CN206074473U - 应用于pcb板自动光学检测设备的光学系统和光学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统和光学装置，其中，光学系统包括相机、工作台、正射光系统和侧射光系统，所述相机设置于所述工作台的上方，所述正射光系统设置于所述工作台与所述相机之间，所述工作台水平放置有PCB板，所述正射光系统为水平设置；所述正射光系统包括正射光结构，所述正射光结构包括沿水平位置相对固定的光源和分光镜，所述光源发出的正射光线经所述分光镜，沿垂直于水平面的方向反射于所述PCB板，所述相机捕获由所述PCB板反射垂直于水平面向上的正射光线；所述相机捕获由所述PCB板反射垂直于水平面向上的侧射光线。本实用新型技术方案能准确有效的在相机采集的图像上呈现出电路板存在的缺陷，且结构简单、成本低。

Description

应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统和光学装置

技术领域

本实用新型涉及光学技术领域，特别涉及一种应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统和包括该光学系统的光学装置。

背景技术

印制电路板是集成、安装各种电子元件的载体，在电子产品中具有重要作用。对印制电路板进行检测的光学系统，是用高精密运动平台搭载高分辨率线扫描相机，对单层电路板进行成像分析，检测出电路板上的“短路、开路、线宽线距超公差、缺口、凸铜、凹铜、针孔、残铜、缺孔、孔塞、破孔、缺铜、尺寸与位置错误”等缺陷。

现有技术中，用于检测电路板的光学系统中的正射光源不能完全垂直照射于待检测的电路板上，通常会存在一定角度，会影响到光的反射率，并且不利于检测电路板上的缺陷；即使能将正射光源垂直照射于待检测电路板，正射光源会将用于获取反射光线的相机进行遮挡，无法正确获取检测图像。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种光学系统，旨在使光学系统中的正射光线能够垂直有效的照射于待检测的电路板上，且发出正射光线的正射光系统不会对相机进行遮挡，能有效的检测出电路板存在的缺陷，且结构简单、成本低。

为实现上述目的，本实用新型提出的光学系统包括相机、工作台、正射光系统和侧射光系统，所述相机设置于所述工作台的上方，所述正射光系统设置于所述工作台与所述相机之间，所述侧射光系统设置于所述工作台的上方，所述工作台水平放置有PCB板，所述正射光系统为水平设置；所述正射光系统包括正射光结构，所述正射光结构包括沿水平位置相对固定的光源和分光镜，所述光源发出的正射光线经所述分光镜，沿垂直于水平面的方向反射于所述PCB板，所述相机捕获由所述PCB板反射垂直于水平面向上反射的正射光线；所述侧射光系统发出的侧射光线由所述PCB板反射，所述相机捕获由所述PCB板反射垂直于水平面向上的侧射光线。

优选地，所述光源包括第一LED灯、第一光栅板和聚光柱，所述正射光线由所述第一LED灯发射，依次经过所述第一光栅板和聚光柱后由所述分光镜进行反射。

优选地，所述分光镜包括分光镜片和吸光板，所述分光镜片与水平面的夹角为45°，所述光源发出的正射光线部分透过所述分光镜片后照射于所述吸光板。

优选地，所述分光镜还包括防尘透明镜片，所述防尘透明镜片设于所述相机与所述分光镜片之间，并覆盖于所述分光镜片，所述正射光线由所述PCB板反射后依次透过所述分光镜片和所述防尘透明镜片后由所述相机捕获。

优选地，所述侧射光系统设于所述正射光系统与所述工作台之间，所述侧射光系统包括侧射光结构和聚光条，所述侧射光结构和聚光条分别位于所述正射光线的两侧，所述侧射光结构发出的侧射光线照射于所述聚光条，由所述聚光条反射后照射于所述PCB板，并由所述PCB板进行反射。

优选地，所述侧射光系统为两个，分别为第一侧射光系统和第二侧射光系统，所述第一侧射光系统包括第一侧射光结构和第一聚光条，所述第二侧射光系统包括第二侧射光结构和第二聚光条，所述第一侧射光结构和第二侧射光结构分别位于所述正射光线的两侧，所述第一聚光条和第二聚光条分别位于所述正射光线的两侧，所述第一聚光条设于所述第二侧射光结构之上，所述第二聚光条设于所述第一侧射光结构之上。

优选地，所述侧射光结构包括第二LED灯和第二光栅板，所述侧射光线由所述第二LED灯发出，透过所述第二光栅板，照射于所述聚光条。

优选地，所述聚光条设有弧形面和转轴，所述弧形面将所述侧射光线汇聚并反射于所述PCB板，所述聚光条相对所述转轴转动，使所述侧射光线照射于所述弧形面的不同位置。

优选地，所述正射光结构还包括散热片，所述散热片连接于所述第一光源，对所述第一光源进行散热。

本实用新型还提出一种光学装置，包括上述的光学系统。

本实用新型技术方案采用水平放置的正射光源和分光镜，使水平入射的正射光线经分光镜后折射于PCB板上，使照射于PCB板上的正射光线为垂直于水平面方向，该正射光线能最大化的由PCB板进行反射，并由相机进行拍摄，使计算机接收到的图像数据更为准确可靠，且水平设置的正射光源不会对相机的拍摄视角造成遮挡，进一步保证了相机拍摄图像的有效性。该正射光线与侧射光线相结合的对PCB板的表面进行照射，能够全面侦测出PCB板表面的状态，使得该光学系统获取的图像更为准确。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型光学系统一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型光学系统另一实施例的结构示意图；

图3为图2中光学系统另一状态的结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种光学系统。

参照图1至图3，为本实用新型光学系统，参见图1和图2，该光学系统包括相机1、工作台(未图示)、正射光系统2和侧射光系统4，相机1设置于工作台上方，正射光系统2设置于工作台与相机1之间，侧射光系统4设置于工作台的上方，工作台上水平放置有PCB板3，正射光系统2为水平设置；正射光系统2包括正射光结构21，正射光结构21包括沿水平位置相对固定的光源211和分光镜212，光源211发出的正射光线2111经分光镜212，沿垂直于水平面的方向反射于PCB板3，相机1捕获由PCB板3反射垂直于水平面向上的正射光线2111；侧射光系统4发出的侧射光线4111由PCB板3反射，相机1捕获由PCB板3反射垂直于水平面向上的侧射光线4111。

在本实用新型实施例，将现有的直接垂直于PCB板3的正射光线2111改变为，由光源211发出的正射光线2111水平射出后再经过分光镜212的反射，垂直于PCB板3，利用分光镜212能改变光路方向的特性将水平的射出的正射光线转换为垂直照射于PCB板3表面，相机1捕获到由PCB板3反射后垂直于水平面向上照射的正射光线2111和侧射光线4111，并发送给计算机进处理，在水平方向上调节PCB板3的位置，从而对PCB板3的表面进行全方位的检测，得到PCB板3的实时检测图像，将该实时检测图像与标准图像进行对比，并根据实时检测图像与标准图像存在差异的地方利用多种侦测逻辑判断是否为缺陷。

本实用新型技术方案通过采用分光镜212，不仅能将沿水平方向正射光线2111转换成标准的沿垂直于水平面的方向，且正射光系统2不会对相机1拍摄的视角进行遮挡，该垂直于水平面的正射光线2111能最大化的由PCB板3进行反射并照射于相机1，发送给计算机进行处理，使得计算机接收到的成像数据更为准确、可靠，且该正射光线2111与侧射光线4111相结合的对PCB板3的表面进行照射，能够全面侦测出PCB板3表面的状态，使得该光学系统获取的图像更为准确。

再次参见图1，光源211包括第一LED灯2112、第一光栅板2113和聚光柱2114，正射光线2111由第一LED灯发射，依次经过第一光栅板2113和聚光柱2114后由分光镜212进行反射。

本实用新型技术方案，由第一LED灯2112发出的正射光线2111照射到第一光栅板2113上，其中第一LED灯2112为大功率LED灯，第一光栅板2113为一种半透明的3D立体光栅板，能够消除第一LED灯2112的灯珠存在间隙而引起的光线不均匀现象，使得光源211发出的正射光线2111更为均匀。聚光柱2114能将光线聚集成一条高亮的光线条，正射光线2111透过第一光栅板2113后均匀的照射于聚光柱2114，聚光柱2114将正射光线2111汇聚成一条高亮的光线条后照射于分光镜212。

该第一LED灯2112、第一光栅板2113和聚光条2114的设置使得正射光线2111形成一条高亮的光线条，从而使得照射于PCB板3上的光线汇聚性好，对PCB板3的检测更为精准，相机1捕获到的正射光线2111更为准确、可靠。

继续参见图1，分光镜212包括分光镜片2121和吸光板2122，分光镜片2121与水平面的夹角为45°，光源211发出的正射光线2111部分透过分光镜片2121后照射于吸光板2122。

该分光镜片2121为半透半反射的光学玻璃，其能折射50％的直射光线，剩下的50％可穿透其表面，由光源211发出的正射光线2111沿水平方向照射于该分光镜片2121，其50％的正射光线2111由该分光镜片2121反射后垂直于PCB板3，剩余50％的正射光线2111透过分光镜片2121后照射于吸光板2122，吸光板2122可对照射于其上的光线进行吸收。该吸光板2122的设置可以将干扰光线进行吸收，减少干扰光线对检测效果的影响，使得该光学系统能够更好、更有效的对PCB板3进行检测，使得检测结果更加准确。

进一步地，分光镜212还包括防尘透明镜片2123，防尘透明镜片2123设于相机1与分光镜片2121之间，并覆盖于分光镜片2121，正射光线2111由PCB板3反射后依次透过分光镜片2121和防尘透明镜片2123后由相机1捕获。该防尘透明镜片2123的设置，对主要零部件进行保护，防止灰尘等杂质落于分光镜片2121上，影响光线透过该分光镜片2121的能力，且光线能够透过该防尘透明镜片2123后由相机1进行获取并拍摄成像。该防尘透明镜片2121不仅能够保证照射到相机1的光线不受遮挡，而且能够维持正射光结构21的洁净程度，使得由相机1拍摄到的正射光线2111更为清晰，从而使该光学系统精准、可靠。

进一步地，参见图2，侧射光系统4设于正射光系统2与工作台之间，侧射光系统4包括侧射光结构41和聚光条42，侧射光结构41和聚光条42分别位于正射光线2111的两侧，侧射光结构41发出的侧射光线4111照射于聚光条42，由聚光条42反射于PCB板3，并由PCB板3进行反射。

本实用新型实施例中，在正射光系统2的基础上设置侧射光系统4，由侧射光结构41发出的侧射光线4111照射于聚光条42上，聚光条42为万向反射镜条，聚光条42对侧射光线4111进行反射，并将侧射光线4111汇聚成光束后照射于PCB板3的表面，若PCB板3的表面为平面，大部分侧射光线会反射损失掉，只有一小部分会经PCB板3的反射后由相机1进行捕获；若PCB板3的表面为凹凸不平的或为斜面，大部分侧射光线4111会经PCB板3的反射后由相机1进行捕获，只有小部分会反射损失掉。

该侧射光系统4的设置，使得光学系统中PCB板3的缺陷部分能更有效的由侧射光线4111进行反射，并将缺陷部分的图像由相机1进行拍摄后利用多种逻辑方式进行判定，使得检测结果更为精确、可靠。

参见图2，侧射光系统4为两个，分别为第一侧射光系统43和第二侧射光系统44，第一侧射光系统43包括第一侧射光结构431和第一聚光条432，第二侧射光系统44包括第二侧射光结构441和第二聚光条442，第一侧射光结构431和第二侧射光结构441分别位于正射光线2111的两侧，第一聚光条432和第二聚光条442分别位于正射光线2111的两侧，第一聚光条432设于第二侧射光结构441之上，第二聚光条442设于第一侧射光结构431之上。

本实用新型实施例中，第一侧射光系统43中，由第一侧射光结构431发出的侧射光线4111照射于第一聚光条432，由第一聚光条432反射于PCB板3的表面，并由PCB板3的表面进行反射，部分侧射光线4111由相机1进行捕获，并拍摄；第二侧射光系统44中，由第二侧射光结构441发出的侧射光线4111照射于第二聚光条442，由第二聚光条442反射于PCB板3的表面，并由PCB板3的表面进行反射，部分侧射光线4111由相机1进行捕获，并拍摄。设置两组侧射光源系统4，对PCB板3的检测更为准确、有效。

参见图2和图3，侧射光结构41包括第二LED灯411和第二光栅板412，侧射光线4111由第二LED灯411发出，透过第二光栅板412，照射于聚光条42。第二LED灯411发出的侧射光线4111透过第二光栅板412后，均匀的照射于聚光条42的表面，聚光条42将照射于其表面的侧射光线4111进行汇聚和反射于PCB板3。该第二光栅板412为透明的3D立体光栅板，该第二LED灯411和第二光栅板412的设置，使得侧射光结构41发出的侧射光线4111清晰且均匀，从而有利于该光学系统的检测和识别，使检测结果更为准确、有效。

进一步地，参见图3，聚光条42设有弧形面421，侧射光结构41发出的侧射光线4111照射于弧形面421，弧形面421将侧射光线4111汇聚并反射后照射于PCB板3。该弧形面421可将照射于其上的侧射光线4111汇聚成光束并进行折射，使得照射于PCB板3上的侧射光线4111集中性好，对PCB板3的检测效果更为有效，从而使该光学系统的检测结构更加准确。

更进一步地，再次参见图3，聚光条42还包括转轴422，聚光条42相对转轴422转动，使侧射光线4111照射于弧形面421的不同位置。转动该聚光条42，可使弧形面421的不同位置对侧射光线4111进行反射，能方便调节侧射光线4111与正射光线2111组成的光带的宽度和均匀程度，为扫描提供良好的光线环境，同时使得该光学系统的结构简单和紧凑。

参见图1，本实用新型实施例中，正射光结构21还包括散热片213，所述散热片213连接于光源211，对光源211进行散热。该散热片213连接于光源211中的第一LED灯2112，对大功率的第一LED灯2112进行散热，使得该光学系统的性能更为安全可靠，使用寿命长。

在对PCB板3的检测过程中，结合图2和图3，可将PCB板3在工作台上进行移动，以使该光学系统对PCB板3的表面进行全面检测，以获取PCB板3整体的实时检测图像。

本实用新型还提出一种光学装置，该光学装置包括光学系统，该光学系统的具体结构参照上述实施例，由于本光学装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，包括相机、工作台、正射光系统和侧射光系统，其特征在于，所述相机设置于所述工作台的上方，所述正射光系统设置于所述工作台与所述相机之间，所述侧射光系统设置于所述工作台的上方，所述工作台水平放置有PCB板，所述正射光系统为水平设置；

所述正射光系统包括正射光结构，所述正射光结构包括沿水平位置相对固定的光源和分光镜，所述光源发出的正射光线经所述分光镜，沿垂直于水平面的方向反射于所述PCB板，所述相机捕获由所述PCB板反射垂直于水平面向上的正射光线；

所述侧射光系统发出的侧射光线由所述PCB板反射，所述相机捕获由所述PCB板反射垂直于水平面向上的侧射光线。

2.如权利要求1所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，其特征在于，所述光源包括第一LED灯、第一光栅板和聚光柱，所述正射光线由所述第一LED灯发射，依次经过所述第一光栅板和聚光柱后由所述分光镜进行反射。

3.如权利要求1所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，其特征在于，所述分光镜包括分光镜片和吸光板，所述分光镜片与水平面的夹角为45°，所述光源发出的正射光线部分透过所述分光镜片后照射于所述吸光板。

4.如权利要求3所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，其特征在于，所述分光镜还包括防尘透明镜片，所述防尘透明镜片设于所述相机与所述分光镜片之间，并覆盖于所述分光镜片，所述正射光线由所述PCB板反射后依次透过所述分光镜片和所述防尘透明镜片后由所述相机捕获。

5.如权利要求1所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，其特征在于，所述侧射光系统设于所述正射光系统与所述工作台之间，所述侧射光系统包括侧射光结构和聚光条，所述侧射光结构和聚光条分别位于所述正射光线的两侧，所述侧射光结构发出的侧射光线照射于所述聚光条，由所述聚光条反射于所述PCB板，并由所述PCB板进行反射。

6.如权利要求5所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，其特征在于，所述侧射光系统为两个，分别为第一侧射光系统和第二侧射光系统，所述第一侧射光系统包括第一侧射光结构和第一聚光条，所述第二侧射光系统包括第二侧射光结构和第二聚光条，所述第一侧射光结构和第二侧射光结构分别位于所述正射光线的两侧，所述第一聚光条和第二聚光条分别位于所述正射光线的两侧，所述第一聚光条设于所述第二侧射光结构之上，所述第二聚光条设于所述第一侧射光结构之上。

7.如权利要求5所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，其特征在于，所述侧射光结构包括第二LED灯和第二光栅板，所述侧射光线由所述第二LED灯发出，透过所述第二光栅板，照射于所述聚光条。

8.如权利要求5所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，其特征在于，所述聚光条设有弧形面和转轴，所述弧形面将所述侧射光线汇聚并反射于所述PCB板，所述聚光条相对所述转轴转动，使所述侧射光线照射于所述弧形面的不同位置。

9.如权利要求1至8任一项所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学系统，其特征在于，所述正射光结构还包括散热片，所述散热片连接于所述光源，对所述光源进行散热。

10.一种光学检测装置，包括如权利要求1至9任一项所述的应用于PCB板自动光学检测设备的光学检测系统。