CN115980061A - 一种基于点云数据的电路板针脚高度检测装置和方法 - Google Patents

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王飞阳
庄金雷
高靖
赵立军
曹雏清
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Abstract

本发明揭示了一种基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,装置的基座上设有滑槽,所述滑槽上设有与其配合的滑块,所述滑块用于固定待检产品,所述滑槽的末端为检测区域,所述检测区域的上方通过支架固定有相机,所述相机向下采集待检产品图像信息并输送至控制器。本发明是一种基于点云数据的电路板针脚高度检测方法,使用3D扫描相机拍摄针脚点云数据,可以利用高精度的3D点云数据准确测量针脚的高度和位置信息,不仅能够准确的测量针脚高度还能够更为精确的检测出针脚倾斜缺陷,有助于工厂提高生产效率和出货品质。

Description

一种基于点云数据的电路板针脚高度检测装置和方法
技术领域
本发明涉及三维视觉检测领域,具体涉及基于点云数据的电路板针脚高度检测领域。
背景技术
针脚是电路板连接器中用来完成电(信号)的导电(传输)的一种金属物质,它是电气接插件的关键部件,影响着电气产品的质量。电路板针脚通常由针体和针头部组成,比较常见的针体是圆柱体,针头部为近似锥台形状,当然根据工艺不同也存在各种其他几何形状的针体和针头部。电路板针脚检测错误会导致后续产品故障率提高,影响后续产品的稳定性。
传统的检测电路板针脚外观缺陷问题的方法是工作人员目检或采用检验工具来检测,这种途径需要大量的劳动力,且检测精度和效率都很低,还容易对电路板针脚造成二次伤害,检测结果不理想。
目前也有自动化的检测装置,例如申请号为201620087650.9,专利名称为《基于机器视觉的针脚倾斜缺陷检测装置》的公开文献,公开了一种基于机器视觉的针脚倾斜缺陷检测装置,包括载物平台、XYZ线性模组、工业相机、光源系统和针脚倾斜缺陷检测器,待检测电路板放置在载物平台上,工业相机安装在XYZ线性模组的Z轴直线滑台上,XYZ线性模组安装在载物平台的上方,光源系统与工业相机配合完成对待检测元器件的图像采集工作;工业相机通过数据线传输给针脚倾斜缺陷检测器,针脚倾斜缺陷检测器包括用于采集待检测电路板图像的图像采集模块,以及用于检测针脚目标区域的单个针脚与相邻针脚的间距,如果间距与正常针脚间距的差值大于预设阈值则判断该元器件存在倾斜的针脚图像处理模块,图像采集模块与的针脚图像处理模块连接。
上述方案虽然实现了自动化的检测,但是装置结构复杂,会增加设备投入成本,并且检测效果精度一般,无法满足高效、准确检测的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是电路板上针脚高度测量问题,实现一种通过3D扫描相机拍摄点云数据,实现电路板上针脚高度检测的装置和方法。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,装置的基座上设有滑槽,所述滑槽上设有与其配合的滑块,所述滑块用于固定待检产品,所述滑槽的末端为检测区域,所述检测区域的上方通过支架固定有相机,所述相机向下采集待检产品图像信息并输送至控制器。
所述滑块的上表面设有用于限制待检产品的凹槽。
所述滑槽由两条平行的滑轨构成,所述滑块的两侧嵌入在滑轨内,所述滑块上设有动力源,所述动力源驱动滑块沿着滑槽滑动,所述控制器连接并输出驱动信号至动力源。
所述滑槽的末端竖直固定有挡板,所述挡板朝向滑块一侧设有用于接触滑块的行程开关,所述行程开关连接并输出感应信号至控制器。
所述检测区域的滑轨之间设有固定在基座上的限位机构,所述限位机构为电动控制的上下伸缩机构,所述限位机构为升起状态时阻挡滑块在滑轨上滑动,所述限位机构与挡板的间距略大于滑块的长度,所述限位机构落下状态时不干涉滑块在滑轨上滑动,所述控制器连接并输出控制信号至限位机构。
所述控制器连接并输出检测结果信号至生产线控制设备,所述控制器连接并输出报警信号至报警器。
所述相机为面结构光3D相机或线激光3D扫描相机,所述相机旁的支架上固定有光源。
一种基于点云数据的电路板针脚高度检测方法,包括以下步骤:
1)滑块携带产品输送至检测区域;
2)相机拍照并输送至控制器,控制器根据图片信息判断待检产品是否合格,若不合格则报警并将信息反馈至生产线控制设备;
3)滑块携带已测产品返回。
所述2中控制器对图片的处理方法如下:
将图片使用高斯滤波方法过滤点云噪点,再通过直通滤波方法根据相机到被测电路板的距离分割得到电路板基面的点云数据;
对电路板基面的点云数据进行平面拟合,得到电路板基面平面参数;
根据电路板基面平面参数建立以电路板基面为xoy平面的参考坐标系;
将扫描得到的整体点云转换到参考坐标系;
通过直通滤波方法过滤电路板上基面和高度较低的元器件的点云数据;
再根据针脚的形状尺寸信息和被测产品针脚的大致位置信息,分割出多个针脚整体点云数据;
对分割出的多个针脚整体点云数据进一步通过欧式距离聚类分割得到单个的针脚点云数据,并计算出每个针脚在参考坐标系下的位置坐标;
在每个针脚点云数据附近根据每个针脚在参考坐标系下的位置坐标选取平面度较好的点云区域作为电路板基准面测量点,提取测量点位置的点云数据,进行平面拟合,得到基准平面;
对每个的针脚点云数据进行均值平滑滤波去除噪点,然后计算每个针脚点云中的点到基准平面的距离最大值,获得每个针脚的高度;
将每个测量针脚的高度与相应针脚的标准区间比较,若任一个针脚的高度在其标准区间之外,则判定产品不合格。
所述1)中,驱动动力源前进,当滑块接触到行程开关,则关闭动力源,并控制限位机构上升,所述3)中,当相机拍照后,控制限位机构下降,驱动动力源回退。
本发明是一种基于点云数据的电路板针脚高度检测方法,使用3D扫描相机拍摄针脚点云数据,可以利用高精度的3D点云数据准确测量针脚的高度和位置信息,不仅能够准确的测量针脚高度还能够更为精确的检测出针脚倾斜缺陷,有助于工厂提高生产效率和出货品质。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明:
图1为基于点云数据的电路板针脚高度检测装置结构示意图;
图2为基于点云数据的电路板针脚高度检测方法控制流程图;
上述图中的标记均为:1、相机;2、滑槽;3、待测产品;4、限位机构;5、支架;6、滑块;7、挡板。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等,作进一步详细的说明,以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
基于点云数据的电路板针脚高度检测装置如图1所示,装置的基座上设有滑槽2,滑槽2的末端为检测区域,并且在滑槽2的末端竖直固定有挡板7,挡板7可以阻挡滑块6滑出滑槽2,并且能够配合限位机构4可靠的固定滑块6,保证待测产品3相对相机1的位置更为准确,滑槽2上设有与其配合的滑块6,滑槽2由两条平行的滑轨构成,滑块6的两侧嵌入在滑轨内,滑块6上设有动力源,例如由电机驱动的齿轮,齿盘可以与沿着滑轨布置的齿条啮合,从而实现驱动滑块6沿滑槽2滑动。
滑块6用于固定待检产品,具体可以在滑块6的上表面设有用于限制待检产品的凹槽,即凹槽的外形与待测产品3的外形相同,相互间隙配合,从而能够让待测产品3可靠的固定在滑块6上,检测区域的上方通过支架5固定有相机1,相机1向下采集待检产品图像信息并输送至控制器。此外在相机1旁的支架5上还可以固定一个光源,保证相机1拍摄的清晰度。相机1可以使用线激光3D扫描相机1采集点云外,还可以使用面结构光3D相机1拍摄3D点云进行电路板上针脚高度测量,相比于线激光3D扫描相机1,使用面结构光3D相机1不需要线性扫描机构能够直接拍摄点云,精简了执行机构,同时拍摄点云的速度更快。
检测区域的滑轨之间设有固定在基座上的限位机构4,限位机构4就是一个固定在基座上的伸缩杆,限位机构4为电动控制的上下伸缩,限位机构4为升起状态时阻挡滑块6在滑轨上滑动,限位机构4与挡板7的间距略大于滑块6的长度,限位机构4落下状态时不干涉滑块6在滑轨上滑动,控制器连接并输出控制信号至限位机构4,则限位机构4可以配合挡板7将滑块6可靠的固定在检测区域,为了能够智能的控制装置自动运行,
挡板7朝向滑块6一侧设有用于接触滑块6的行程开关,当滑块6滑动到滑槽2末端会接触到挡板7上的行程开关,行程开关连接并输出感应信号至控制器,让控制器知晓滑块6已经到达检测区域,控制器连接并输出驱动信号至动力源,根据行程开关的信号控制动力源的工作状态。控制器连接并输出检测结果信号至生产线控制设备,可以与生产线控制设备联动,同时控制器连接并输出报警信号至报警器,可以自行进行报警,提示出现了不合格的产品。
上述3D点云扫描装置结构如下图所示,检测系统采用直线模组搭载线激光3D相机1,对待检产品进行3D扫描,通过从扫描获取的3D点云中识别针脚,并计算针脚到参考平面的距离;在进料方向增加限位机构4,检测到产品进入后,限位机构4伸出挡杆将产品挡住,然后启动模组对产品进行扫描并判断针脚高度;完成判断后,检测系统将结果通过约定方式和协议发送给产线,并放行产品,以便产线进一步生产或剔除。
一种基于点云数据的电路板针脚高度检测方法,包括以下步骤:
1)驱动动力源前进,当滑块6接触到行程开关,则关闭动力源,并控制限位机构4上升,则滑块6携带产品输送至检测区域,
2)相机1拍照并输送至控制器,控制器根据图片信息判断待检产品是否合格,若不合格则报警并将信息反馈至生产线控制设备;
1、根据3D扫描相机1的安装位置使用高斯滤波方法过滤点云噪点,再通过直通滤波方法根据相机1到被测电路板的距离分割得到电路板基面的点云数据;
2、对电路板基面的点云数据进行平面拟合,得到电路板基面平面参数;
3、根据电路板基面平面参数建立以电路板基面为xoy平面的参考坐标系;
4、将扫描得到的整体点云转换到参考坐标系;
5、通过直通滤波方法过滤电路板上基面和高度较低的元器件的点云数据;
6、再根据针脚的形状尺寸信息和被测产品针脚的大致位置信息,分割出多个针脚整体点云数据;
7、对分割出的多个针脚整体点云数据进一步通过欧式距离聚类分割得到单个的针脚点云数据,并计算出每个针脚在参考坐标系下的位置坐标;
8、在每个针脚点云数据附近根据每个针脚在参考坐标系下的位置坐标选取平面度较好的点云区域作为电路板基准面测量点,提取测量点位置的点云数据,进行平面拟合,得到基准平面;
9、对每个的针脚点云数据进行均值平滑滤波去除噪点,然后计算每个针脚点云中的点到基准平面的距离最大值,即为每个针脚的高度;
10、将每个测量针脚的高度与相应针脚的标准区间比较,若任一个针脚的高度在其标准区间之外,则判定产品不合格。
3)当相机1拍照后,控制限位机构4下降,驱动动力源回退,则滑块6携带已测产品返回。
本发明采用3D扫描相机1采集3D点云使用机器视觉方法用于电路板上针脚高度测量,无需进行人工目检或采用检验工具来检测,能够更加快速准确的实现针脚高度测量;在针脚点云数据附近选取电路板基面测量点,能够克服电路板表面凹凸不平造成的基准平面计算不准的问题,拟合出更加精准的基准平面,保证了针脚高度测量的准确性;使用扫描的点云测量电路板上针脚高度,相比于单点测量,能够显著减少测量的随机误差;通过机器视觉进行电路板上针脚高度自动测量,能够降低成本、提高生产效率和工业自动化水平。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,其特征在于:装置的基座上设有滑槽,所述滑槽上设有与其配合的滑块,所述滑块用于固定待检产品,所述滑槽的末端为检测区域,所述检测区域的上方通过支架固定有相机,所述相机向下采集待检产品图像信息并输送至控制器。
2.根据权利要求1所述基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,其特征在于:所述滑块的上表面设有用于限制待检产品的凹槽。
3.根据权利要求2所述基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,其特征在于:所述滑槽由两条平行的滑轨构成,所述滑块的两侧嵌入在滑轨内,所述滑块上设有动力源,所述动力源驱动滑块沿着滑槽滑动,所述控制器连接并输出驱动信号至动力源。
4.根据权利要求3所述基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,其特征在于:所述滑槽的末端竖直固定有挡板,所述挡板朝向滑块一侧设有用于接触滑块的行程开关,所述行程开关连接并输出感应信号至控制器。
5.根据权利要求4所述基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,其特征在于:所述检测区域的滑轨之间设有固定在基座上的限位机构,所述限位机构为电动控制的上下伸缩机构,所述限位机构为升起状态时阻挡滑块在滑轨上滑动,所述限位机构与挡板的间距略大于滑块的长度,所述限位机构落下状态时不干涉滑块在滑轨上滑动,所述控制器连接并输出控制信号至限位机构。
6.根据权利要求1-5中任一所述基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,其特征在于:所述控制器连接并输出检测结果信号至生产线控制设备,所述控制器连接并输出报警信号至报警器。
7.根据权利要求6所述基于点云数据的电路板针脚高度检测装置,其特征在于:所述相机为面结构光3D相机或线激光3D扫描相机,所述相机旁的支架上固定有光源。
8.一种基于点云数据的电路板针脚高度检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)滑块携带产品输送至检测区域;
2)相机拍照并输送至控制器,控制器根据图片信息判断待检产品是否合格,若不合格则报警并将信息反馈至生产线控制设备;
3)滑块携带已测产品返回。
9.根据权利要求8所述基于点云数据的电路板针脚高度检测方法,其特征在于:所述2中控制器对图片的处理方法如下:
将图片使用高斯滤波方法过滤点云噪点,再通过直通滤波方法根据相机到被测电路板的距离分割得到电路板基面的点云数据;
对电路板基面的点云数据进行平面拟合,得到电路板基面平面参数;
根据电路板基面平面参数建立以电路板基面为xoy平面的参考坐标系;
将扫描得到的整体点云转换到参考坐标系;
通过直通滤波方法过滤电路板上基面和高度较低的元器件的点云数据;
再根据针脚的形状尺寸信息和被测产品针脚的大致位置信息,分割出多个针脚整体点云数据;
对分割出的多个针脚整体点云数据进一步通过欧式距离聚类分割得到单个的针脚点云数据,并计算出每个针脚在参考坐标系下的位置坐标;
在每个针脚点云数据附近根据每个针脚在参考坐标系下的位置坐标选取平面度较好的点云区域作为电路板基准面测量点,提取测量点位置的点云数据,进行平面拟合,得到基准平面;
对每个的针脚点云数据进行均值平滑滤波去除噪点,然后计算每个针脚点云中的点到基准平面的距离最大值,获得每个针脚的高度;
将每个测量针脚的高度与相应针脚的标准区间比较,若任一个针脚的高度在其标准区间之外,则判定产品不合格。
10.根据权利要求8或9所述基于点云数据的电路板针脚高度检测方法,其特征在于:所述1)中,驱动动力源前进,当滑块接触到行程开关,则关闭动力源,并控制限位机构上升,所述3)中,当相机拍照后,控制限位机构下降,驱动动力源回退。
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