WO2021129283A1 - 一种用于自动光学检测设备的照明装置及成像系统 - Google Patents

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诺尼 弗依斯沃瑟
凡 柯布兰
胡冰峰
陈朋飞
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苏州康代智能科技股份有限公司
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Abstract

本发明公开了一种用于自动光学检测设备的照明装置及成像系统,照明装置包括具有拱形结构的壳体以及设置在所述壳体内壁的多个LED光源,所述壳体上设有沿所述壳体长度方向设置的槽通孔,所述LED光源呈阵列排布形成LED光源阵列;所述LED光源阵列包括多个沿所述壳体长度方向设置的LED光源行单元,每个LED光源行单元的发光强度和/或发光颜色能够被独立调节。本发明的拱形照明装置在拱形面内侧具有阵列LED,使被测物在180°范围内每个角度都能够被照明,且每个LED的发光强度和颜色均能够独立控制,实现调节最佳光角以覆盖电路板各种形状、纹理和其他不同条件的表面。

Description

一种用于自动光学检测设备的照明装置及成像系统
优先权声明
本申请要求于2019年12月27日提交中国专利局、申请号为201922402066.4的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及电路板检测领域,尤其涉及一种用于自动光学检测设备的照明装置及成像系统。
背景技术
现如今在高度发展的电子工业时代,印刷电路板(Printed Circuit Board,简称PCB)已成为计算机、电子通信等产品上必不可缺的一样重要部件之一。PCB电路板在制作完成之后,需要经过一道检测流程,行业内普遍采用自动光学检测设备(Automated Optical Inspection,简称AOI),AOI能够检测PCB上的缺陷,然后根据AOI检测到的缺陷进行检修。
目前AOI检测领域主要采用的是CCD线性相机、变焦镜头和线性光源组合起来实现对印刷电路板自动光学检测,随着电子厂推出的电路板种类越来越多,就会出现电路板基材不同,线路形状各异,且会出现镀层颜色不一致等情况,这时,普通的线性光源就不能同时满足这些情况。
在这种情况下,光源对AOI检测结果的准确性起着重要作用,而现有技术中AOI的线性光源无法满足各个种类的电路板的检测任务。
发明内容
为了解决现有技术的问题,本发明提供了一种用于自动光学检测设备的照明装置及成像系统,优化线性相机扫描的光覆盖范围,以实现最佳的光角覆盖扫描元素的各种形状,纹理和其他不同的表面条件,所述技术方案如下:
一方面,本发明提供了一种用于自动光学检测设备的照明装置,包括具有拱形结构的壳体以及设置在所述壳体内壁的多个LED光源,所述壳体上设有沿所述壳体长度方向设置的槽通孔,所述LED光源呈阵列排布形成LED光源阵列;
所述LED光源阵列包括多个沿所述壳体长度方向设置的LED光源行单元,每个LED光源行单元的发光强度和/或发光颜色能够被独立调节。
优选地,每个LED光源的发光强度和/或发光颜色能够被独立调节,使得实现调节最佳光角,灵活度高。
进一步地,所述槽通孔设置在所述壳体的拱形结构的中心,所述槽通孔的长度小于所述壳体的长度,使得出光口设置在中心,照明更均匀。
可选地,所述LED光源在所述壳体的拱形方向上对齐设置,或者,所述LED光源在所述壳体的拱形方向上交错设置。
进一步地,相邻的LED光源行单元之间的角弧度相等,所述LED光源均匀分布,进一步提高照明的光线均匀度。
另一方面,本发明提供了一种成像系统,包括用于放大和/或聚焦的镜头、用于采集图像信息的图像传感器及如上所述的照明装置,所述镜头设置在所述照明装置的壳体拱形面的上方,所述图像传感器设置在所述镜头的上方。
进一步地,所述成像系统还包括控制单元,其用于调节所述照明装置的LED光源的发光强度和/或发光颜色。进一步地,所述照明装置的壳体上的槽通孔为等宽结构,所述槽通孔的槽宽大于或等于所述图像传感器的感光宽度,满足所述图像传感器的每一次感光成像。
进一步地,所述镜头的入光侧和图像传感器的入光侧均与所述照明装置的壳体上的槽通孔正对设置,使得从所述槽通孔透出的光线正对射入镜头进行放大和聚焦,以及正对射入图像传感器进行成像采集。
进一步地,所述成像系统还包括驱动机构及设置在所述照明装置的壳体下方可移动的基台,所述基台用于放置待成像的目标物体,在所述驱动机构的驱动下,所述基台带着目标物体相对于所述拱形照明装置的壳体水平移动。所述基台能够提升所述目标物体水平移动的平稳性,在移动过程中,利用图像传感器多次对目标物体的不同局部进行线扫成像,最终经过图像处理拼接得到所述目标物体的整体成像。
可选地,所述图像传感器为CCD线性相机或者CMOS。再一方面,本发明提供了一种基于上述的成像系统的成像方法,包括以下步骤:
S1、打开完成预调节的图像传感器、镜头以及完成照明参数调节的拱形照明装置,并在所述照明装置下方放置待成像的目标物体;
S2、水平移动目标物体,使所述目标物体从所述照明装置的壳体上的槽通孔的一侧移动到另一侧;
S3、在步骤S2的移动过程中,所述图像传感器多次成像;
S4、对所述图像传感器多次成像得到的多个图像进行图像处理,得到所述目标物体的成像。
优选地,步骤S2中每次目标物体的水平移动距离等于图像传感器的感光片宽度,步骤S3中所述目标物体每移动一次,则所述图像传感器对其进行一次成像;步骤S4中将所述图像传感器多次成像得到的多个图像按照成像时间拼接,得到所述目标物体的成像图像。
可选地,步骤S2中每次目标物体的水平移动距离小于或等于图像传感器的感光片宽度,步骤S3中所述目标物体每移动一次,则所述图像传感器对其进行一次成像;步骤S4中图像处理的步骤包括:
对所述图像传感器连续两次先后成像得到的第一图像和第二图像进行比对,找到第一图像的边缘在第二图像中的位置作为拼接缝;
按照拼接缝将所述第一图像和第二图像进行拼接,重复执行以上图像处理步骤,直至所有成像得到的图像拼接成所述目标物体的成像。
进一步地,所述用于自动光学检测设备的照明装置的照明参数调节步骤包括:
对样品进行步骤S1-S4的操作,对于所述图像传感器每一次成像参数和成像得到的目标物体的成像图像进行分析,若所述图像传感器的感光通量低于预设的感光通量阈值或者成像图像的局部像素块亮度值和/或灰度值超出预设的合格标准,则对所述照明装置的LED光源进行发光强度和/或发光颜色调节。
进一步地,所述图像传感器的预调节操作包括图像传感器的高度调节,所述镜头的预调节操作包括高度调节、放大倍率调节及聚焦倍率调节。
本发明具有如下有益效果:
a.照明装置在拱形面内侧具有阵列LED,使被测物在180°范围内每个角度都能够被照明,优化了线性相机扫描的光覆盖范围;
b.能够通过软件控制调整每个LED的发光强度和颜色,实现调节最佳光角以覆盖电路板各种形状、纹理和其他不同条件的表面。
附图说明
被视为本发明的主题在说明书的结论部分中被特别指出并清楚地主张权利。然而,当结合附图一起参阅时,通过参考以下详细描述可以最佳地理解本发明的组织、操作方法,以及主题、特征和优点,其中:
图1是本发明实施例提供的照明装置的结构示意图;
图2是图1中的局部放大细节图;
图3是本发明实施例提供的照明装置内侧视图;
图4是本发明实施例提供的照明装置在宽度方向上的剖视图;
图5是本发明实施例提供的照明装置的俯视图;
图6是本发明实施例提供的成像系统的第一状态示意图;
图7是本发明实施例提供的成像系统的第二状态示意图;
图8是本发明实施例提供的成像方法流程图;
图9是本发明实施例提供的第一种图像处理的方法流程图;
图10是本发明实施例提供第二种图像处理的方法流程图。其中,附图标记包括:1-壳体,11-槽通孔,2-LED光源,3-镜头,4-图像传感器,5-基台,6-目标物体。
具体实施方式
在以下详细描述中,阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而,本领域技术人员将理解,可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下,没有详细描述众所周知的方法,过程和组件,以免模糊本发明。
被视为本发明的主题在说明书的结论部分中被特别指出并清楚地主张权利。然而,当结合附图一起参阅时,通过参考以下详细描述可以最佳地理解本发明的组织、操作方法,以及主题、特征和优点。
应当理解,为了说明的简单和清楚,图中所示的元件不一定按比例绘制。例如,为了清楚起见,一些元件的尺寸可能相对于其他元件被放大。
由于本发明的说明性实施例在很大程度上可使用本领域技术人员熟知的电子元件和电路来实施,如上文所述,在认为必要的范围之外,不会对细节作更大的解释,以便理解和体会本发明的基本概念,以免混淆或分散本发明的教导。
在本发明的一个实施例中,提供了一种用于自动光学检测设备的照明装置,参见图1至图5,所述照明装置包括具有拱形结构的壳体1以及设置在所述壳体1内壁的多个LED光源2,所述壳体1的拱形线条可以为部分的椭圆,也可以为圆弧(弧度范围为150°-210°,优选为150°-210°),所述LED光源2均匀分布,所述壳体1上设有沿所述壳体1长度方向设置的槽通孔11,所述LED光源2呈阵列排布形成LED光源阵列(如图3所示),所述槽通孔11优选设置在所述壳体1的拱形结构的中心,所述槽通孔11的长度小于所述壳体1的长度,如图5所示。
具体地,所述LED光源阵列包括多个沿所述壳体1长度方向设置的LED光源行单元,如图4所示,从所述照明装置的宽度侧面上看,每个LED光源 行单元均匀分布在所述照明装置的内侧拱形面上,即相邻的LED光源行单元之间的角弧度相等(除了最靠近所述槽通孔11的两个LED光源行单元),每个LED光源行单元的发光强度和/或发光颜色能够被独立调节。
以上所述“每个LED光源行单元的发光强度和/或发光颜色能够被独立调节”即可以以LED光源行单元为独立调节单位进行发光强度和/或发光颜色的调节。在本发明的一个更优选实施例中,每个LED光源2的发光强度和/或发光颜色能够被独立调节。也就是说,在本实施例中,不仅是单个LED光源行单元可以独立于其他LED光源行单元进行光调节,在同一个LED光源行单元中的不同LED光源2或者在不同LED光源行单元中的不同LED光源2均可以单独调节。
在本发明的一个实施例中,所述LED光源2在所述壳体1的拱形方向上对齐设置,如图3所示;在本发明的另一个实施例中,所述LED光源2在所述壳体1的拱形方向上交错设置(未图示)。
在本发明的一个实施例中,提供了一种成像系统,参见图6和图7,包括用于放大和/或聚焦的镜头3、用于采集图像信息的图像传感器4及如上实施例所述的照明装置,所述镜头3设置在所述照明装置的壳体1拱形面的上方,所述图像传感器4设置在所述镜头3的上方,所述图像传感器4可选为CCD线性相机或者CMOS,且所述镜头3的入光侧和图像传感器4的入光侧均优选与所述照明装置的壳体1上的槽通孔11正对设置。所述成像系统还包括控制单元,其用于调节所述照明装置的LED光源2的发光强度和/或发光颜色。如图5所示,所述照明装置的壳体1上的槽通孔11为等宽结构,所述槽通孔11的槽宽大于或等于所述图像传感器4的感光片宽度,满足所述图像传感器的每一次感光成像,避免感光不足造成部分成像空白的现象。
如图6和图7所示,所述成像系统还包括驱动机构及设置在所述照明装置的壳体1下方可移动的基台5,所述基台5用于放置待成像的目标物体6,优选地,所述照明装置的壳体1能够根据所述目标物体6的厚度而进行上下调节,在所述照明装置的壳体1不阻碍所述目标物体6水平移动的前提下,所述照明装置的壳体1的高度越低越好。所述照明装置的LED光源2的照射目标物体6后反射的光通过槽通孔11后射入镜头3,最终射入图像传感器4。在所述驱动机构的驱动下,所述基台5带着目标物体6相对于所述照明装置的壳体1水平移动。在移动过程中,利用图像传感器多次对目标物体的不同局部进行线扫成像,最终经过图像处理拼接,最终实现所述目标物体6的整体图像采集,所述基台能够提升所述目标物体水平移动的平稳性,以提高成像的准确性。
参见图4,其示出了所述照明装置对具有不规则表面的目标物体6的照明光路,阵列的LED灯等角度安装在拱形壳体1内侧,且不同角度的LED灯发出来的光汇聚中心与拱形壳体1的中心重合,并在壳体1弧形的每个角度都被
照明,保证被测物处于光源汇聚中心位置,以获得最佳亮度的光源,图4展示了一种不规格的被测物表面,通过示意图可知,无论被测物的表面如何,拱形照明装置中总有一组LED光源可以将被测物表面的信息放射到镜头3和图像传感器4中去,这样,就不会出现因为被检测物形状变化而出现遗漏检测点的现象。其次,由于印刷电路板基材不同,分为铜板基材、铝板基材、陶瓷板基材等,对光源照明的颜色要求很高,在针对不同颜色的被检测物时,需要改变光源的颜色,以增强在图像传感器4中采集到的图像的对比度,提高图像质量,这时,就通过单独控制每一个LED的RGB,同时配套控制每一个LED的开光、亮度,以实现最佳的照射颜色和最佳照射角度,从而覆盖扫描元素的各种形状、纹理和表面条件。
在本发明的一个实施例中,提供了一种基于上述的成像系统的成像方法,参见图8,所述成像方法包括以下步骤:
S1、打开完成预调节的图像传感器、镜头以及完成照明参数调节的拱形照明装置,并在所述照明装置下方放置待成像的目标物体。
具体地,所述图像传感器的预调节操作包括图像传感器的高度调节,所述镜头的预调节操作包括高度调节、放大倍率调节及聚焦倍率调节。
具体地,所述照明装置的照明参数调节步骤包括:对样品进行步骤S1-S4的操作,对于所述图像传感器每一次成像参数和/或成像得到的样品的成像图像进行分析,若所述图像传感器的感光通量低于预设的感光通量阈值或者成像图像的局部像素块亮度值和/或灰度值超出预设的合格标准,则对所述照明装置的LED光源进行发光强度和/或发光颜色调节,直至该样品的整体成像图像的亮度值和灰度值均满足合格标准,或者所述图像传感器每一次成像的感光通量都达到阈值标准。
S2、水平移动目标物体,使所述目标物体从所述照明装置的壳体上的槽通孔的一侧移动到另一侧。
S3、在步骤S2的移动过程中,所述图像传感器多次成像。
S4、对所述图像传感器多次成像得到的多个图像进行图像处理,得到所述目标物体的成像。
具体地,在一个实施例中,如图9所示,步骤S2中每次目标物体的水平移动距离等于图像传感器的感光片宽度,步骤S3中所述目标物体每移动一次,则所述图像传感器对其进行一次成像;步骤S4中将所述图像传感器多次成 像得到的多个图像按照成像时间拼接,得到所述目标物体的成像图像。
在另一个实施例中,步骤S2中每次目标物体的水平移动距离小于或等于图像传感器的感光片宽度,步骤S3中所述目标物体每移动一次,则所述图像传感器对其进行一次成像;由于每次水平移动的距离小于感光片宽度,因此,前后两个成像中有重叠的部分,这重叠的部分需要在图像拼接前进行去除处理,如图10所示,步骤S4中图像处理的步骤包括:
对所述图像传感器连续两次先后成像得到的第一图像和第二图像进行比对,找到第一图像的边缘在第二图像中的位置作为拼接缝;
按照拼接缝将所述第一图像和第二图像进行拼接,重复执行以上图像处理步骤,直至所有成像得到的图像拼接成所述目标物体的成像。
此外,本领域技术人员将意识到,上述操作之间的界限仅为示例性的。多个操作可以合并为单个操作,单个操作可以分布于额外操作中,且可在至少部分重叠的时间下执行操作。此外,可选实施例可包括特定操作的多个举例说明,并且操作顺序可在各种其他实施例中变化。
然而,其他修改、变化及替代也是可能的。因此,应在示例性意义上而非限制性意义上看待说明书及附图。
在权利要求声明中,置于圆括号之间的任何参考符号不应被视为限制请求项。词语“包括”并不排除那些列在权利要求声明中的其他元件或步骤的存在。此外,本文所使用的术语“一”或“一个”,被定义为一个或多于一个。而且,引言短语例如权利要求声明中的“至少一个”及“一个或多个”的使用不应该解释为暗示不定冠词“一”或“一个”引入另一个权利要求要素将包含这种引入的权利要求的任何特定权利要求限制于仅包含一个这样的要素的发明,即使同一权利要求包括引言短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词,如“一个”或“一个”。使用定冠词也是如此。除非另有说明,否则诸如“第一”和“第二”之类的术语用于任意区分这些术语所描述的元素。因此,这些术语不一定旨在表示这些元素的时间或其他优先级。在彼此不同的权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能加以利用。
虽然本文已经说明和描述了本发明的某些特征,但是本领域普通技术人员现在将想到许多修改、替换、改变和等同物。因此,应该理解,所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真正精神内的所有这些修改和变化。

Claims (16)

  1. 一种用于自动光学检测设备的照明装置,其特征在于,包括具有拱形结构的壳体(1)以及设置在所述壳体(1)内壁的多个LED光源(2),所述壳体(1)上设有沿所述壳体(1)长度方向设置的槽通孔(11),所述LED光源(2)呈阵列排布形成LED光源阵列;
    所述LED光源阵列包括多个沿所述壳体(1)长度方向设置的LED光源行单元,每个LED光源行单元的发光强度和/或发光颜色能够被独立调节。
  2. 根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,每个LED光源(2)的发光强度和/或发光颜色能够被独立调节。
  3. 根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,所述槽通孔(11)设置在所述壳体(1)的拱形结构的中心,所述槽通孔(11)的长度小于所述壳体(1)的长度。
  4. 根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,所述LED光源(2)在所述壳体(1)的拱形方向上对齐设置,或者,所述LED光源(2)在所述壳体(1)的拱形方向上交错设置。
  5. 根据权利要求1所述的照明装置,其特征在于,相邻的LED光源行单元之间的角弧度相等,所述LED光源(2)均匀分布。
  6. 一种成像系统,其特征在于,包括用于放大和/或聚焦的镜头(3)、用于采集图像信息的图像传感器(4)及如权利要求1-5中任意一项所述的照明装置,所述镜头(3)设置在所述照明装置的壳体(1)拱形面的上方,所述图像传感器(4)设置在所述镜头(3)的上方。
  7. 根据权利要求6所述的成像系统,其特征在于,还包括控制单元,其用于调节所述照明装置的LED光源(2)的发光强度和/或发光颜色。
  8. 根据权利要求6所述的成像系统,其特征在于,所述照明装置的壳体(1)上的槽通孔(11)为等宽结构,所述槽通孔(11)的槽宽大于或等于所述图像传感器(4)的感光片宽度。
  9. 根据权利要求6所述的成像系统,其特征在于,所述镜头(3)的入光侧 和图像传感器(4)的入光侧均与所述照明装置的壳体(1)上的槽通孔(11)正对设置。
  10. 根据权利要求6所述的成像系统,其特征在于,还包括驱动机构及设置在所述照明装置的壳体(1)下方可移动的基台(5),所述基台(5)用于放置待成像的目标物体(6),在所述驱动机构的驱动下,所述基台(5)带着目标物体(6)相对于所述照明装置的壳体(1)水平移动。
  11. 根据权利要求6所述的成像系统,其特征在于,所述图像传感器(4)为CCD线性相机或者CMOS。
  12. 一种基于权利要求6-11中任意一项所述的成像系统的成像方法,其特征在于,包括以下步骤:
    S1、打开完成预调节的图像传感器、镜头以及完成照明参数调节的拱形照明装置,并在所述照明装置下方放置待成像的目标物体;
    S2、水平移动目标物体,使所述目标物体从所述照明装置的壳体上的槽通孔的一侧移动到另一侧;
    S3、在步骤S2的移动过程中,所述图像传感器多次成像;
    S4、对所述图像传感器多次成像得到的多个图像进行图像处理,得到所述目标物体的成像。
  13. 根据权利要求12所述的成像方法,其特征在于,步骤S2中每次目标物体的水平移动距离等于图像传感器的感光片宽度,步骤S3中所述目标物体每移动一次,则所述图像传感器对其进行一次成像;步骤S4中将所述图像传感器多次成像得到的多个图像按照成像时间拼接,得到所述目标物体的成像图像。
  14. 根据权利要求12所述的成像方法,其特征在于,步骤S2中每次目标物体的水平移动距离小于或等于图像传感器的感光片宽度,步骤S3中所述目标物体每移动一次,则所述图像传感器对其进行一次成像;步骤S4中图像处理的步骤包括:
    对所述图像传感器连续两次先后成像得到的第一图像和第二图像进行比对,找到第一图像的边缘在第二图像中的位置作为拼接缝;
    按照拼接缝将所述第一图像和第二图像进行拼接,重复执行以上图像处理 步骤,直至所有成像得到的图像拼接成所述目标物体的成像。
  15. 根据权利要求12所述的成像方法,其特征在于,所述照明装置的照明参数调节步骤包括:
    对样品进行步骤S1-S4的操作,对于所述图像传感器每一次成像参数和/或成像得到的目标物体的成像图像进行分析,若所述图像传感器的感光通量低于预设的感光通量阈值或者成像图像的局部像素块亮度值和/或灰度值超出预设的合格标准,则对所述照明装置的LED光源进行发光强度和/或发光颜色调节。
  16. 根据权利要求12所述的成像方法,其特征在于,所述图像传感器的预调节操作包括图像传感器的高度调节,所述镜头的预调节操作包括高度调节、放大倍率调节及聚焦倍率调节。
PCT/CN2020/131433 2019-12-27 2020-11-25 一种用于自动光学检测设备的照明装置及成像系统 WO2021129283A1 (zh)

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