CN216977825U - 一种共面度测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共面度测量系统，包括测量支架、图像采集装置以及处理器；图像采集装置包括成像控制器、光学成像单元、光源控制器和光源补偿单元，光学成像单元和光源补偿单元的数量相同且均为多个，多个所述光学成像单元设置在多个方向；测量支架包括支架模块由底座、设置在底座上的置物平台和视场调节器，视场调节器包括依次连接的固定块、距离粗调节机构、距离微调节机构以及夹持机构。本实用新型中光源补偿单元和光源控制器配合使用，为图像的轮廓识别和边角定位等软件数字化处理提供了保障，距离粗调节机构、距离微调节机构配合使用，满足了调节视场距离的功能，并且可以一次测量多个方向的引脚共面度，使用效果好。

Description

一种共面度测量系统

技术领域

本实用新型属于检测设备技术领域，具体涉及一种共面度测量系统。

背景技术

共面度也称平整度，指的是加工或者生产某些东西时，表面并不会绝对平整，器件的缺失、歪斜、翘起等不良情况会影响待测物件的性能。表面不平与绝对水平之间所差的数据，数值越小越好。

通过共面度测量能够反映出待测物件平面或多个端子的共面情况，因此共面度可以用来客观的衡量待测物件与基准面之间的偏移量。

现有的共面度测量设备，大致可分为三类。第一类：将待测物件放在显微镜下，通过人肉眼去检测，不仅费时费力，占用大量劳动力，检测人员的劳动强度大，容易造成作业疲劳、且检测结果容易受到人的主观因素影响，检测效率极低。随着生产厂家生产速度的提高和上游组装厂家对引脚共面性精度要求的提高，人工目检的弊端越来越凸现，出现了第二类：以扫描的方式进行检测，但是扫描检测的速度与扫描的宽度、扫描的速度和待测物件的表面积有关，对于大件待测物件，检测速度慢。同时，以扫描的方式进行检测，人眼不能介入观察。

第三类是基于机器视觉的待测物件共面度检测，现有的共面度检测方法通常可以分为金相切片分析法、三维坐标仪测量法、三维影像测量法、接触式三维坐标仪测量法、光线投影法和LED光源测试法。金相切片分析法虽然检测结果直观准确，但测量效率低下，属于破坏性测量；三维坐标仪测量法虽然是无损且可重复测量，但准确度较低，不同测量人员测量结果差异较大；三维影像测量法测量虽结果直观形象，数据处理简便，但也属破坏性测量，测量结果受样品表面状况(基材/铜面颜色、表面处理)影响较大；接触式三维坐标仪测量法准确度高效率较高探针具有物理尺寸，测量微小样品时定位误差较大；LED光源测试法中，采用工业相机“看”待测物件，所有信息均来源于图像之中，图像本身的质量对整个共面度测量系统极为关键，光源直接影响到图像的质量，进而影响到系统的性能，因此光源是使用LED光源测试法进行共面度测量最为关键的部分之一。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种共面度测量系统，其结构简单、设计合理，光源补偿单元和光源控制器配合使用，为图像的轮廓识别和边角定位等软件数字化处理提供了强有力的保障，距离粗调节机构、距离微调节机构配合使用，满足了调节视场距离的功能，并且可以一次测量多个方向的引脚共面度，使用效果好。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种共面度测量系统，其特征在于：包括测量支架、图像采集装置以及处理器；所述图像采集装置包括成像控制器、以及分别与成像控制器通信连接的光学成像单元和光源控制器，所述光源控制器和光学成像单元之间接有用于对光学成像单元提供补偿光源的光源补偿单元，所述光学成像单元和光源补偿单元的数量相同，所述光学成像单元的数量为多个，多个所述光学成像单元设置在多个方向，所述成像控制器与处理器通信连接，所述光学成像单元与处理器通信连接；所述测量支架包括支架模块由底座、设置在底座上的置物平台和视场调节器，所述视场调节器包括依次连接的固定块、距离粗调节机构、距离微调节机构以及用于夹持图像采集装置的夹持机构。

上述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述距离粗调节机构包括伺服电机、丝杠螺母副、以及导轨，所述丝杠螺母副包括丝杠和螺母，所述螺母与伺服电机的输出轴相接，所述丝杠接有用于安装距离微调节机构的安装板。

上述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述距离微调节机构包括千分尺主体，所述千分尺主体的一侧固定设有框架，所述框架与距离粗调节机构固定连接，所述千分尺主体的一端设有测微螺杆，所述测微螺杆的顶端与夹持机构固定连接，所述千分尺主体的另一端依次设有第一旋钮和第二旋钮。

上述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述成像控制器与光学成像单元之间依次接有第一PLC延时控制器和驱动器。

上述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述光源控制器与光源补偿单元之间接有第二PLC延时控制器。

上述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述光源补偿单元包括同轴光源和半透半反射镜片。

上述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述光学成像单元的数量为4个，4个光学成像单元位于同一平面，且沿圆周方向均匀布设。

上述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述夹持机构采用轻合金材料或多孔材料制成。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便。

2、本实用新型中，光源补偿单元的设置克服了环境光的干扰，提高了图像信噪比，提高了视觉系统的定位、测量、识别精度，以及系统的运行速度，光源控制器的设置，用于控制光源补偿单元的亮度并控制光源补偿单元的照明状态，光源补偿单元和光源控制器配合使用，为图像的轮廓识别和边角定位等软件数字化处理提供了强有力的保障。

3、本实用新型中，距离粗调节机构、距离微调节机构配合使用，调节被测物件位于光学成像单元的视场的位置，使得被测物件不超出光学成像单元的近视场和远视场的边界，满足了调节视场距离的功能。

4、本实用新型中，光学成像单元和光源补偿单元的数量相同，且均为多个，多个所述光学成像单元设置在多个方向，可以一次测量多个方向的引脚共面度，使用效果好。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理，光源补偿单元和光源控制器配合使用，为图像的轮廓识别和边角定位等软件数字化处理提供了强有力的保障，距离粗调节机构、距离微调节机构配合使用，满足了调节视场距离的功能，并且可以一次测量多个方向的引脚共面度，使用效果好。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型测量支架的结构示意图。

图3为本实用新型视场调节器的结构示意图。

附图标记说明:

1—处理器； 2—成像控制器； 3—光源控制器；

4—光学成像单元； 5—光源补偿单元； 6—底座；

7—固定块； 8—距离粗调节机构； 9—框架；

10—千分尺主体； 11—第一旋钮； 12—第二旋钮；

13—夹持机构； 14—置物平台； 15—安装板；

16—测微螺杆； 17—第二PLC延时控制器； 18—第一PLC延时控制器；

19—驱动器； 20—距离微调节机构。

具体实施方式

下面结合附图及本实用新型的实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

如图1所示，本实用新型测量支架、图像采集装置以及处理器1；所述图像采集装置包括成像控制器2、以及分别与成像控制器2通信连接的光学成像单元4和光源控制器3，所述光源控制器3和光学成像单元4之间接有用于对光学成像单元4提供补偿光源的光源补偿单元5，所述光学成像单元4和光源补偿单元5的数量相同，所述光学成像单元4的数量为多个，多个所述光学成像单元4设置在多个方向，所述成像控制器2与处理器1通信连接，所述光学成像单元4与处理器1通信连接。

实际使用时，处理器1发出检测脉冲给成像控制器2，成像控制器2同时给光源控制器3和光学成像单元4发出时序信号，光学成像单元4在完成拍照后将图像信息经过通信模块传输给处理器1，处理器1在接收到图像数据后经过图像预处理和位置校正后，计算出测量结果。

本申请设置光源补偿单元5，所述光源补偿单元5包括同轴光源和半透半反射镜片。同轴光源从侧面发光，特别适合水平的，反光的物体表面缺陷测量，如金属表面、晶片、芯片和硅晶片等。半透半反射镜片，设置在同轴光源上方，将同轴光源的光路反射为水平方向。同轴光源采用型号为RC50W的LED同轴白色光源。RC系列的LED同轴白色光源具有较宽的光谱范围，可以对不同材料的物体进行测量，红色光源和白色光源照射在金属、陶瓷及塑料材质的物体表面反射后的成像效果都满足图像处理中图像噪声低的要求。RC系列的LED同轴白色光源具有独立散热结构发热少、功耗低、寿命长、体积小、发光强度高、性能稳定等优点，且可组合多样化的外形，为图像的轮廓识别和边角定位等软件数字化处理提供了强有力的保障。

光源补偿单元5的设置克服了环境光的干扰，提高了图像信噪比，提高了视觉系统的定位、测量、识别精度，以及系统的运行速度。

本申请设置光源控制器3，光源控制器3用于向光源补偿单元5供电，控制光源补偿单元5的亮度并控制光源补偿单元5的照明状态。光源控制器3采用ALP2401-02光源控制器，为型号为RC50W的LED同轴白色光源提供24V直流供电。ALP2401-02光源控制器可输出两路光源供电电源，每路电源可由外部24V电平独立控制。

光源控制器3的设置，用于控制光源补偿单元5的亮度并控制光源补偿单元5的照明状态。

优选的，所述光学成像单元4的数量为4个，4个光学成像单元4位于同一平面，且沿圆周方向均匀布设。因此光源补偿单元5的数量也为4个，型号为ALP2401-02的光源控制器的数量为2个。所述光源控制器3与光源补偿单元5之间接有第二PLC延时控制器17。第二PLC延时控制器17可将一个触发信号分解成四个触发信号分发给4个LED同轴白色光源，从而实现对4个方向的LED同轴白色光源进行控制，以实现每个方向的LED同轴白色光源按时序工作的目的。

需要说明的是，本实施例中，第二PLC延时控制器17采用FP-0808MR。

光学成像单元4由工业相机和镜头组成。工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机而言，具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD或CMOS芯片的相机。本实施例中，选用MV-HS510GM的CMOS型工业像机。选用双远心镜头BT-2336。双远心镜头BT-2336具有很好的分辨能力，超大景深，可避免波动所引起的视觉误差，高分辨率保证获取到轮廓清晰、对比强烈的图像，极低的畸变，可保证测量应用的稳定性，非常适合对精准度要求比较高的测量。

成像控制器2的设置，用于向光学成像单元4和光源控制器3发送触发信号。所述成像控制器2与光学成像单元4之间依次接有第一PLC延时控制器18和驱动器19。驱动器19的作用是放大触发信号，第一PLC延时控制器18可将一个触发信号分解成四个触发信号分发给4个驱动器19，从而实现对4个方向的光学成像单元4的控制，以实现每个方向的光学成像单元4按时序工作的目的。需要说明的是，本实施例中，驱动器19选用FY3401，第一PLC延时控制器18选用FP-0808MR。

所述测量支架包括支架模块由底座6、设置在底座6上的置物平台14和视场调节器，所述视场调节器包括依次连接的固定块7、距离粗调节机构8、距离微调节机构17以及用于夹持图像采集装置的夹持机构13。

实际使用时，固定块7与底座6滑动连接，用于调节视场调节器和置物平台14之间的相对距离。

需要说明的是，由于光学成像单元4和光学补偿单元5的数量均为4个，因此视场调节器的数量也为4个。

所述距离粗调节机构8包括伺服电机、丝杠螺母副、以及导轨，所述丝杠螺母副包括丝杠和螺母，所述螺母与伺服电机的输出轴相接，所述丝杠接有用于安装距离微调节机构17的安装板15。

实际使用时，伺服电机带动螺母转动，丝杠螺母副将螺母的旋转运动转化为丝杠的直线运动，丝杠带动安装板升降，从而实现距离的粗调节。导轨用于对丝杠进行限位导向。

本实施例中，所述距离微调节机构17包括千分尺主体10，所述千分尺主体10的一侧固定设有框架9，所述框架9与距离粗调节机构8固定连接，所述千分尺主体10的一端设有测微螺杆16，所述测微螺杆16的顶端与夹持机构13固定连接，所述千分尺主体10的另一端依次设有第一旋钮11和第二旋钮12。

实际使用时，距离微调节机构17起到连接粗调节机构8和夹持机构13的作用，框架9与粗调节机构8中的安装板15固定连接，本实施例中，框架9呈一字型或L型。

实际使用时，第一旋钮11为千分尺的主旋钮，第二旋钮12为千分尺的微调旋钮。在进行距离微调节时，首先转动第一旋钮11，要在被测物件位于光学成像单元4的中间视场附近时，停止使用第一旋钮11，而改用第二旋钮12，调节被测物件位于光学成像单元4的视场的位置，使得被测物件不超出光学成像单元4的近视场和远视场的边界，满足了调节视场距离的功能。第一旋钮11和第二旋钮12配合使用，视场调节精度可达103mm±3mm。

本实施例中，所述夹持机构13采用轻合金材料或多孔材料制成。轻合金材料或多孔材料具有重量轻，硬度高，耐高低温的优点。实际使用时，轻合金材料采用铝合金、镁合金或钛合金，多孔材料采用泡沫金属或多孔陶瓷。泡沫金属包括泡沫镍或泡沫合金。

具体工作时，首先将被测物件放置在置物平台14上，将光学成像单元4放置在夹持机构13上，先后调节距离粗调节机构8和距离微调节机构17，将光学成像单元4的视距调节到合适位置。

然后处理器1发出检测脉冲给成像控制器2，成像控制器2同时给光源控制器3和光学成像单元4发出时序信号，采用光学成像单元4得到被测物件的图像，光学成像单元4通过通信模块将被测物件的图像发送给处理器1，处理器1在接收到图像数据后经过图像预处理和位置校正后，计算出测量结果。

需要说明的是，本实用新型中使用的硬件模块均为现有技术设备，可以直接购置并与所述的处理器连接使用。

其中，说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅是本实用新型的实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种共面度测量系统，其特征在于：包括测量支架、图像采集装置以及处理器(1)；

所述图像采集装置包括成像控制器(2)、以及分别与成像控制器(2)通信连接的光学成像单元(4)和光源控制器(3)，所述光源控制器(3)和光学成像单元(4)之间接有用于对光学成像单元(4)提供补偿光源的光源补偿单元(5)，所述光学成像单元(4)和光源补偿单元(5)的数量相同，所述光学成像单元(4)的数量为多个，多个所述光学成像单元(4)设置在多个方向，所述成像控制器(2)与处理器(1)通信连接，所述光学成像单元(4)与处理器(1)通信连接；

所述测量支架包括支架模块由底座(6)、设置在底座(6)上的置物平台(14)和视场调节器，所述视场调节器包括依次连接的固定块(7)、距离粗调节机构(8)、距离微调节机构(20)以及用于夹持图像采集装置的夹持机构(13)。

2.按照权利要求1所述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述距离粗调节机构(8)包括伺服电机、丝杠螺母副、以及导轨，所述丝杠螺母副包括丝杠和螺母，所述螺母与伺服电机的输出轴相接，所述丝杠接有用于安装距离微调节机构(20)的安装板(15)。

3.按照权利要求1所述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述距离微调节机构(20)包括千分尺主体(10)，所述千分尺主体(10)的一侧固定设有框架(9)，所述框架(9)与距离粗调节机构(8)固定连接，所述千分尺主体(10)的一端设有测微螺杆(16)，所述测微螺杆(16)的顶端与夹持机构(13)固定连接，所述千分尺主体(10)的另一端依次设有第一旋钮(11)和第二旋钮(12)。

4.按照权利要求1所述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述成像控制器(2)与光学成像单元(4)之间依次接有第一PLC延时控制器(18)和驱动器(19)。

5.按照权利要求1所述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述光源控制器(3)与光源补偿单元(5)之间接有第二PLC延时控制器(17)。

6.按照权利要求1所述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述光源补偿单元(5)包括同轴光源和半透半反射镜片。

7.按照权利要求1所述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述光学成像单元(4)的数量为4个，4个光学成像单元(4)位于同一平面，且沿圆周方向均匀布设。

8.按照权利要求1所述的一种共面度测量系统，其特征在于：所述夹持机构(13)采用轻合金材料或多孔材料制成。

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