CN211783312U - 一种大动态范围pcb表面图像精密测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大动态范围PCB表面图像精密测量装置，包括：照明光源、照明光阑、分光器、成像光阑和相机，照明光源设置于分光器的进光侧，相机设置于分光器的第一出光侧，分光器的第二出光侧朝向被测量的PCB表面，照明光源发出的照明光进入分光器的进光侧并从分光器的第二出光侧照射到PCB表面，照明光被PCB表面反射形成的成像光进入分光器并从分光器的第一出光侧照射到相机，照明光阑沿照明光的光路设置于照明光源和分光器之间，照明光阑开设有环形通光孔，成像光阑沿成像光的光路设置于分光器和相机之间，成像光阑开设有圆形通光孔。本实用新型解决了传统装置动态范围不够，导致无法对PCB表面不同材质的组件同时测量的问题。

Description

一种大动态范围PCB表面图像精密测量装置

技术领域

本实用新型涉及PCB表面精密测量领域，尤其涉及一种大动态范围PCB表面图像精密测量装置。

背景技术

PCB表面组件的密度不断提升是PCB技术发展的重要特征。以PCB导线为例，导线的线宽越来越窄，导线位置和宽度的精度要求越来越高。这就需要发展PCB表面精密测量技术。目前主流PCB表面精密测量分为2D图像测量和3D形貌测量两大类技术。前者直接利用光学图像对PCB表面不同组件的2D尺寸进行测量，主要包括大视场的远心镜头测量，小视场高精度的显微镜系统测量等技术；后者则利用干涉技术、结构光技术、共聚焦技术等对PCB表面的3D形貌进行测量。

PCB板表面组件的反光特性差别很大。金属导线（铜线）材料的反射率很高，反射光以镜面反射为主，反射率可达到90%以上。而PCB基材大多为树脂材料，反射率很低，反射光以漫反射光为主，反射率不到0.1%。还有干膜表面，绿油表面等多种复杂情况。这就要求测量系统的动态范围足够大。

传统测量技术，包括2D图像测量和3D形貌测量技术，都难以达到所需要的动态范围。一般通过改善照明的方式提升弱光信号，减弱强光信号。但这种方式一方面改善的动态范围有限，另一方面会带来照明方向性的问题。还有一个问题是需要有足够的空间设置照明光，这一点对于显微测量、干涉测量等精密测量系统往往很难实现。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种大动态范围PCB表面图像精密测量装置，实现对镜面反射光的大幅减弱，同时不影响成像质量，从而达到提高测量系统的动态范围的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：

一种大动态范围PCB表面图像精密测量装置，包括：照明光源、照明光阑、分光器、成像光阑和相机，所述照明光源设置于分光器的进光侧，所述相机设置于分光器的第一出光侧，所述分光器的第二出光侧朝向被测量的PCB板，所述照明光源发出的照明光进入分光器的进光侧并被分光器反射后从分光器的第二出光侧照射到PCB板表面，所述照明光被PCB板表面反射形成的成像光进入分光器并从分光器的第一出光侧照射到相机，所述照明光阑沿照明光的光路设置于照明光源和分光器之间，所述照明光阑开设有环形通光孔，所述成像光阑沿成像光的光路设置于分光器和相机之间，所述成像光阑开设有圆形通光孔。

进一步的，所述圆形通光孔的边缘为锯齿形。

进一步的，所述照明光阑、成像光阑分别为镀膜透明片材。

进一步的，所述照明光阑、成像光阑分别为镂空金属片材，所述环形通光孔由至少2个扇形通光孔拼接而成。

进一步的，本实用新型的大动态范围PCB表面图像精密测量装置还包括用于将照明光由发散光整形为准直光的光源整形镜片组，所述光源整形镜片组沿照明光的光路设置于照明光源和照明光阑之间。

进一步的，本实用新型的大动态范围PCB表面图像精密测量装置还包括用于对照明光实现无限远校正成像的成像镜片组，所述成像镜片组沿照明光的光路设置于分光器和被测量的PCB表面之间。

进一步的，本实用新型的大动态范围PCB表面图像精密测量装置还包括用于对于成像光进行相差校正的汇聚镜片组，所述汇聚镜片组沿成像光的光路设置于成像光阑和相机之间。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型在照明光的光路设置照明光阑，在成像光的光路设置成像光阑，照明光阑设有环形通光孔，成像光阑设有圆形通光孔，对于照明光，光束中心部分的光被照明光阑档住，边缘的光可以透过照明光阑形成环形光束。对于成像光，PCB表面金属材料的镜面反射光为环形光束，经过成像光阑后光强被大幅衰减，PCB表面树脂材料的漫反射光方向有随机改变并不再维持环形光束，漫反射光经过成像光阑后光强不受影响。因此本实用新型根据PCB表面不同反光材质的反光方式差别，对成像光的强度进行选择性衰减，在不影响成像的条件下大幅减弱PCB表面金属材料的镜面反射光，提高了动态范围，解决了传统表面光学测量装置动态范围不够，导致无法对PCB表面不同材质的组件同时测量的问题。同时无需再增加其他照明装置，可在显微镜测量系统、白光干涉测量等精密测量系统中得到应用，大幅扩大可测的PCB种类和材质范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例的光学系统结构示意图。

图2为本实用新型实施例的照明光路示意图。

图3为本实用新型实施例的成像光路示意图。

图4为本实用新型实施例的照明光阑及对应的成像光阑第一种结构示意图。

图5为本实用新型实施例的照明光阑及对应的成像光阑第二种结构示意图。

图6为本实用新型实施例的成像光阑第三种结构示意图。

图例说明：101-照明光源，102-照明光阑，103-分光器，104-成像光阑，105-相机，106-光源整形镜片组，107-成像镜片组，108-汇聚镜片组，201-PCB板301-镜面反射光，302-漫反射光。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的大动态范围PCB表面图像精密测量装置包括：照明光源101、照明光阑102、分光器103、成像光阑104和相机105，照明光源101和照明光阑102依次设置于分光器103的进光侧，成像光阑104和相机105依次设置于分光器103的第一出光侧，分光器103的第二出光侧朝向被测量的PCB板，图中的PCB板201即为被测量的PCB板，照明光源101发出的照明光经过照明光阑102后继续传输，照明光进入分光器103的进光侧并从分光器103的第二出光侧照射到PCB板201表面，随后照明光被PCB板201表面反射形成成像光，成像光沿照明光从分光器103的出射光路反向进入分光器103并从分光器103的第一出光侧照射到相机105。照明光阑102沿照明光对分光器103的入射光路设置于照明光源101和分光器103之间，照明光阑102开设有环形通光孔，成像光阑104沿成像光从分光器103的出射光路设置于分光器103和相机105之间，成像光阑105开设有圆形通光孔。

本实施例中，照明光源101可以是LED光源，激光光源，卤素灯等光源，分光器103将照明光的光路方向改变，引导照明光照射至PCB板201表面，同时不影响PCB板201表面反射的成像光的传播，可以是1:1分光棱镜，或者是1:1分光镜片，或者是1:1分光薄膜等可以将入射光分为功率相等，传播方向垂直的两束光的分光装置，相机105可以是CMOS或者是CCD等平面阵列成像器件。

本实施例中分光器103采用1:1分光棱镜，具有应力小、消光比高、成像质量好、光束偏转角小等特点，照明光进入分光棱镜后从分光棱镜的第二出光侧照射到PCB板201表面，成像光进入分光棱镜后从分光棱镜的第一出光侧照射到相机105，照明光对于分光棱镜的出射光路和入射光路相互垂直，成像光对于分光棱镜的出射光路和入射光路方向相同，分光器103采用1:1分光棱镜符合本实施例对于照明光和成像光的传播要求。

如图2所示，本实施例中，照明光光束中心部分的光被照明光阑102档住，边缘的光可以透过照明光阑102的环形通光孔形成环形光束，环形光束进入分光器103的进光侧并从分光器103的第二出光侧照射到PCB板201表面。

如图3所示，本实施例中，对于成像光，可以分为两种情况，第一种是PCB表面金属材料的镜面反射光301（图中实线所示），由于照明光被照明光阑102处理为环形光束后经分光器103照射到被测量的PCB板201表面，镜面反射光301仍然为一束环形光，镜面反射光301经过成像光阑104的圆形通光孔后光强被大幅衰减成为衰减后的镜面反射光（图中虚线所示）。第二种是PCB表面树脂材料的漫反射光302（图中点划线所示），漫反射光302的方向有随机改变，不再维持环形光束，大部分可以从成像光阑104的圆形通光孔穿过，从而光强不受影响。

本实施例的装置根据PCB表面不同反光材质的反光方式差别，对成像光的强度进行选择性衰减，在不影响成像的条件下大幅减弱PCB表面金属材料的镜面反射光301，提高了动态范围，解决了传统表面光学测量装置动态范围不够，导致无法对PCB表面不同材质的组件同时测量的问题。同时无需再增加其他照明装置，可在显微镜测量系统、白光干涉测量等精密测量系统中得到应用，大幅扩大可测的PCB种类和材质范围。

如图4所示，本实施例中照明光阑102、成像光阑104可以为透明片镀膜形成的光阑，即照明光阑102、成像光阑104采用透明片材，对于照明光阑102，在透明片材上保留环形部分透明作为通光孔且其余位置镀膜不透明，对于成像光阑104，在透明片材上保留圆形部分透明作为通光孔且其余位置镀膜不透明。

如图5所示，本实施例的照明光阑102、成像光阑104可以为金属片镂空形成的光阑，即照明光阑102、成像光阑104采用金属片材，对于照明光阑102，在金属片材上开设至少2个扇形通光孔，使得扇形通光孔连接成为环形通光孔，同时保留金属片材中心的挡板可以挡住照明光光束中心部分的光，对于成像光阑104，在金属片材上开设圆形通光孔。

如图6所示，本实施例的成像光阑104的圆形通光孔的边缘还可以为锯齿形，能够进一步衰减成像光中的镜面光。

如图1和图2所示，本实施例的装置还包括光源整形镜片组106，光源整形镜片组106可以对照明光进行整形，将其由发散光整形为准直光，光源整形镜片组106沿照明光对于分光器103的入射光路设置于照明光源101和照明光阑102之间，光源整形镜片组106可以根据具体需要进行选择，可以为科勒照明镜组、双胶合消像差透镜组、三胶合透镜、空气间隙镜头等。

如图1至图3所示，本实施例的装置还包括成像镜片组107，成像镜片组107可以对照明光实现无限远校正成像，成像镜片组107沿照明光对于分光器103的出射光路设置于分光器103和被测量的PCB板201之间，成像镜片组107可以为显微物镜、远心镜头等。

如图1和图3所示，本实施例的装置还包括汇聚镜片组108，汇聚镜片组可以对成像光进行相差校正，汇聚镜片组108沿成像光对于分光器103的出射光路设置于成像光阑104和相机105之间，汇聚镜片组108可以是双胶合透镜、三胶合透镜、空气间隙镜头等。

上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种大动态范围PCB表面图像精密测量装置，其特征在于，包括：照明光源(101)、照明光阑(102)、分光器（103）、成像光阑（104）和相机（105），所述照明光源(101)设置于分光器（103）的进光侧，所述相机（105）设置于分光器（103）的第一出光侧，所述分光器（103）的第二出光侧朝向被测量的PCB板，所述照明光源(101)发出的照明光进入分光器（103）的进光侧并从分光器（103）的第二出光侧照射到PCB板表面，所述照明光被PCB板表面反射形成的成像光进入分光器（103）并从分光器（103）的第一出光侧照射到相机（105），所述照明光阑（102）沿照明光的光路设置于照明光源(101)和分光器（103）之间，所述照明光阑（102）开设有环形通光孔，所述成像光阑（104）沿成像光的光路设置于分光器（103）和相机（105）之间，所述成像光阑（104）开设有圆形通光孔。

2.根据权利要求1所述的大动态范围PCB表面图像精密测量装置，其特征在于，所述圆形通光孔的边缘为锯齿形。

3.根据权利要求1所述的大动态范围PCB表面图像精密测量装置，其特征在于，所述照明光阑(102)、成像光阑（104）分别为镀膜透明片材。

4.根据权利要求1所述的大动态范围PCB表面图像精密测量装置，其特征在于，所述照明光阑(102)、成像光阑（104）分别为镂空金属片材，所述环形通光孔由至少2个扇形通光孔拼接而成。

5.根据权利要求1所述的大动态范围PCB表面图像精密测量装置，其特征在于，还包括用于将照明光由发散光整形为准直光的光源整形镜片组（106），所述光源整形镜片组（106）沿照明光的光路设置于照明光源(101)和照明光阑（102）之间。

6.根据权利要求1所述的大动态范围PCB表面图像精密测量装置，其特征在于，还包括用于对照明光实现无限远校正成像的成像镜片组（107），所述成像镜片组（107）沿照明光的光路设置于分光器（103）和被测量的PCB表面之间。

7.根据权利要求1所述的大动态范围PCB表面图像精密测量装置，其特征在于，还包括用于对于成像光进行相差校正的汇聚镜片组（108），所述汇聚镜片组（108）沿成像光的光路设置于成像光阑（104）和相机（105）之间。

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