CN102095736A - 双光学放大倍率图像采集装置及图像采集控制处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双光学放大倍率图像采集装置及图像采集控制处理系统，其中图像采集装置包括主相机和辅助相机，光学放大倍率不同的主镜头和辅助镜头，第一、第二反射镜，一个气缸，一个光源。主相机和主镜头位于光源正上方，辅助相机和辅助镜头、第一和第二反射镜都位于光源上方；该图像采集装置具有两条光学放大倍率不同的光路，通过控制气缸的动作，改变第二反射镜的位置，实现光路的切换，获取不同光学分辨率的图像；通过反射镜切换光路，减少了反射光强的损失；利用这种结构，可以方便地将原有单图像分辨率检查仪升级为双分辨率检查仪；整个图像采集装置结构紧凑。

Description

双光学放大倍率图像采集装置及图像采集控制处理系统

技术领域

本发明涉及利用图像进行零部件表面质量检查的图像采集设备，具体是指一种双光学放大倍率图像采集装置及图像采集控制处理系统。

背景技术

用于表面贴装技术行业的自动光学检查仪一般使用一个或多个相机，配以固定光学放大倍率的镜头，如图1所示，镜头的光学放大倍率根据检测精度和检测速度进行选择。图像分辨率在20微米/像素～25微米/像素时，对于目前电路板上常用的0402和0603封装尺度的元件，自动光学检查仪的检测准确率和速度能很好兼顾；随着电子设备高密度、小封装的发展趋势，一些电路板逐步使用更小封装如0201甚至01005的元件，如0201元件长和宽都只有0402元件的一半，这样在光学检查仪的图像里，0201元件的面积只有0402元件的1/4，由于图像像素太少，采用20微米/像素或25微米/像素的图像分辨率检测0201元件时，误报率明显升高，大量实验数据表明，要准确可靠检测0201元件，一般需要10微米/像素～15微米/像素的图像分辨率。但目前使用了0201小封装元件的电路板，0201元件只占整板元件的小部分，0402和0603封装元件仍占大多数，如果光学检查仪改用10微米/像素～15微米/像素的分辨率，则整张电路板的检测时间变为原来的4倍！检测速度大幅度下降对于大部分用户来说是不能接受的。

要保证这类具有0201元件的电路板检测的准确率及整板检测速度，可以采用两种解决方案，方案一是采用光学放大倍率可变的变倍镜头，利用变倍镜头可以实现多种图像分辨率，这个方案的好处是相机、镜头和光源都只需要一个，但变倍镜头较长，整个图像采集装置体积大，而自动光学检查仪的图像采集装置需要在电路板上方高速移动，过大体积和高的重心要求检查仪具有很高的机械稳定性；此外变倍镜头价格高，光路结构复杂，光强损失较大，对于光源的亮度要求很高；方案二是使用两套相机和镜头，如图2所示，通过分光镜构成两个光路，实现两种光学放大倍率，电路板的反射光穿过光源的中心孔被分光镜分为两束光，一束光进入镜头1，在相机1成像，另一束光进入镜头2，在相机2成像。镜头2的光学放大倍率是镜头1的两倍，检查0402以上的元件时取相机1所拍图像，检查0201这种细小元件则取相机2拍摄的图像，这样自动光学检查仪就可以采集两种光学放大倍率不同的图像，这种方案的好处是结构固定，但每个光路光强损失一半，对光源的发光强度提出更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种双光学放大倍率图像采集装置，其结构紧凑、可以实现两种光学放大倍率而光源光强损失少。

本发明的目的还在于提供采用上述双光学放大倍率图像采集装置的图像采集控制处理系统。

本发明的目的通过如下技术方案实现：本双光学放大倍率图像采集装置，包括主相机和辅助相机，光学放大倍率不同的主镜头和辅助镜头，第一、第二反射镜，一个气缸，一个光源；其中：

所述主相机和主镜头位于光源正上方，光路对准光源中心孔；辅助相机和辅助镜头也位于光源的上方，且位于主相机和主镜头的旁边；辅助相机和辅助镜头的光路对准第一反射镜，第一反射镜把辅助相机和辅助镜头的光路折射到与主相机光路正交；光源位于待测电路板上方，光源发出的光照射到待测电路板上，待测电路板的反射光通过光源的中间圆孔向上反射；第二反射镜装在光源上方，与气缸驱动连接；所述气缸处于伸出状态时，第二反射镜移动到光源中心孔上方，待测电路板的反射光折射到第一反射镜，经第一反射镜再折射到辅助镜头，在辅助相机成像；所述气缸处于收回状态时，第二反射镜从光源的中心孔移开，待测电路板的反射光入射到正上方主镜头，在主相机成像。

所述第二反射镜的移动方向与反射面平行，即使反射镜的移动距离有误差，也不会影响光路长度。

实用中，所述辅助镜头的光学放大倍率是主镜头的两倍，根据不同的图像分辨率要求，通过控制气缸的动作，改变第二反射镜的位置，实现光路的切换，这样就构成两个光学放大倍率不同的光路。

采用上述双光学放大倍率的图像采集装置的图像采集控制处理系统，包括所述双光学放大倍率的图像采集装置、定位装置、控制及处理装置，所述控制及处理装置包括分别通过总线进行通信连接的定位装置控制器、图像采集卡、摄像控制器、图像处理模块、CPU、存储器、人机接口，其中：

所述双光学放大倍率图像采集装置安装在所述定位装置之间，所述定位装置控制器与定位装置连接；所述双光学放大倍率图像采集装置的光源、主相机、辅助相机分别与所述摄像控制器分别连接，所述摄像控制器用于实现所述光源照明的控制及所述主相机、辅助相机的图像采集；所述双光学放大倍率图像采集装置的主相机、辅助相机的信号输出端与所述图像采集卡分别连接，所述图像采集卡用于将相机采集的数字图像信号送给所述CPU处理或到所述存储器保存。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本图像采集装置具有两条光学放大倍率不同的光路，可以根据PCB电路板上元件的大小选择光路，获取不同分辨率的图像，保证了自动光学检查仪的快速性和准确性；

(2)通过反射镜切换光路，避免了反射光强的损失；

(3)利用这种图像采集结构，还可以方便地将原有单光学分辨率的检查仪升级为双光学分辨率检查仪，无需更换光源；

(4)整个图像采集装置及图像采集控制处理结构紧凑。

(5)本发明可用于诸如表面贴装技术行业的高速高精度自动光学检查，还可以用于零件表面检测等需要采用不同分辨率图像采集分析和处理的装置或应用中。

附图说明

图1是现有固定分辨率单相机图像采集装置示意图；

图2是采用分光镜的双光路图像采集装置示意图；

图3是本发明双光学放大倍率图像采集装置的正视图；

图4是本发明双光学放大倍率图像采集装置的俯视图；

图5是采用图4所示双光学放大倍率图像采集装置的图像采集控制处理系统结构框图。

图3～5中：1-主相机；2-主镜头；3-辅助相机；4-辅助镜头；5-第二反射镜；6-第一反射镜；7-气缸；8-光源；9-PCB(电路板)；10-图像采集装置；11-定位装置；12-控制及处理装置。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图3、4所示，本图像采集装置包括主相机1和辅助相机3、主镜头2和辅助镜头4、第二反射镜5和第一反射镜6、气缸7、光源8。

主相机1和主镜头2位于光源8正上方，光路对准光源中心孔；辅助相机3和辅助镜头4位于光源8的上方、主相机1和主镜头2的旁边，光路对准第一反射镜6，第一反射镜6把辅助相机3和辅助镜头4的光路折射到与主相机1光路正交；光源8位于电路板9上方，光源8发出的光照射到电路板9上，电路板的反射光通过光源8的中间圆孔向上反射；第二反射镜5装在光源8上方，通过气缸7推动，当气缸处于伸出状态时，第二反射镜5移动到光源8中心孔上方，把电路板9的反射光折射到第一反射镜6，经第一反射镜6作用折射到辅助镜头4，在辅助相机3成像；当气缸7处于收回状态时，第二反射镜5从光源8的中心孔移开，来自电路板9的反射光入射到主镜头2，在主相机1成像。第二反射镜5的移动方向与反射面平行，即使反射镜5移动距离有误差，也不会影响光路长度。实用中辅助镜头4的光学放大倍率是主镜头2的两倍，根据不同的图像分辨率要求，通过软件控制气缸7的动作，改变第二反射镜5的位置，实现光路的切换，这样就构成两个光学放大倍率不同的光路。

如图5所示，采用本双光学放大倍率图像采集装置10的图像采集控制处理系统，包括所述双光学放大倍率的图像采集装置、定位装置、控制及处理装置，所述控制及处理装置包括分别通过总线进行通信连接的定位装置控制器、图像采集卡、摄像控制器、图像处理模块、CPU、存储器、人机接口，其中：其中摄像控制器分别与光源8以及主相机1和辅助相机3连接，分别控制光源8的照明，和控制主相机1、辅助相机3的图像采集。图像采集卡与主相机1和辅助相机3的信号输出连接，将相机采集的数字图像信号送给CPU处理或保存到存储器。定位装置控制器与定位装置11连接，图像采集装置10安装在定位装置11上，采集图像时，按照指定的坐标信息，定位装置11将图像采集装置10送到指定位置，本双光学放大倍率图像采集装置10根据需要切换光路采集图像，图像采集过程由程序自动控制完成，采集的图像和处理结果保存在存储器内。

本图像采集装置具有两条光学放大倍率不同的光路，可以根据待测PCB电路板上元件的大小选择光路，获取不同分辨率的图像，保证了自动光学检查仪的快速性和准确性；通过反射镜切换光路，避免了反射光强的损失；利用这种图像采集结构，还可以方便地将原有单光学分辨率的检查仪升级为双光学分辨率检查仪，无需更换光源；整个图像采集装置及图像采集控制处理系统结构紧凑。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。本发明虽然针对应用于电路板装配的自动光学检查仪进行叙述，但其使用范围并不局限于自动光学检查，还可以用于零件表面检测等需要采用不同分辨率图像采集分析和处理的装置或应用中。

Claims (4)

1.双光学放大倍率图像采集装置，其特征在于：包括主相机和辅助相机，光学放大倍率不同的主镜头和辅助镜头，第一、第二反射镜，一个气缸，一个光源；其中：

所述主相机和主镜头位于光源正上方，光路对准光源中心孔；辅助相机和辅助镜头也位于光源的上方，且位于主相机和主镜头的旁边；辅助相机和辅助镜头的光路对准第一反射镜，第一反射镜把辅助相机和辅助镜头的光路折射到与主相机光路正交；光源位于待测电路板上方，光源发出的光照射到待测电路板上，待测电路板的反射光通过光源的中间圆孔向上反射；第二反射镜装在光源上方，与气缸驱动连接；所述气缸处于伸出状态时，第二反射镜移动到光源中心孔上方，待测电路板的反射光折射到第一反射镜，经第一反射镜再折射到辅助镜头，在辅助相机成像；所述气缸处于收回状态时，第二反射镜从光源的中心孔移开，待测电路板的反射光入射到正上方主镜头，在主相机成像。

2.根据权利要求1所述双光学放大倍率图像采集装置，其特征在于：第二反射镜的移动方向与反射面平行。

3.根据权利要求1所述双光学放大倍率图像采集装置，其特征在于：实用中，所述辅助镜头的光学放大倍率是主镜头的两倍。

4.采用权利要求1-3任一项所述双光学放大倍率的图像采集装置的图像采集控制处理系统，其特征在于：包括所述双光学放大倍率的图像采集装置、定位装置、控制及处理装置，所述控制及处理装置包括分别通过总线进行通信连接的定位装置控制器、图像采集卡、摄像控制器、图像处理模块、CPU、存储器、人机接口，其中：

所述双光学放大倍率图像采集装置安装在所述定位装置之间，所述定位装置控制器与定位装置连接；所述双光学放大倍率图像采集装置的光源、主相机、辅助相机分别与所述摄像控制器分别连接，所述摄像控制器用于实现所述光源照明的控制及所述主相机、辅助相机的图像采集；所述双光学放大倍率图像采集装置的主相机、辅助相机的信号输出端与所述图像采集卡分别连接，所述图像采集卡用于将相机采集的数字图像信号送给所述CPU处理或到所述存储器保存。

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