CN114544671A - 一种基于双波段偏振成像的pcb板缺陷图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，包括遮光外壳、及位于其内的图像采集模块和调节机架。图像采集模块包括：转接件，包括水平顶面和45°倾斜侧面，水平顶面开设有一通孔；分光镜，安装在转接件的倾斜侧面；可见光偏振相机，位于水平顶面的上方，其镜头朝下设置，且其光心与通孔同轴；红外偏振相机，水平设置于转接件的侧方，其镜头朝向分光镜，且其光心与分光镜同轴；底板位于转接件的下方；调节机架包括：三个调节装置，分别连接于转接件、可见光偏振相机和红外偏振相机。解决了现有基于可见光的采集装置由于信息源单一造成的检测准确度低，图片质量易受环境光影响的问题。

Description

一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置

技术领域

本发明属于图像采集技术领域，具体涉及一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置。

背景技术

印刷PCB板(PCB)是当代各种电子产品的基本结构单元，它能够极大减少布线和组装过程中出现的错误的几率，节省空间的同时提高自动化生产的效率。近年来，随着生产工艺的改进和新技术的不断出现，印刷PCB板正朝着高密度、轻量型方向发展。现有的检测方法，如人工目视检测依赖于工人的经验，主观性强，效率低下，很难满足现代工业高速，高准确度的检测要求，且随着PCB体积越来越小人眼的空间分辨率有限，检测结果不确定性大，歧义性大；而电子检测属于接触式检测,检测传感器与被检测对象直接接触,存在因物理接触而发生故障的风险,并且对日益密集的PCB板的检测效率与精度较低。而光学检测技术通过采用光学照明和图像传感技术获取待检测印刷PCB板的信息，通过后端的数字图像处理技术进行检测。作为一种无损快速准确的检测手段，基于光学的检测技术已经成为当前印刷PCB板缺陷检测的主体发展方向。

但是基于光学的检测存在以下问题：

1)现有的图像采集设备主要通过工业相机拍摄PCB板的可见光强度图像，无法识别部分缺陷，当缺陷部分所占像素在整体图像中的比例过小：如边缘的细小的毛刺，或缺陷部分和整体图像的灰度差异过小：如线路细小的断路和通孔的虚焊，现有的强度图无法提供有效的差异信息给后续的检测算法进行处理，从而造成漏检。

2)同时可见光强度图易受环境光的影响，由光照条件不一致而导致成像偏差，从而会造成误检。

3)此外目前基于光学检测技术在国外已较为成熟，已经有检测效果相对较好的设备，但体积较大，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，以解决现有基于可见光的采集装置由于信息源单一造成的检测准确度低，图片质量易受环境光影响的问题。

本发明采用以下技术方案：一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，包括遮光外壳、及位于其内的图像采集模块和调节机架；

所述图像采集模块具体包括：

一转接件，包括水平顶面和45°倾斜侧面，所述水平顶面开设有一通孔；

一分光镜，安装在所述转接件的倾斜侧面；

一可见光偏振相机，位于所述水平顶面的上方，其镜头朝下设置，且其光心与所述通孔同轴；

一红外偏振相机，水平设置于所述转接件的侧方，其镜头朝向所述分光镜，且其光心与所述分光镜同轴；

一底板，位于所述转接件的下方，用于放置待检测印刷PCB板；

所述调节机架具体包括：

三个调节装置，分别连接于所述转接件、所述可见光偏振相机和所述红外偏振相机，分别用于调节所述转接件、所述可见光偏振相机和所述红外偏振相机的高度、以及相互之间的角度；

其中，所述分光镜，用于使得可见光偏振相机和红外偏振相机同时采集到待检测印刷PCB板在可见光及红外波段的强度图像及偏振图像。

进一步的，调节装置具体包括：

竖直设置在所述底板上的两个支撑杆，所述可见光偏振相机和转接件分别通过可拆卸连接装置安装在同一个所述支撑杆上，所述红外偏振相机通过可拆卸连接装置安装在另一个所述支撑杆上。

进一步的，三个所述连接装置均包括一相机夹具和转换器，每个相机夹具的一端分别固连于所述可见光偏振相机、所述红外偏振相机和转接件的一侧，每个相机夹具的另一端通过转换器安装在所述支撑杆上。

进一步的，还包括一照明装置，其包括平行且相对设置的两个光源，两个所述光源位于所述转接件和所述底板之间，且等距分布于所述可见光偏振相机和红外偏振相机两侧，可其用于为所述待检测印刷PCB板提供充足亮度。

进一步的，照明装置通过转换器安装在任意一个所述支撑杆上。

进一步的，照明装置连接有光源控制器。

本发明采用的第二种技术方案是，一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置的采集方法，包括以下内容：

S1、通过转换器8调节光源、可见光偏振相机、红外偏振相机、分光镜的垂直和水平位置，相机夹具微调可见光偏振相机和红外偏振相机的水平位置，使得可见光偏振相机、分光镜的中心在同一垂直线上，红外偏振相机和分光镜的中心在同一水平线上，同时光源等距分布在相机两侧；

S2、调节光源的照射角度，通过光源控制器调节光源的亮度，配置一个低角度的光照环境；调节两个相机的焦距和光圈大小；

S3、将待检测印刷PCB板放置在底板的中心位置，根据预览图片，对光源和两个相机的位置进行微调，使得待检测印刷PCB板在相机的中心成像，通过两个相机采集得到待检测印刷PCB板的可见光强度图像、可见光偏振图像、红外强度图像和红外偏振图像。

本发明的有益效果是：

1)采用分光光路和可见光偏振相机、红外偏振相机可以同时采集到印刷PCB板同一时刻的可见光强度图像，可见光偏振图像，红外强度图像，红外偏振图像，为后续的检测提供全面的，互补的图像信息；

2)采用可调节机械架构，可以根据不同尺寸的印刷PCB板进行相机视场调节，进行光源高度、角度、亮度的调节，从而构造低角度光照环境，避免印刷PCB板的高反光；同时外部的遮光外壳可以避免环境光的干扰。

附图说明

图1为本发明一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置的结构示意图；

图2为本发明一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置去掉遮光外壳后的结构示意图；

图3为本发明一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置图像采集模块部分的放大示意图。

其中，1.可见光偏振相机，2.红外偏振相机，3.分光镜，4.光源，5.底板，6.支撑杆，7.固定螺栓，8.转换器，9.相机夹具，10.转接件，11.光源夹，12.光源控制器，13.遮光外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，如图1-3所示，包括遮光外壳13、及位于其内的图像采集模块和调节机架。

其中，图像采集模块具体包括：转接件10、分光镜3、可见光偏振相机1、红外偏振相机2和底板5。转接件10包括水平顶面和45°倾斜侧面，水平顶面开设有一通孔；分光镜3安装在该转接件10的倾斜侧面；可见光偏振相机1位于该水平顶面的上方，其镜头朝下设置，且其光心与该通孔同轴；红外偏振相机2水平设置于该转接件10的侧方，其镜头朝向该分光镜3，且其光心与该分光镜3同轴；底板5位于该转接件10的下方，用于放置待检测印刷PCB板。

其中，分光镜可透射可见光，反射红外，可通过可见光偏振相机同时采集到可见光强度图像和可见光偏振图像，红外偏振相机同时采集到红外强度图像和红外偏振图像。该分光镜用于使得可见光偏振相机1和红外偏振相机2同时采集到待检测印刷PCB板在可见光及红外波段的强度图像及偏振图像。采用分光光路和可见光偏振相机、红外偏振相机可以同时采集到印刷PCB板同一时刻的可见光强度图像，可见光偏振图像，红外强度图像，红外偏振图像，为后续的检测提供全面的，互补的图像信息。

其中，调节机架具体包括三个调节装置。三个调节装置分别连接于转接件10、可见光偏振相机1和红外偏振相机2，分别用于调节该转接件10、该可见光偏振相机1和该红外偏振相机2的高度、以及相互之间的角度。可以根据不同尺寸的印刷PCB板进行相机视场调节，进行光源高度、角度、亮度的调节，从而构造低角度光照环境，避免印刷PCB板的高反光；同时外部的遮光外壳可以避免环境光的干扰。

所述调节装置具体包括：竖直设置在底板5上的两个支撑杆6，可见光偏振相机1和转接件10分别通过可拆卸连接装置安装在同一个支撑杆6上，红外偏振相机2通过连接装置安装在另一个支撑杆6上。三个连接装置均包括一相机夹具9和转换器8，每个相机夹具9的一端分别固连于可见光偏振相机1、红外偏振相机2和转接件10的一侧，每个相机夹具9的另一端通过转换器8安装在支撑杆6上。

本发明的一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置还包括一照明装置，其包括平行且相对设置的两个光源4，两个光源4位于转接件10和底板5之间，且等距分布于可见光偏振相机1和红外偏振相机2两侧，其用于为待检测印刷PCB板提供充足亮度。照明装置通过转换器8安装在任意一个支撑杆6上。照明装置连接有光源控制器12，光源控制器12设置在遮光外壳13外。光源4通过光源夹和转换器固定在支撑杆6上，通过光源夹及转换器可调节光源和印刷PCB板的距离和照明角度，通过光源控制器调节光源的亮度。

可见光偏振相机和红外偏振相机通过相机夹具9、转换器固定在支撑杆上，分光镜通过转接件和转换器固定在支撑杆上，光源通过光源夹及转换器固定在支撑杆上，光源控制器和光源相连，支撑杆通过固定螺栓和底板固定在一起，上述设备模块放置在遮光外壳内。

机械架构包括底板、竖直支撑杆、固定螺栓、转换器、相机夹具9、转接件、光源夹、遮光外壳；机械架构采用支撑杆及转换器调节可见光偏振相机、红外偏振相机、分光镜和光源的垂直位置和一个水平方向位置，相机通过相机夹具9、转换器和支撑杆相连，相机夹具9可以实现相机另一个水平方向的移动，分光镜通过转接件及转换器和固定杆相连，光源通过光源夹，转换器和支撑杆相连，同时光源夹可以实现光源0-90度范围的角度调节；支撑杆通过固定螺栓与底板相连，两个支撑杆可以拼接，扩大整体设备的垂直调节范围，可拆卸方便携带。

本发明提出一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，所述装置包括机械架构、图像采集模块和光源模块。通过可见光偏振相机和红外偏振相机对PCB板裸板进行图像采集，通过分光镜，两个相机可以采集到同一场景下可见光及长波红外波段的强度图像及偏振图像。该发明装置设计合理，图像采集稳定性好，能够提供多源的图像信息，且体积较小成本低，方便调节，便于配置在各种生产环境中。

本发明一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置的图像采集方法如下：

S1、通过转换器8调节光源4、可见光偏振相机1、红外偏振相机2、分光镜3的垂直和水平位置，相机夹具9微调可见光偏振相机1和红外偏振相机2的水平位置，使得可见光偏振相机1、分光镜3的中心在同一垂直线上，红外偏振相机2和分光镜3的中心在同一水平线上，同时光源4等距分布在相机两侧；

打开光源4，调节光源4的照射角度，通过光源控制器12调节光源4的亮度，配置一个低角度的光照环境；

S2、接通可见光偏振相机1和红外偏振相机2，打开两个相机的采集软件，根据图像的清晰度调节相机的焦距和光圈大小；

S3、将待检测印刷PCB板放置在底板5的中心位置，根据预览图片，对光源4，两个相机的位置进行进一步的微调，使得待检测印刷PCB板在相机的中心成像。根据需要调节相机的帧率，进行图像采集，处理或储存。

其中，可见光偏振相机1和红外偏振相机2尽量贴近转接件10，以保证两个相机的视野范围内只包含待检测印刷PCB板。

实施例

参见图1-图3，本发明提供一种技术方案：一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置。可见光偏振相机1和红外偏振相机2通过相机夹具9、转换器8固定在支撑杆6上，分光镜3通过转接件10和转换器8固定在支撑杆6上，光源4通过光源夹11及转换器8固定在支撑杆6上，光源控制器12和光源4相连，支撑杆6通过固定螺栓7和底板5固定在一起，上述设备模块放置在遮光外壳13内，放置在光学平台上。可见光偏振相机1和红外偏振相机2，光源4和支撑杆6连接在一起，可通过转换器8进行垂直和水平方向的移动，通过光源夹11和光源控制器12可调节光源的角度和亮度。

机械架构包括底板5、支撑杆6、固定螺栓7、转换器8、相机夹具9、转接件10、光源夹11、遮光外壳13；机械架构采用支撑杆6及转换器8调节可见光偏振相机1，红外偏振相机2，分光镜3和光源4的垂直位置和水平一个方向位置，相机1、2通过相机夹具9，转换器8和支撑杆6相连，相机夹具9可以实现相机水平另一个方向的移动，分光镜3通过转接件10及转换器8和支撑杆6相连，光源4通过光源夹11，转换器8和支撑杆6相连，同时光源夹11可以实现光源0-90度的角度调节；支撑杆6通过固定螺栓7和底板5相连，进一步两个支撑杆可以拼接，扩大整体设备的垂直调节范围，可拆卸方便携带。

图像采集模块包括可见光偏振相机1、红外偏振相机2、分光镜3；通过分光镜3可以将可见光透射，红外反射，通过可见光偏振相机1同时采集到可见光强度图像和可见光偏振图像，通过红外偏振相机2同时采集到红外强度图像和红外偏振图像；其中可见光偏振相机1型号为Sony IMX250MZR,集成0°、45°、90°、135°偏振滤光器，分辨率2048x2448，帧率可调，红外偏振相机2成像波段为8-14微米，集成0°、45°、90°、135°偏振滤光器，分辨率为512x640，分光镜3尺寸为2英寸，反射8-12微米红外波段，反射率为95％，透射400–700纳米可见光波段，透射为70％。

光源模块包括光源4和光源控制器12；光源4通过光源夹11和转换器8固定在支撑杆6上，通过光源夹11及转换器8调节光源4和印刷PCB板的距离和照明角度，通过光源控制器12调节光源4的亮度，其中光源4为白光，色温为6500K，通过控制器12可进行三档亮度调节。

针对现有的基于可见光强度图的检测对部分缺陷误检漏检的情况，如细小的毛刺，线路和底板颜色差异小的断路、短路，不易识别的虚焊孔等，该采集装置通过双波段的分光光路和集成式的偏振相机，能够采集PCB板裸板同一时刻下的可见光及红外波段的强度图像和偏振图像，获取缺陷部位的包含热辐射量，材质，表面法线等信息的红外强度及偏振图片，有效解决了现有的基于可见光的采集装置由于信息源单一造成的检测准确度低，图片质量易受环境光影响等问题，可为多源信息融合检测，提高检测性能提供坚实的基础。

由于物体反射和辐射分别产生的可见光和红外信息，存在互补性，如在灰度差异小的情况下，缺陷由于和周围其他部分的辐射量不同，从而在红外图像上体现，因此可以利用可见光和红外相机对印刷PCB板进行联合成像，丰富被测目标的特征，以提高检测的准确性。同时物体在反射、辐射的过程中，都会产生由其自身性质决定的偏振特征，印刷PCB板的底板和布线分别为塑料和金属，表面分布不同，利用材质和表面分布的差异获取印刷PCB板的偏振特征可以为其提供传统强度方法无法获取的信息。

Claims (7)

1.一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，其特征在于，包括遮光外壳(13)、及位于其内的图像采集模块和调节机架；

所述图像采集模块具体包括：

一转接件(10)，包括水平顶面和45°倾斜侧面，所述水平顶面开设有一通孔；

一分光镜(3)，安装在所述转接件(10)的倾斜侧面；

一可见光偏振相机(1)，位于所述水平顶面的上方，其镜头朝下设置，且其光心与所述通孔同轴；

一红外偏振相机(2)，水平设置于所述转接件(10)的侧方，其镜头朝向所述分光镜(3)，且其光心与所述分光镜(3)同轴；

一底板(5)，位于所述转接件(10)的下方，用于放置待检测印刷PCB板；

所述调节机架具体包括：

三个调节装置，分别连接于所述转接件(10)、所述可见光偏振相机(1)和所述红外偏振相机(2)，分别用于调节所述转接件(10)、所述可见光偏振相机(1)和所述红外偏振相机(2)的高度、以及相互之间的角度；

其中，所述分光镜，用于使得可见光偏振相机(1)和红外偏振相机(2)同时采集到待检测印刷PCB板在可见光及红外波段的强度图像及偏振图像。

2.如权利要求1所述的一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，其特征在于，所述调节装置具体包括：

竖直设置在所述底板(5)上的两个支撑杆(6)，所述可见光偏振相机(1)和转接件(10)分别通过可拆卸连接装置安装在同一个所述支撑杆(6)上，所述红外偏振相机(2)通过可拆卸连接装置安装在另一个所述支撑杆(6)上。

3.如权利要求2所述的一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，其特征在于，三个所述连接装置均包括一相机夹具(9)和转换器(8)，每个相机夹具(9)的一端分别固连于所述可见光偏振相机(1)、所述红外偏振相机(2)和转接件(10)的一侧，每个相机夹具(9)的另一端通过转换器(8)安装在所述支撑杆(6)上。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，其特征在于，还包括一照明装置，其包括平行且相对设置的两个光源(4)，两个所述光源(4)位于所述转接件(10)和所述底板(5)之间，且等距分布于所述可见光偏振相机(1)和红外偏振相机(2)两侧，可其用于为所述待检测印刷PCB板提供充足亮度。

5.如权利要求4所述的一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，其特征在于，所述照明装置通过转换器(8)安装在任意一个所述支撑杆(6)上。

6.如权利要求4所述的一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置，其特征在于，所述照明装置连接有光源控制器(12)。

7.一种基于双波段偏振成像的PCB板缺陷图像采集装置的采集方法，其特征在于，包括以下内容：

S1、通过转换器8调节光源(4)、可见光偏振相机(1)、红外偏振相机(2)、分光镜(3)的垂直和水平位置，相机夹具(9)微调可见光偏振相机(1)和红外偏振相机(2)的水平位置，使得可见光偏振相机(1)、分光镜(3)的中心在同一垂直线上，红外偏振相机(2)和分光镜(3)的中心在同一水平线上，同时光源(4)等距分布在相机两侧；

S2、调节光源(4)的照射角度，通过光源控制器(12)调节光源(4)的亮度，配置一个低角度的光照环境；调节两个相机的焦距和光圈大小；

S3、将待检测印刷PCB板放置在底板(5)的中心位置，根据预览图片，对光源(4)和两个相机的位置进行微调，使得待检测印刷PCB板在相机的中心成像，通过两个相机采集得到待检测印刷PCB板的可见光强度图像、可见光偏振图像、红外强度图像和红外偏振图像。

Images