板上縱向設置有兩排螺栓孔，兩排螺栓孔通過螺栓固定所述相機支架和光柵架，通過改變螺栓孔的固定位置，調整相機支架和光柵架的高度?；蛘?，所述相機固定板上縱向設置有滑軌，所述相機支架和光柵架，滑設于所述滑軌上，并且通過馬達驅動連接。
[0011]所述光柵組件，包括了一滑動設置在光柵架上的光柵安裝板，光柵安裝板上固定有光柵片，所述光柵片覆蓋于鏡頭孔之上，在所述鏡頭孔以下部分安裝一光柵投影鏡頭；所述光柵組件還包括了光柵保護罩，罩設在所述光柵片上，在所述光柵保護罩的中心有一個光源孔，在光源孔的頂部設置有平行光源。
[0012]所述光柵安裝板滑動設置在光柵架上的方式是:在光柵架上設置兩條滑軌，光柵安裝板安裝在滑軌上，由電機驅動。
[0013]本實用新型由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:1、采用黑白相機，提供更快的拍照速度，從而提高整個檢測的速度；并且通過三幅黑白圖像合成出真實的彩色圖像，從而獲得更多的數據量，提高檢測的精度。2、利用光柵組件，采用N步相移法測量三維數據，結構簡單易操作，多個光柵安裝在一個相機周圍，可以同時拍攝，利于N步測量法的實現。
3、橫梁，縱梁結構可能任意定位拍攝物體位 置。載物臺上可放置不同大小的PCB物體。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是測量裝置立體圖。
[0015]圖2是包括相機、光柵、光源三部分的示意圖。
[0016]圖3是光柵組件的局部拆解圖。
[0017]圖4是光柵組件的局部結構剖視圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細的描述。
[0019]在介紹本裝置之前，先簡單介紹一下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]當正弦光柵被投影到三維漫反射物體表面時，會在物體表面形成變形條紋像，由于光柵投影后，在物體上獲得的條紋是一個正弦條紋，也就是說，沿著垂直于條紋的方向，光強成正弦分布，所謂的條紋周期，就是沿著條紋垂直方向，光強從最亮到下一次最亮的距離。所謂N步相移，就是投影光柵每橫向移動(即與條紋垂直方向)一步，就產生一條變形條紋像，連續(xù)移動K幀就獲得K條變形條紋像，從而可以求得該點的位相分布。
[0022]當得知了某一物點在參考平面的初始位相(KU，y)和具有一定高度后的變形位相<K(X，y)后，用/ (2 31)就可計算得到該物點的平面距離變化。由于我們獲得的條紋像是正弦條紋，也就是說，位相變化一個周期，引起的平面距離變化為2^1，所以實際的平面距離變化公式是48=[(^0^，7)-(^0^，7)]噸/ (2π)，其中p為投影得到的條紋周期，也是系統常量，在結構裝配完成后標定即可獲得。在知道了平面距離變化AB之后，再利用三角測量法就可以進一步求得物點的高度了。綜合每一個物點的高度數據，就可以進一步獲得物點的面積、中心、高度、體積、形狀等三維數據。
[0023]因此，對于N步相移法，其關鍵就是建立一正弦光柵，投影到物體表面。
[0024]三原色成像原理:
[0025]三原色，即紅、綠、藍三色。三原色有它的特性，即按照特定比例混合這三種色彩光，即可以獲得白色光，而反之白光也可以被分光鏡拆分獲得按比例的紅、綠、藍三色光。基于這種光學原理，我們就可以把物體的黑白圖像，視為是由紅、綠、藍三色光單色圖像組合而成的圖像。因此我們就可以用黑白相機分別捕捉三色光源照射同一物體時的黑白圖像，得到的三張黑白圖像，然后利用圖像合成算法，對三幅圖像中每個點的亮度值進行合成計算，就可以獲得該點的亮度參數了，不同的亮度參數，就代表了不同的物體顏色。
[0026]因此，對于三原色成像原理，其關鍵就是獲得在三原色光源照射下的黑白圖像。
[0027]綜上所述，在一種裝置中，如果設置了光柵、相機、三原色光源，就能實現物體的N步相移法三維測量和圖像二維輪廓測量。
[0028]基于此，本實用新型采用的裝置為:
[0029]如圖1所示，該裝置包括一工作臺，包括底座11和四根立柱12。在工作臺底座上設置載物臺13，載物臺13設置于載物臺軌道14上，可以在電機15的帶動下前后移動，載物臺13還連接輸送帶，用于向載物臺上輸送檢測物體。在載物臺13的上方安裝一環(huán)形的三原色光源21，三原色光源21要能夠對載物臺上的物體進行全方位的照射。
[0030]四根立柱12，左右兩側立柱上分別安裝一條縱梁16，縱梁16上有滑軌17，一橫梁18滑設在兩縱梁16上。橫梁18上設有導軌19,相機固定板31滑設在導軌19上。相機固定板31上固定有相機支架32和光柵架42，相機支架32上安裝相機33，光柵架42上安裝光柵組件43。三色光源21位于相機和光柵之下。
[0031]如圖2所示，相機支架32和光柵架42在相機固定板31上可以變換位置。其變化位置的方式可以是:在相機固定板31上縱向設置兩排螺栓孔4，兩排螺栓孔通過螺栓固定相機支架32和光柵架42。由于螺栓孔為多個，所以改變螺栓孔的固定位置，就能調整相機和光柵架的高度。或者，在相機固定板上設置兩條滑軌，相機支架32和光柵架42滑設于滑軌上，由固定在相機固定板上的馬達驅動也是可以的。當相機支架32沿滑軌滑動時，相機33也隨之移動，從而變換高度；光柵架42也是如此。
[0032]上述相機33有一臺足以；光柵組件43則可以設置多組，且最好是圍繞待測物周圍均布。
[0033]如圖3所示，光柵組件43，包括了一滑動設置在光柵架42上的光柵安裝板44，光柵安裝板44上固定有光柵片45,光柵片45覆蓋于鏡頭孔46之上；在鏡頭孔46以下部分安裝的是一光柵投影鏡頭47 ;光柵組件43還包括了光柵保護罩48，罩設在光柵片45上，將光柵片45保護在里面；在光柵保護罩48的中心有一個光源孔49，在光源孔49的頂部有平行光源50 ;平行光源50通過光源孔49照射到光柵片45上，通過光柵投影鏡頭47投影到物體上。
[0034]如圖4所示，進一步講，光柵安裝板44滑動設置在光柵架42上的方式是:在光柵架42上設置兩條滑軌51，光柵安裝板44安裝在滑軌51上，由電機驅動。通過光柵安裝板44的滑動，帶動了光柵片45的移動。所述光柵片45為正弦光柵或朗奇光柵。
[0035]進一步講，環(huán)形的三原色光源21，是紅、綠、藍三種單色光源，并且這三種光源是呈紅、綠、藍、紅、綠、藍…交替式分布，有助于物體全方位得到某種光的照射。
[0036]本測量裝置的使用方法是:
[0037]I)將測量物體放置在載物臺上，然后依次打開紅、綠、藍三種光源，并在每一種光源照射時打開照相機進行拍照，并將照片存儲于計算機中，計算機控制軟件就會按照預定的算法對拍攝到的圖像進行處理，篩檢出所需的圖像數據，這就是二維測量。
[0038]2)將 測量物體放置在載物臺上，然后打開光柵的光源，逐步地移動光柵，同時使用相機進行拍照，并將拍攝獲得的圖像傳送給計算機中的軟件進行處理，即可實現物體的三維測量。
【權利要求】
1.一種既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，其特征在于:包括一工作臺，在工作臺底座中心設置一載物臺，同時在載物臺上方安裝一三原色光源，三原色光源對載物臺上的物體進行全方位照射； 在工作臺上有四根立柱，左右兩側的立柱上分別安裝一縱梁，兩縱梁上滑設一橫梁，橫梁上滑設一相機固定板，相機支架和光柵架可變換位置地固定在相機固定板上，相機支架上固定有相機，光柵架上固定有光柵組件，所述光柵組件對所述物體表面進行全方位掃描，所述相機為黑白相機，對所述物體進行拍照； 所述相機、三色光源和光柵組件均與計算機相連。
2.根據權利要求1所述的既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，其特征在于:所述三原色光源為一環(huán)形裝置，光源為紅、綠、藍三種單色光源的組合，這三種單色光源按紅、綠、藍、紅、綠、藍…在環(huán)形支架上循環(huán)交替式分布。
3.根據權利要求1所述的既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，其特征在于:所述相機有一臺；所述光柵組件設置有多組，且是圍繞所述物體周圍均布。
4.根據權利要求1或3所述的既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，其特征在于:所述相機固定板上縱向設置有兩排螺栓孔，兩排螺栓孔通過螺栓固定所述相機支架和光柵架，通過改變螺栓孔的固定位置，調整相機支架和光柵架的高度。
5.根據權利要求1或3所述的既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，其特征在于:所述相機固定板上縱向設置有滑軌，所述相機支架和光柵架，滑設于所述滑軌上，并且通過馬達驅動連接。
6.根據權利要求1所述的既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，其特征在于:所述光柵組件，包括了一滑動設置在光柵架上的光柵安裝板，光柵安裝板上固定有光柵片，所述光柵片覆蓋于鏡頭孔之上，在所述鏡頭孔以下部分安裝一光柵投影鏡頭；所述光柵組件還包括了光柵保護罩，罩設在所述光柵片上，在所述光柵保護罩的中心有一個光源孔，在光源孔的頂部設置有平行光源。
7.根據權利要求6所述的既能實現物體二維測量又能實現三維測量的裝置，其特征在于:所述光柵安裝板滑動設置在光柵架上的方式是:在光柵架上設置兩條滑軌，光柵安裝板安裝在滑軌上，由電機驅動。
【文檔編號】G01B11/25GK203443556SQ201320592271
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】廖懷寶 申請人:廖懷寶
專業(yè)數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
