專利名稱：雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置及圖像采集控制處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及利用圖像進(jìn)行零部件表面質(zhì)量檢查的圖像采集設(shè)備，具體是指一種雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置及圖像采集控制處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于表面貼裝技術(shù)行業(yè)的自動光學(xué)檢查儀一般使用一個或多個相機(jī)，配以固定光學(xué)放大倍率的鏡頭，如圖1所示(其中，21表示相機(jī)，22表示鏡頭，23表示光源，M表示 PCB)，鏡頭的光學(xué)放大倍率根據(jù)檢測精度和檢測速度進(jìn)行選擇。圖像分辨率在20微米/像素 25微米/像素時，對于目前電路板上常用的0402和0603封裝尺度的元件，自動光學(xué)檢查儀的檢測準(zhǔn)確率和速度能很好兼顧；隨著電子設(shè)備高密度、小封裝的發(fā)展趨勢，一些電路板逐步使用更小封裝如0201甚至01005的元件，如0201元件長和寬都只有0402元件的一半，這樣在光學(xué)檢查儀的圖像里，0201元件的面積只有0402元件的1/4，由于圖像像素太少，采用20微米/像素或25微米/像素的圖像分辨率檢測0201元件時，誤報(bào)率明顯升高， 大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，要準(zhǔn)確可靠檢測0201元件，一般需要10微米/像素 15微米/像素的圖像分辨率。但目前使用了 0201小封裝元件的電路板，0201元件只占整板元件的小部分，0402和0603封裝元件仍占大多數(shù)，如果光學(xué)檢查儀改用10微米/像素 15微米/像素的分辨率，則整張電路板的檢測時間變?yōu)樵瓉淼?倍！檢測速度大幅度下降對于大部分用戶來說是不能接受的。要保證這類具有0201元件的電路板檢測的準(zhǔn)確率及整板檢測速度，可以采用兩種解決方案，方案一是采用光學(xué)放大倍率可變的變倍鏡頭，利用變倍鏡頭可以實(shí)現(xiàn)多種圖像分辨率，這個方案的好處是相機(jī)、鏡頭和光源都只需要一個，但變倍鏡頭較長，整個圖像采集裝置體積大，而自動光學(xué)檢查儀的圖像采集裝置需要在電路板上方高速移動，過大體積和高的重心要求檢查儀具有很高的機(jī)械穩(wěn)定性；此外變倍鏡頭價格高，光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光強(qiáng)損失較大，對于光源的亮度要求很高；方案二是使用兩套相機(jī)和鏡頭，如圖2所示(其中， 31表示相機(jī)1，32表示鏡頭1，33表示分光鏡，34表示反射鏡，35表示光源，36表示PCB，41 表示相機(jī)2，42表示鏡頭幻，通過分光鏡構(gòu)成兩個光路，實(shí)現(xiàn)兩種光學(xué)放大倍率，電路板的反射光穿過光源的中心孔被分光鏡分為兩束光，一束光進(jìn)入鏡頭1，在相機(jī)1成像，另一束光進(jìn)入鏡頭2，在相機(jī)2成像。鏡頭2的光學(xué)放大倍率是鏡頭1的兩倍，檢查0402以上的元件時取相機(jī)1所拍圖像，檢查0201這種細(xì)小元件則取相機(jī)2拍攝的圖像，這樣自動光學(xué)檢查儀就可以采集兩種光學(xué)放大倍率不同的圖像，這種方案的好處是結(jié)構(gòu)固定，但每個光路光強(qiáng)損失一半，對光源的發(fā)光強(qiáng)度提出更高的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊、可以實(shí)現(xiàn)兩種光學(xué)放大倍率而光源光強(qiáng)損失少。本實(shí)用新型的目的還在于提供采用上述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置的圖像采集控制處理系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置，包括主相機(jī)和輔助相機(jī)，光學(xué)放大倍率不同的主鏡頭和輔助鏡頭，第一、第二反射鏡，一個氣缸，一個光源；其中所述主相機(jī)和主鏡頭位于光源正上方，光路對準(zhǔn)光源中心孔；輔助相機(jī)和輔助鏡頭也位于光源的上方，且位于主相機(jī)和主鏡頭的旁邊；輔助相機(jī)和輔助鏡頭的光路對準(zhǔn)第一反射鏡，第一反射鏡把輔助相機(jī)和輔助鏡頭的光路折射到與主相機(jī)光路正交；光源位于待測電路板上方，光源發(fā)出的光照射到待測電路板上，待測電路板的反射光通過光源的中間圓孔向上反射；第二反射鏡裝在光源上方，與氣缸驅(qū)動連接；所述氣缸處于伸出狀態(tài)時， 第二反射鏡移動到光源中心孔上方，待測電路板的反射光折射到第一反射鏡，經(jīng)第一反射鏡再折射到輔助鏡頭，在輔助相機(jī)成像；所述氣缸處于收回狀態(tài)時，第二反射鏡從光源的中心孔移開，待測電路板的反射光入射到正上方主鏡頭，在主相機(jī)成像。所述第二反射鏡的移動方向與反射面平行，即使反射鏡的移動距離有誤差，也不會影響光路長度。實(shí)用中，所述輔助鏡頭的光學(xué)放大倍率是主鏡頭的兩倍，根據(jù)不同的圖像分辨率要求，通過控制氣缸的動作，改變第二反射鏡的位置，實(shí)現(xiàn)光路的切換，這樣就構(gòu)成兩個光學(xué)放大倍率不同的光路。采用上述雙光學(xué)放大倍率的圖像采集裝置的圖像采集控制處理系統(tǒng)，包括所述雙光學(xué)放大倍率的圖像采集裝置、定位裝置、控制及處理裝置，所述控制及處理裝置包括分別通過總線進(jìn)行通信連接的定位裝置控制器、圖像采集卡、攝像控制器、圖像處理模塊、CPU、 存儲器、人機(jī)接口，其中所述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置安裝在所述定位裝置之間，所述定位裝置控制器與定位裝置連接；所述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置的光源、主相機(jī)、輔助相機(jī)分別與所述攝像控制器分別連接，所述攝像控制器用于實(shí)現(xiàn)所述光源照明的控制及所述主相機(jī)、 輔助相機(jī)的圖像采集；所述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置的主相機(jī)、輔助相機(jī)的信號輸出端與所述圖像采集卡分別連接，所述圖像采集卡用于將相機(jī)采集的數(shù)字圖像信號送給所述 CPU處理或到所述存儲器保存。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本圖像采集裝置具有兩條光學(xué)放大倍率不同的光路，可以根據(jù)PCB電路板上元件的大小選擇光路，獲取不同分辨率的圖像，保證了自動光學(xué)檢查儀的快速性和準(zhǔn)確性；(2)通過反射鏡切換光路，避免了反射光強(qiáng)的損失；(3)利用這種圖像采集結(jié)構(gòu)，還可以方便地將原有單光學(xué)分辨率的檢查儀升級為雙光學(xué)分辨率檢查儀，無需更換光源；(4)整個圖像采集裝置及圖像采集控制處理結(jié)構(gòu)緊湊。(5)本實(shí)用新型可用于諸如表面貼裝技術(shù)行業(yè)的高速高精度自動光學(xué)檢查，還可以用于零件表面檢測等需要采用不同分辨率圖像采集分析和處理的裝置或應(yīng)用中。

圖1是現(xiàn)有固定分辨率單相機(jī)圖像采集裝置示意圖；[0019]圖2是采用分光鏡的雙光路圖像采集裝置示意圖；圖3是本實(shí)用新型雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置的正視圖；圖4是本實(shí)用新型雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置的俯視圖；圖5是采用圖4所示雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置的圖像采集控制處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖3 5中1-主相機(jī)；2-主鏡頭；3-輔助相機(jī)；4-輔助鏡頭；5-第二反射鏡；6-第一反射鏡；7-氣缸；8-光源；9-PCB(電路板)；10-圖像采集裝置；11_定位裝置； 12-控制及處理裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖3、4所示，本圖像采集裝置包括主相機(jī)1和輔助相機(jī)3、主鏡頭2和輔助鏡頭 4、第二反射鏡5和第一反射鏡6、氣缸7、光源8。主相機(jī)1和主鏡頭2位于光源8正上方，光路對準(zhǔn)光源中心孔；輔助相機(jī)3和輔助鏡頭4位于光源8的上方、主相機(jī)1和主鏡頭2的旁邊，光路對準(zhǔn)第一反射鏡6，第一反射鏡 6把輔助相機(jī)3和輔助鏡頭4的光路折射到與主相機(jī)1光路正交；光源8位于電路板9上方，光源8發(fā)出的光照射到電路板9上，電路板的反射光通過光源8的中間圓孔向上反射； 第二反射鏡5裝在光源8上方，通過氣缸7推動，當(dāng)氣缸處于伸出狀態(tài)時，第二反射鏡5移動到光源8中心孔上方，把電路板9的反射光折射到第一反射鏡6，經(jīng)第一反射鏡6作用折射到輔助鏡頭4，在輔助相機(jī)3成像；當(dāng)氣缸7處于收回狀態(tài)時，第二反射鏡5從光源8的中心孔移開，來自電路板9的反射光入射到主鏡頭2，在主相機(jī)1成像。第二反射鏡5的移動方向與反射面平行，即使反射鏡5移動距離有誤差，也不會影響光路長度。實(shí)用中輔助鏡頭4的光學(xué)放大倍率是主鏡頭2的兩倍，根據(jù)不同的圖像分辨率要求，通過軟件控制氣缸7 的動作，改變第二反射鏡5的位置，實(shí)現(xiàn)光路的切換，這樣就構(gòu)成兩個光學(xué)放大倍率不同的光路。如圖5所示，采用本雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置10的圖像采集控制處理系統(tǒng)， 包括所述雙光學(xué)放大倍率的圖像采集裝置、定位裝置、控制及處理裝置，所述控制及處理裝置包括分別通過總線進(jìn)行通信連接的定位裝置控制器、圖像采集卡、攝像控制器、圖像處理模塊、CPU、存儲器、人機(jī)接口，其中其中攝像控制器分別與光源8以及主相機(jī)1和輔助相機(jī)3連接，分別控制光源8的照明，和控制主相機(jī)1、輔助相機(jī)3的圖像采集。圖像采集卡與主相機(jī)1和輔助相機(jī)3的信號輸出連接，將相機(jī)采集的數(shù)字圖像信號送給CPU處理或保存到存儲器。定位裝置控制器與定位裝置11連接，圖像采集裝置10安裝在定位裝置11上， 采集圖像時，按照指定的坐標(biāo)信息，定位裝置11將圖像采集裝置10送到指定位置，本雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置10根據(jù)需要切換光路采集圖像，圖像采集過程由程序自動控制完成，采集的圖像和處理結(jié)果保存在存儲器內(nèi)。本圖像采集裝置具有兩條光學(xué)放大倍率不同的光路，可以根據(jù)待測PCB電路板上元件的大小選擇光路，獲取不同分辨率的圖像，保證了自動光學(xué)檢查儀的快速性和準(zhǔn)確性；通過反射鏡切換光路，避免了反射光強(qiáng)的損失；利用這種圖像采集結(jié)構(gòu)，還可以方便地將原有單光學(xué)分辨率的檢查儀升級為雙光學(xué)分辨率檢查儀，無需更換光源；整個圖像采集裝置及圖像采集控制處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。 上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型雖然針對應(yīng)用于電路板裝配的自動光學(xué)檢查儀進(jìn)行敘述，但其使用范圍并不局限于自動光學(xué)檢查，還可以用于零件表面檢測等需要采用不同分辨率圖像采集分析和處理的裝置或應(yīng)用中。
權(quán)利要求1.雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置，其特征在于包括主相機(jī)和輔助相機(jī)，光學(xué)放大倍率不同的主鏡頭和輔助鏡頭，第一、第二反射鏡，一個氣缸，一個光源；其中所述主相機(jī)和主鏡頭位于光源正上方，光路對準(zhǔn)光源中心孔；輔助相機(jī)和輔助鏡頭也位于光源的上方，且位于主相機(jī)和主鏡頭的旁邊；輔助相機(jī)和輔助鏡頭的光路對準(zhǔn)第一反射鏡，第一反射鏡把輔助相機(jī)和輔助鏡頭的光路折射到與主相機(jī)光路正交；光源位于待測電路板上方，光源發(fā)出的光照射到待測電路板上，待測電路板的反射光通過光源的中間圓孔向上反射；第二反射鏡裝在光源上方，與氣缸驅(qū)動連接；所述氣缸處于伸出狀態(tài)時，第二反射鏡移動到光源中心孔上方，待測電路板的反射光折射到第一反射鏡，經(jīng)第一反射鏡再折射到輔助鏡頭，在輔助相機(jī)成像；所述氣缸處于收回狀態(tài)時，第二反射鏡從光源的中心孔移開，待測電路板的反射光入射到正上方主鏡頭，在主相機(jī)成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置，其特征在于第二反射鏡的移動方向與反射面平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置，其特征在于實(shí)用中，所述輔助鏡頭的光學(xué)放大倍率是主鏡頭的兩倍。
4.采用權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述雙光學(xué)放大倍率的圖像采集裝置的圖像采集控制處理系統(tǒng)，其特征在于包括所述雙光學(xué)放大倍率的圖像采集裝置、定位裝置、控制及處理裝置，所述控制及處理裝置包括分別通過總線進(jìn)行通信連接的定位裝置控制器、圖像采集卡、 攝像控制器、圖像處理模塊、CPU、存儲器、人機(jī)接口，其中所述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置安裝在所述定位裝置之間，所述定位裝置控制器與定位裝置連接；所述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置的光源、主相機(jī)、輔助相機(jī)分別與所述攝像控制器分別連接，所述攝像控制器用于實(shí)現(xiàn)所述光源照明的控制及所述主相機(jī)、輔助相機(jī)的圖像采集；所述雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置的主相機(jī)、輔助相機(jī)的信號輸出端與所述圖像采集卡分別連接，所述圖像采集卡用于將相機(jī)采集的數(shù)字圖像信號送給所述CPU處理或到所述存儲器保存。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種雙光學(xué)放大倍率圖像采集裝置及圖像采集控制處理系統(tǒng)，其中圖像采集裝置包括主相機(jī)和輔助相機(jī)，光學(xué)放大倍率不同的主鏡頭和輔助鏡頭，第一、第二反射鏡，一個氣缸，一個光源。主相機(jī)和主鏡頭位于光源正上方，輔助相機(jī)和輔助鏡頭、第一和第二反射鏡都位于光源上方；該圖像采集裝置具有兩條光學(xué)放大倍率不同的光路，通過控制氣缸的動作，改變第二反射鏡的位置，實(shí)現(xiàn)光路的切換，獲取不同光學(xué)分辨率的圖像；通過反射鏡切換光路，減少了反射光強(qiáng)的損失；利用這種結(jié)構(gòu)，可以方便地將原有單圖像分辨率檢查儀升級為雙分辨率檢查儀；整個圖像采集裝置結(jié)構(gòu)緊湊。
文檔編號H04N5/232GK201965383SQ20102059030
公開日2011年9月7日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者張憲民, 梁經(jīng)倫, 歐陽高飛, 賀振興, 鄺泳聰 申請人:華南理工大學(xué)