CN201058521Y - 用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，包括分光器、直射光源、侧向光源和光反射器各两个，合光器、成像透镜和图像传感器各一个，其中一个光反射器有两个反射面，另一个有一个反射面；双反射面的光反射器的上方和下方都是分光器，左侧是直射光源，右侧是合光器；上部分光器上方是侧向光源，左侧是另一个直射光源；下部分光器下方是另一个侧向光源；合光器下方是单反射面的光反射器，右侧是成像透镜，图像传感器位于成像透镜之后，照射钢网或电路板的光束穿过侧向光源的中心孔；侧向光源为钢网或电路板提供低角度照明。该装置只用一个图像传感器，可采集向上和向下的图像，且不存在重影现象。

Description

用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种图像采集装置，特别是涉及一种用于对光路同轴但方向相反的两区域进行图像采集的装置，具体是指用于诸如全自动钢网印刷机中钢网和电路板的基准测量和印刷质量检查的图像采集装置，但其使用范围并不局限于锡膏印刷机，还可以用于元件贴放系统、半导体制造、纸张上油墨印刷等其它需要采用图像传感器实现基准对位的装置或应用中。

技术背景

在采用钢网印刷工艺的全自动钢网印刷机中，要将锡膏准确印刷到电路板上，需要将电路板上要印刷的部位与钢网上的开孔准确对准。钢网和电路板的对准一般采用基准对准的方法，就是说在钢网和电路板上做上标记，在加工上保证当两者对应的标记对准时，电路板和钢网上要印刷的部位即与钢网上的开孔对准。最简单的基准对准方法是机械定位，该方法的基准是电路板上特别加工的定位孔，印刷机上使用一个或是几个气缸活塞机构，定位时将活塞的撞杆插入PCB的定位孔内以达到定位的目的。其缺点是定位精度差，速度慢，由于不同的PCB的定位孔径不同，有的甚至没有定位孔，因此该方法适应差，难以适应SMT生产的高密度、高产出和高精度的发展趋势，目前该技术已逐步被淘汰。

采用机器视觉技术的锡膏印刷机可以同时实现基准高速高精度对准、印刷过程中印刷质量检查。如图1所示，目前该类型的锡膏印刷机的图像采集装置一般包括两个光源59、56，一个分光镜53、一个反射镜54、一个成像透镜57和一个图像传感器58，有些装置中为了消除上下光路的相互干扰，还加上挡光片52、55。工作时，位于不同水平面的两个光源59、56中的任意一个发光，光源59、56经分光镜53照射钢网50或电路板51，然后反射回分光镜53，再经光反射镜54光束折射到成像透镜57，最后在图像传感器58上成像，这样获得的图像是电路板51和钢网50图像的叠加，通过分析图像，可以得出定位信息。也可以通过分时控制光源的开关，从而分时拍摄到钢网50及电路板51的图像。该方法的优点是光路简单和成本低，但同时采集图像时图像分析算法复杂，而分时采集图像则比较耗时，也存在重影，影响图像分析；采用挡光片的装置中，可以消除光路相互干涉，但由于存在机械动作，采样速度受到影响，而且挡光片的寿命也有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、没有重影的，可以在同一位置上采集向上和向下两个相反方向图像的采集装置的用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：构造一种用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，包括分光器、直射光源、侧向光源和光反射器各两个，合光器、成像透镜和图像传感器各一个。其中一个光反射器只有一个反射面，另一个光反射器有两个平行但方向相反的反射面。双面光反射器与两分光器上下叠放，左侧是直射光源，右侧是合光器；上部分光器的左侧是另一个直射光源，上侧是侧向光源；下部分光器的下侧是另一个侧向光源；合光器下方是单面光反射器，右侧是成像透镜，图像传感器位于成像透镜之后。上方直射光源的光约50％经分光器向上折射，光束穿过侧向光源的中心孔照射钢网，侧向光源为钢网提供低角度照明；另约50％的光经分光器透射，这部分的光被分光器安装面吸收；钢网的反射光穿过侧向光源的中心孔进入分光器，经分光器作用，约50％的光被折射向直射光源，另约50％的光透过分光器射向双面反射器，经双面反射器折射进入合光器，约50％的光被透射向成像透镜，最后在图像传感器上成像；另约50％的光经合光器折射，这部分的光被合光器安装面吸收；下方直射光源的光经双面反射器向下折射，约50％的光经下部分光器透射，光束穿过侧向光源的中心孔照射电路板，侧向光源为电路板提供低角度照明；另约50％的光经分光器折射，这部分的光被分光器安装面吸收；电路板的反射光穿过侧向光源的中心孔进入分光器，经分光器作用，约50％的光被透射向双面反射器，最后被折射向直射光源，另约50％的光经分光器折射向单面反射器，经单面反射器折射进入合光器，约50％的光被折射向成像透镜，最后在图像传感器上成像；另约50％的光经合光器透射，这部分的光被合光器安装面吸收；向上和向下两个相反方向图像在不同时间采集，采集上方图像时，上方的直射光源和侧向光源至少点亮一个，而下方的光源全部关闭；相应地，采集下方的图像时，上方的光源全部关闭，下方的光源至少开启一个。如图1所示，现有的技术方案在上方或下方光源开启时，钢网(或电路板)的反射光会透过分光镜照射到电路板(或钢网)上，这样两个方向同时在图像传感器上成像，因而造成重影，为了避免重影，需要机械挡光片，隔断上下光路的相互干扰；而在本方案中，从上述光路分析知道，上方的光源开启时，没有光会射向下方，反之下方的光源也不会有光射向上方，因此，不需要机械挡光片，采集图像时也不会有重影现象。

所述能双面反射的光反射器由两个镀有反射膜的棱镜组成，两个棱镜的反射面平行，也可以是两面都镀有反射膜的镜片。

所述分光器和合光器是可以实现分光的棱镜，还可以是镀有分光膜的镜片；

所述侧向光源可以是环形照明的光源，也可以是能产生四面照明的矩形光源，或按其它按多边形排列的光源。

所述的直射光源和侧向光源可以是LED光源、气体光源、光纤光源或其它可以发光的装置。

所述图像传感器为模拟或数字的CCD相机、CMOS相机或其它可以把图像转换为电信号的装置。

本实用新型所述的用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：可以在同一位置上通过分时控制光源的点亮，采集光路同轴但方向相反的两个区域的图像，成像时没有重影，装置内部不需要运动部件；直射照明和侧向照明配合，可以提高钢网和电路板成像的质量，适合钢网和电路板基准测量及锡膏印刷过程检查的图像采集。具有可对光路同轴但方向相反的两区域进行图像采集，只需单个图像传感器，不存在重影现象。

下面结合附图和实施例对本实用新型所述的用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置作进一步说明：

附图说明

图1是现有单图像传感器图像采集方案示意图；

图2是本实用新型用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置的主视图；

图3是本实用新型用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置的俯视图；

图4是本实用新型用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置右视图；

图5是本实用新型用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置与图像采集控制及处理装置和定位装置结构示意图；

图6是本实用新型用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置的立体结构示意图。

附图标记说明：

1、5、侧向光源；2、4、分光器；3、双面反射的光反射器；6、7、直射光源；8、合光器；9、单面反射的光反射器；10、成像透镜；11、图像传感器；12、本专利所述的图像采集装置；13、钢网；14、电路板；15、定位装置；16、图像采集控制及处理装置。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例作进一步地描述。

如图2、图3、图4、图6所示，提供一种用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，包括侧向光源1和5、分光器2和4、光反射器3、直射光源6和7、合光器8、光反射器9、成像透镜10、图像传感器11。其中光反射器3有两个平行但方向相反的反射面，光反射器9只有一个反射面。光反射器3与分光器2和4上下叠放，分光器2在光反射器3上方，分光器4在光反射器3下方；光反射器3的左侧是直射光源7，右侧是合光器8；分光器2的左侧是直射光源6，上侧是侧向光源1；分光器4的下侧是侧向光源5；合光器8下方是光反射器9，右侧是成像透镜10，图像传感器11位于成像透镜10之后，直射光源6的出射光约50％经分光器2向上折射，光束穿过侧向光源1的中心孔照射钢网13，侧向光源1为钢网13提供低角度照明；另约50％的光经分光器2透射，这部分的光被分光器2的安装面吸收；钢网13的反射光穿过侧向光源1的中心孔进入分光器2，经分光器2作用，约50％的光被折射向直射光源6，另约50％的光透过分光器2射向双面反射器3，经双面反射器3折射进入合光器8，约50％的光被透射向成像透镜10，最后在图像传感器11上成像；另约50％的光经合光器8折射，这部分的光被合光器8安装面吸收；直射光源7的光经反射器3向下折射，约50％的光经下部分光器4透射，光束穿过侧向光源5的中心孔照射电路板14，侧向光源5为电路板14提供低角度照明；另约50％的光经分光器4折射，这部分的光被分光器4的安装面吸收；电路板14的反射光穿过侧向光源5的中心孔进入分光器4，经分光器4作用，约50％的光被透射向反射器3，最后被折射向直射光源7，另约50％的光经分光器4折射向反射器9，经反射器9折射进入合光器8，约50％的光被折射向成像透镜10，最后在图像传感器11上成像；另约50％的光经合光器8透射，这部分的光被合光器8的安装面吸收。图像传感器11将图像转换为模拟电压信号或数字信号。

向上和向下两个相反方向的图像在不同时间采集，采集上方图像时，上方的直射光源6和侧向光源1至少点亮一个，而下方的光源5和7全部关闭；相应地，采集下方的图像时，上方的光源1和6全部关闭，下方的光源5和7至少开启一个。

如图5所示，为了配合本实用新型的图像采集装置工作，还需图像采集控制及处理装置16和定位装置15，图像采集控制及处理装置16是由摄像控制器、图像采集卡、定位控制器和图像处理模块与通用计算机和存储器组成。其中摄像控制器分别与本实用新型的图像采集装置的直射光源6和7、侧向光源1和5以及图像传感器11连接，分别控制直射光源6和7及侧向光源1和5的照明，并控制图像传感器11的图像采集。图像采集卡与图像传感器11的视频信号输出连接，将图像视频信号转换成数字信号。定位装置控制器与定位装置15连接，图像采集装置12安装在定位装置15上，采集图像时，按照指定的坐标信息，定位装置15将图像采集装置12送入钢网13和电路板14之间的指定位置，图像采集装置12分时采集钢网朝向电路板侧和电路板朝向钢网侧的图像，图像采集过程由程序自动控制完成，采集的图像和处理结果保存在存储器内。

应用本实用新型的用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，向上和向下两个相反方向的图像在不同时间分别采集。采集上方图像时，上方的直射光源6和侧向光源1至少点亮一个，而下方的光源5和7全部关闭；相应地，采集下方的图像时，上方的光源1和6全部关闭，下方的光源5和7至少开启一个。直射光源6的光约50％经分光器2向上折射，光束穿过侧向光源1的中心孔照射钢网13，另约50％的光经分光器2透射，这部分的光被分光器2的安装面吸收；侧向光源1为钢网13提供低角度照明；钢网13的反射光穿过侧向光源1的中心孔进入分光器2，经分光器2作用，约50％的光被折射向直射光源6，另约50％的光透过分光器2射向双面反射器3，经双面反射器3折射进入合光器8，约50％的光被透射向成像透镜10，最后在图像传感器11上成像；另约50％的光经合光器8折射，这部分的光被合光器8安装面吸收；直射光源7的光经反射器3向下折射，约50％的光经下部分光器4透射，光束穿过侧向光源5的中心孔照射电路板14，另约50％的光经分光器4折射，这部分的光被分光器4的安装面吸收；侧向光源5为电路板14提供低角度照明；电路板14的反射光穿过侧向光源5的中心孔进入分光器4，经分光器4作用，约50％的光被透射向反射器3，最后被折射向直射光源7，另约50％的光经分光器4折射向反射器9，经反射器9折射进入合光器8，约50％的光被折射向成像透镜10，最后在图像传感器11上成像；另约50％的光经合光器8透射，这部分的光被合光器8的安装面吸收。图像传感器11将图像转换为模拟电压信号或数字信号，传送给计算机处理。

用于基准测量时，本实用新型的图像采集装置分时采集到位于电路板14和钢网13上的基准点的图像，经图像采集卡转换成数字信号输入计算机，可计算两个基准点的坐标，并进行进一步的偏差分析，进而可以实现基准高速高精度对准。

用于锡膏印刷检查时，本实用新型的图像采集装置分时采集电路板14和钢网13的图像，经过图像采集卡将采集的图像信号转换成数字信号，输入计算机，并与计算机内保存的标准模板信息进行比较，从而可检查电路板的锡膏印刷质量和钢网的网孔堵塞程度。

本实用新型涉及的用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，可以在同一位置上通过分时控制光源的点亮，采集光路同轴但方向相反的两个区域的图像，成像时没有重影，内部不需要运动部件，提高了装置的使用可靠性；直射照明和侧向照明配合，可以提高钢网和电路板成像的质量，适合钢网和电路板基准测量及锡膏印制过程检查的图像采集。

以上所述仅为本实用新型较佳的可行实施例，并非因此限定本实用新型的保护范围，故凡应用本实用新型说明书或附图内容所进行的等效结构变化，均包含于本实用新型保护范围内。本实用新型虽然针对全自动钢网印刷机进行叙述，但其使用范围并不局限于全自动钢网印刷机，还可以用于元件贴放系统、半导体制造、纸张上油墨印刷机等需要采用图像传感器实现上下对位或检查的装置或应用中。

Claims (10)

1.一种用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，包括分光器(2)、(4)、直射光源(6)、(7)、侧向光源(1)、(5)和光反射器(3)、(9)各两个，合光器(8)、成像透镜(10)和图像传感器(11)各一个，其中一个光反射器(3)有两个反射面，另一个光反射器(9)有一个反射面；双反射面的光反射器(3)的上方和下方分别是分光器(2)、(4)，左侧是直射光源(7)，右侧是合光器(8)；上部分光器(2)上方是侧向光源(1)，左侧是另一个直射光源(6)；下部分光器(4)下方是另一个侧向光源(5)；合光器(8)下方是单反射面的光反射器(9)，右侧是成像透镜(10)，图像传感器(11)位于成像透镜(10)之后，上方直射光源(6)的出射光经分光器(2)向上折射，光束穿过侧向光源(1)的中心孔照射钢网(13)，侧向光源(1)为钢网(13)提供低角度照明；钢网(13)的反射光穿过侧向光源(1)的中心孔进入分光器(2)，经其透射向双面光反射器(3)，再经双面光反射器(3)折射进入合光器(8)，光经合光器(8)透射向成像透镜(10)，最后在图像传感器(11)上成像，下方直射光源(7)的出射光被双面光反射器(3)向下折射到下部分光器(4)，经分光器(4)透射，光束穿过侧向光源(5)的中心孔照射电路板(14)，侧向光源(5)为电路板(14)提供低角度照明；电路板(14)的反射光穿过侧向光源(5)的中心孔进入分光器(4)，经分光器(4)折射向单面光反射器(9)，再经光反射器(9)折射进入合光器(8)，经其折射向成像透镜(10)，最后在图像传感器(11)上成像。

2.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，具有单个成像透镜(10)和图像传感器(11)，可实现对光路同轴但方向相反的两区域进行图像采集。

3.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，至少具有光反射器(3)、(9)两个，合光器(8)一个，光反射器(3)、(9)将上下两个光路的反射光折射到合光器(8)，由合光器(8)把两路反射光合并为一路光束，进入成像透镜(10)，最后在图像传感器(11)上成像。

4.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，向上或向下每个光路中至少包含一个光源，可以是直射光源(6)、(7)或侧向光源(1)、(5)。

5.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，所述能双面反射的光反射器(3)由两个镀有反射膜的棱镜组成，两个棱镜的反射面平行，也可以是两面都镀有反射膜的镜片。

6.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，所述分光器(2)、(4)和合光器(8)是可以实现分光的棱镜，还可以是镀有分光膜的镜片。

7.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，照射向上方或下方的光束穿过侧向光源(1)、(5)的中心孔照射到钢网(13)或电路板(14)上。

8.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，所述侧向光源(1)、(5)可以是环形照明的光源，也可以是能产生四面照明的矩形光源。

9.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，所述的直射光源(6)、(7)和侧向光源(1)、(5)可以是LED光源、气体光源、光纤光源。

10.根据权利要求1所述用于基准对准和检测的单镜头图像采集装置，其特征在于，所述图像传感器(11)为模拟或数字的CCD相机、CMOS相机。

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