專利名稱：用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種圖像采集裝置，特別是涉及一種用于對光路同軸 但方向相反的兩區(qū)域進(jìn)行圖像采集的裝置，具體是指用于諸如全自動鋼網(wǎng) 印刷機中鋼網(wǎng)和電路板的基準(zhǔn)測量和印刷質(zhì)量檢査的圖像采集裝置，但其 使用范圍并不局限于錫膏印刷機，還可以用于元件貼放系統(tǒng)、半導(dǎo)體制造、 紙張上油墨印刷等其它需要采用圖像傳感器實現(xiàn)基準(zhǔn)對位的裝置或應(yīng)用 中。
背景技術(shù)：
在采用鋼網(wǎng)印刷工藝的全自動鋼網(wǎng)印刷機中，要將錫膏準(zhǔn)確印刷到電 路板上，需要將電路板上要印刷的部位與鋼網(wǎng)上的開孔準(zhǔn)確對準(zhǔn)。鋼網(wǎng)和 電路板的對準(zhǔn)一般采用基準(zhǔn)對準(zhǔn)的方法，就是說在鋼網(wǎng)和電路板上做上標(biāo) 記，在加工上保證當(dāng)兩者對應(yīng)的標(biāo)記對準(zhǔn)時，電路板和鋼網(wǎng)上要印刷的部 位即與鋼網(wǎng)上的開孔對準(zhǔn)。最簡單的基準(zhǔn)對準(zhǔn)方法是機械定位，該方法的 基準(zhǔn)是電路板上特別加工的定位孔，印刷機上使用一個或是幾個氣缸活塞
機構(gòu)，定位時將活塞的撞桿插入PCB的定位孔內(nèi)以達(dá)到定位的目的。其缺 點是定位精度差，速度慢，由于不同的PCB的定位孔徑不同，有的甚至沒 有定位孔，因此該方法適應(yīng)差，難以適應(yīng)SMT生產(chǎn)的高密度、高產(chǎn)出和高 精度的發(fā)展趨勢，目前該技術(shù)已逐步被淘汰。
采用機器視覺技術(shù)的錫膏印刷機可以同時實現(xiàn)基準(zhǔn)高速高精度對準(zhǔn)、 印刷過程中印刷質(zhì)量檢査。如圖1所示，目前該類型的錫膏印刷機的圖像
采集裝置一般包括兩個光源59、 56， 一個分光鏡53、 一個反射鏡54、 一 個成像透鏡57和一個圖像傳感器58，有些裝置中為了消除上下光路的相 互干擾，還加上擋光片52、 55。工作時，位于不同水平面的兩個光源59、 56中的任意一個發(fā)光，光源59、 56經(jīng)分光鏡53照射鋼網(wǎng)50或電路板51， 然后反射回分光鏡53，再經(jīng)光反射鏡54光束折射到成像透鏡57，最后在 圖像傳感器58上成像，這樣獲得的圖像是電路板51和鋼網(wǎng)50圖像的疊 加，通過分析圖像，可以得出定位信息。也可以通過分時控制光源的開關(guān)， 從而分時拍攝到鋼網(wǎng)50及電路板51的圖像。該方法的優(yōu)點是光路簡單和 成本低，但同時采集圖像時圖像分析算法復(fù)雜，而分時采集圖像則比較耗 時，也存在重影，影響圖像分析；采用擋光片的裝置中，可以消除光路相 互干涉，但由于存在機械動作，采樣速度受到影響，而且擋光片的壽命也 有限。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種結(jié)構(gòu)緊 湊、沒有重影的，可以在同一位置上采集向上和向下兩個相反方向圖像的 采集裝置的用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的技術(shù)方案如下構(gòu)造一種用于基 準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，包括分光器、直射光源、側(cè)向光源 和光反射器各兩個，合光器、成像透鏡和圖像傳感器各一個。其中一個光 反射器只有一個反射面，另一個光反射器有兩個平行但方向相反的反射 面。雙面光反射器與兩分光器上下疊放，左側(cè)是直射光源，右側(cè)是合光器-, 上部分光器的左側(cè)是另一個直射光源，上側(cè)是側(cè)向光源；下部分光器的下 側(cè)是另一個側(cè)向光源；合光器下方是單面光反射器，右側(cè)是成像透鏡，圖
像傳感器位于成像透鏡之后。上方直射光源的光約50%經(jīng)分光器向上折 射，光束穿過側(cè)向光源的中心孔照射鋼網(wǎng)，側(cè)向光源為鋼網(wǎng)提供低角度照
明；另約50%的光經(jīng)分光器透射，這部分的光被分光器安裝面吸收；鋼網(wǎng)
的反射光穿過側(cè)向光源的中心孔進(jìn)入分光器，經(jīng)分光器作用，約50%的光 被折射向直射光源，另約50%的光透過分光器射向雙面反射器，經(jīng)雙面反 射器折射進(jìn)入合光器，約50%的光被透射向成像透鏡，最后在圖像傳感器 上成像；另約50%的光經(jīng)合光器折射，這部分的光被合光器安裝面吸收； 下方直射光源的光經(jīng)雙面反射器向下折射，約50%的光經(jīng)下部分光器透 射，光束穿過側(cè)向光源的中心孔照射電路板，側(cè)向光源為電路板提供低角 度照明；另約50%的光經(jīng)分光器折射，這部分的光被分光器安裝面吸收； 電路板的反射光穿過側(cè)向光源的中心孔進(jìn)入分光器，經(jīng)分光器作用，約50 %的光被透射向雙面反射器，最后被折射向直射光源，另約50%的光經(jīng)分 光器折射向單面反射器，經(jīng)單面反射器折射進(jìn)入合光器，約50%的光被折 射向成像透鏡，最后在圖像傳感器上成像；另約50%的光經(jīng)合光器透射， 這部分的光被合光器安裝面吸收；向上和向下兩個相反方向圖像在不同時 間采集，采集上方圖像時，上方的直射光源和側(cè)向光源至少點亮一個，而 下方的光源全部關(guān)閉；相應(yīng)地，采集下方的圖像時，上方的光源全部關(guān)閉， 下方的光源至少開啟一個。如圖1所示，現(xiàn)有的技術(shù)方案在上方或下方光 源開啟時，鋼網(wǎng)(或電路板)的反射光會透過分光鏡照射到電路板(或鋼網(wǎng)) 上，這樣兩個方向同時在圖像傳感器上成像，因而造成重影，為了避免重 影，需要機械擋光片，隔斷上下光路的相互干擾；而在本方案中，從上述 光路分析知道，上方的光源開啟時，沒有光會射向下方，反之下方的光源 也不會有光射向上方，因此，不需要機械擋光片，采集圖像時也不會有重
影現(xiàn)象。
所述能雙面反射的光反射器由兩個鍍有反射膜的棱鏡組成，兩個棱鏡 的反射面平行，也可以是兩面都鍍有反射膜的鏡片。
所述分光器和合光器是可以實現(xiàn)分光的棱鏡，還可以是鍍有分光膜的
鏡片；
所述側(cè)向光源可以是環(huán)形照明的光源，也可以是能產(chǎn)生四面照明的矩 形光源，或按其它按多邊形排列的光源。
所述的直射光源和側(cè)向光源可以是LED光源、氣體光源、光纖光源或 其它可以發(fā)光的裝置。
所述圖像傳感器為模擬或數(shù)字的CCD相機、CMOS相機或其它可以把圖 像轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。
本實用新型所述的用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置與現(xiàn) 有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果可以在同一位置上通過分時控制 光源的點亮，采集光路同軸但方向相反的兩個區(qū)域的圖像，成像時沒有重 影，裝置內(nèi)部不需要運動部件；直射照明和側(cè)向照明配合，可以提高鋼網(wǎng) 和電路板成像的質(zhì)量，適合鋼網(wǎng)和電路板基準(zhǔn)測量及錫膏印刷過程檢査的 圖像采集。具有可對光路同軸但方向相反的兩區(qū)域進(jìn)行圖像采集，只需單 個圖像傳感器，不存在重影現(xiàn)象。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型所述的用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的 單鏡頭圖像采集裝置作進(jìn)一步說明

圖1是現(xiàn)有單圖像傳感器圖像采集方案示意圖2是本實用新型用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像釆集裝置的主視圖3是本實用新型用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置的俯視圖4是本實用新型用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置右視圖5是本實用新型用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置與圖像采集
控制及處理裝置和定位裝置結(jié)構(gòu)示意圖6是本實用新型用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置的立體結(jié)構(gòu)
示意圖。
附圖標(biāo)記說明
1、 5、側(cè)向光源；2、 4、分光器；3 、雙面反射的光反射器；6、 7、 直射光源；8、合光器；9、單面反射的光反射器；10、成像透鏡；11、圖 像傳感器；12、本專利所述的圖像采集裝置；13、鋼網(wǎng)；14、電路板；15、
定位裝置；16 、圖像采集控制及處理裝置。
具體實施方式

為了更好地理解本實用新型，
以下結(jié)合附圖和實施例作進(jìn)一步地描述。
如圖2、圖3、圖4、圖6所示，提供一種用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡 頭圖像采集裝置，包括側(cè)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、成像透鏡IO、圖像傳感器ll。其中 光反射器3有兩個平行但方向相反的反射面，光反射器9只有一個反射面。 光反射器3與分光器2和4上下疊放，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的左側(cè)是直射光源7，右側(cè)是合光器 8;分光器2的左惻是直射光源6，上側(cè)是惻向光源l.，分光器4的下側(cè)是 側(cè)向光源5;合光器8下方是光反射器9，右側(cè)是成像透鏡IO，圖像傳感 器ll位于成像透鏡IO之后，直射光源6的出射光約50%經(jīng)分光器2向上
折射，光束穿過側(cè)向光源1的中心孔照射鋼網(wǎng)13，側(cè)向光源1為鋼網(wǎng)13 提供低角度照明；另約50%的光經(jīng)分光器2透射，這部分的光被分光器2 的安裝面吸收；鋼網(wǎng)13的反射光穿過側(cè)向光源1的中心孔進(jìn)入分光器2， 經(jīng)分光器2作用，約50%的光被折射向直射光源6，另約50%的光透過分 光器2射向雙面反射器3，經(jīng)雙面反射器3折射進(jìn)入合光器8，約50%的 光被透射向成像透鏡IO，最后在圖像傳感器ll上成像；另約50%的光經(jīng) 合光器8折射，這部分的光被合光器8安裝面吸收；直射光源7的光經(jīng)反 射器3向下折射，約50%的光經(jīng)下部分光器4透射，光束穿過側(cè)向光源5 的中心孔照射電路板14，側(cè)向光源5為電路板14提供低角度照明；另約 50%的光經(jīng)分光器4折射，這部分的光被分光器4的安裝面吸收；電路板 14的反射光穿過側(cè)向光源5的中心孔進(jìn)入分光器4，經(jīng)分光器4作用，約 50%的光被透射向反射器3，最后被折射向直射光源7，另約50%的光經(jīng) 分光器4折射向反射器9，經(jīng)反射器9折射進(jìn)入合光器8，約50%的光被 折射向成像透鏡IO，最后在圖像傳感器ll上成像；另約50%的光經(jīng)合光 器8透射，這部分的光被合光器8的安裝面吸收。圖像傳感器11將圖像 轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號或數(shù)字信號。
向上和向下兩個相反方向的圖像在不同時間采集，采集上方圖像時， 上方的直射光源6和側(cè)向光源1至少點亮一個，而下方的光源5和7全部 關(guān)閉；相應(yīng)地，采集下方的圖像時，上方的光源1和6全部關(guān)閉，下方的 光源5和7至少開啟一個。
如圖5所示，為了配合本實用新型的圖像采集裝置工作，還需圖像采 集控制及處理裝置16和定位裝置15，圖像采集控制及處理裝置16是由攝 像控制器、圖像采集卡、定位控制器和圖像處理模塊與通用計算機和存儲器組成。其中攝像控制器分別與本實用新型的圖像采集裝置的直射光源6 和7、側(cè)向光源1和5以及圖像傳感器11連接，分別控制直射光源6和7 及側(cè)向光源1和5的照明，并控制圖像傳感器11的圖像采集。圖像采集 卡與圖像傳感器11的視頻信號輸出連接，將圖像視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號。定位裝置控制器與定位裝置15連接，圖像采集裝置12安裝在定位裝 置15上，采集圖像時，按照指定的坐標(biāo)信息，定位裝置15將圖像采集裝 置12送入鋼網(wǎng)13和電路板14之間的指定位置，圖像采集裝置12分時采 集鋼網(wǎng)朝向電路板側(cè)和電路板朝向鋼網(wǎng)側(cè)的圖像，圖像采集過程由程序自 動控制完成，采集的圖像和處理結(jié)果保存在存儲器內(nèi)。
應(yīng)用本實用新型的用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，向上 和向下兩個相反方向的圖像在不同時間分別采集。采集上方圖像時，上方 的直射光源6和側(cè)向光源1至少點亮一個，而下方的光源5和7全部關(guān)閉； 相應(yīng)地，采集下方的圖像時，上方的光源1和6全部關(guān)閉，下方的光源5 和7至少開啟一個。直射光源6的光約50%經(jīng)分光器2向上折射，光束穿 過側(cè)向光源1的中心孔照射鋼網(wǎng)13，另約50%的光經(jīng)分光器2透射，這 部分的光被分光器2的安裝面吸收；側(cè)向光源1為鋼網(wǎng)13提供低角度照 明；鋼網(wǎng)13的反射光穿過側(cè)向光源1的中心孔進(jìn)入分光器2，經(jīng)分光器2 作用，約50%的光被折射向直射光源6，另約50%的光透過分光器2射向 雙面反射器3，經(jīng)雙面反射器3折射進(jìn)入合光器8,約50%的光被透射向 成像透鏡IO，最后在圖像傳感器ll上成像；另約50%的光經(jīng)合光器8折 射，這部分的光被合光器8安裝面吸收；直射光源7的光經(jīng)反射器3向下 折射，約50%的光經(jīng)下部分光器4透射，光束穿過側(cè)向光源5的中心孔照 射電路板14，另約50%的光經(jīng)分光器4折射，這部分的光被分光器4的
安裝面吸收；側(cè)向光源5為電路板14提供低角度照明；電路板14的反射 光穿過側(cè)向光源5的中心孔進(jìn)入分光器4，經(jīng)分光器4作用，約50%的光 被透射向反射器3，最后被折射向直射光源7，另約50%的光經(jīng)分光器4 折射向反射器9，經(jīng)反射器9折射進(jìn)入合光器8，約50%的光被折射向成 像透鏡10，最后在圖像傳感器11上成像；另約50%的光經(jīng)合光器8透射， 這部分的光被合光器8的安裝面吸收。圖像傳感器11將圖像轉(zhuǎn)換為模擬 電壓信號或數(shù)字信號，傳送給計算機處理。
用于基準(zhǔn)測量時，本實用新型的圖像采集裝置分時采集到位于電路板 14和鋼網(wǎng)13上的基準(zhǔn)點的圖像，經(jīng)圖像采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入計算 機，可計算兩個基準(zhǔn)點的坐標(biāo)，并進(jìn)行進(jìn)一步的偏差分析，進(jìn)而可以實現(xiàn) 基準(zhǔn)高速高精度對準(zhǔn)。
用于錫膏印刷檢查時，本實用新型的圖像采集裝置分時采集電路板14 和鋼網(wǎng)13的圖像，經(jīng)過圖像采集卡將采集的圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 輸入計算機，并與計算機內(nèi)保存的標(biāo)準(zhǔn)模板信息進(jìn)行比較，從而可檢査電 路板的錫膏印刷質(zhì)量和鋼網(wǎng)的網(wǎng)孔堵塞程度。
本實用新型涉及的用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，可以 在同一位置上通過分時控制光源的點亮，采集光路同軸但方向相反的兩個 區(qū)域的圖像，成像時沒有重影，內(nèi)部不需要運動部件，提高了裝置的使用 可靠性；直射照明和側(cè)向照明配合，可以提高鋼網(wǎng)和電路板成像的質(zhì)量， 適合鋼網(wǎng)和電路板基準(zhǔn)測量及錫膏印制過程檢査的圖像采集。
以上所述僅為本實用新型較佳的可行實施例，并非因此限定本實用新 型的保護(hù)范圍，故凡應(yīng)用本實用新型說明書或附圖內(nèi)容所進(jìn)行的等效結(jié)構(gòu) 變化，均包含于本實用新型保護(hù)范圍內(nèi)。本實用新型雖然針對全自動鋼網(wǎng)印刷機進(jìn)行敘述，但其使用范圍并不局限于全自動鋼網(wǎng)印刷機，還可以用 于元件貼放系統(tǒng)、半導(dǎo)體制造、紙張上油墨印刷機等需要采用圖像傳感器 實現(xiàn)上下對位或檢査的裝置或應(yīng)用中。
權(quán)利要求1、一種用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，其特征在于，包括分光器(2)、(4)、直射光源(6)、(7)、側(cè)向光源(1)、(5)和光反射器(3)、(9)各兩個，合光器(8)、成像透鏡(10)和圖像傳感器(11)各一個，其中一個光反射器(3)有兩個反射面，另一個光反射器(9)有一個反射面；雙反射面的光反射器(3)的上方和下方分別是分光器(2)、(4)，左側(cè)是直射光源(7)，右側(cè)是合光器(8)；上部分光器(2)上方是側(cè)向光源(1)，左側(cè)是另一個直射光源(6)；下部分光器(4)下方是另一個側(cè)向光源(5)；合光器(8)下方是單反射面的光反射器(9)，右側(cè)是成像透鏡(10)，圖像傳感器(11)位于成像透鏡(10)之后，上方直射光源(6)的出射光經(jīng)分光器(2)向上折射，光束穿過側(cè)向光源(1)的中心孔照射鋼網(wǎng)(13)，側(cè)向光源(1)為鋼網(wǎng)(13)提供低角度照明；鋼網(wǎng)(13)的反射光穿過側(cè)向光源(1)的中心孔進(jìn)入分光器(2)，經(jīng)其透射向雙面光反射器(3)，再經(jīng)雙面光反射器(3)折射進(jìn)入合光器(8)，光經(jīng)合光器(8)透射向成像透鏡(10)，最后在圖像傳感器(11)上成像，下方直射光源(7)的出射光被雙面光反射器(3)向下折射到下部分光器(4)，經(jīng)分光器(4)透射，光束穿過側(cè)向光源(5)的中心孔照射電路板(14)，側(cè)向光源(5)為電路板(14)提供低角度照明；電路板(14)的反射光穿過側(cè)向光源(5)的中心孔進(jìn)入分光器(4)，經(jīng)分光器(4)折射向單面光反射器(9)，再經(jīng)光反射器(9)折射進(jìn)入合光器(8)，經(jīng)其折射向成像透鏡(10)，最后在圖像傳感器(11)上成像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，其特征在于，具有單個成像透鏡(10)和圖像傳感器(11)，可實現(xiàn)對光路同軸但方向相反的兩區(qū)域進(jìn)行圖像采集。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，至少具有光反射器(3)、 (9)兩個，合光器(8) —個，光 反射器(3)、 (9)將上下兩個光路的反射光折射到合光器(8)，由合光器(8)把兩路反射光合并為一路光束，進(jìn)入成像透鏡(10)，最后在圖像傳 感器(11)上成像。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，向上或向下每個光路中至少包含一個光源，可以是直射光源(6)、 (7)或側(cè)向光源(1)、 (5)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，所述能雙面反射的光反射器(3)由兩個鍍有反射膜的棱鏡 組成，兩個棱鏡的反射面平行，也可以是兩面都鍍有反射膜的鏡片。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，所述分光器(2)、 (4)和合光器(8)是可以實現(xiàn)分光的棱 鏡，還可以是鍍有分光膜的鏡片。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，照射向上方或下方的光束穿過側(cè)向光源(1)、 (5)的中心孔 照射到鋼網(wǎng)(13)或電路板(14)上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，所述側(cè)向光源(1)、 (5)可以是環(huán)形照明的光源，也可以是 能產(chǎn)生四面照明的矩形光源。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，其特征在于，所述的直射光源(6)、 (7)和側(cè)向光源(1)、 (5)可以是LED 光源、氣體光源、光纖光源。
10、根據(jù)權(quán)利要求1所述用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，所述圖像傳感器(11)為模擬或數(shù)字的CCD相機、CMOS相機。
專利摘要本實用新型公開了一種用于基準(zhǔn)對準(zhǔn)和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，包括分光器、直射光源、側(cè)向光源和光反射器各兩個，合光器、成像透鏡和圖像傳感器各一個，其中一個光反射器有兩個反射面，另一個有一個反射面；雙反射面的光反射器的上方和下方都是分光器，左側(cè)是直射光源，右側(cè)是合光器；上部分光器上方是側(cè)向光源，左側(cè)是另一個直射光源；下部分光器下方是另一個側(cè)向光源；合光器下方是單反射面的光反射器，右側(cè)是成像透鏡，圖像傳感器位于成像透鏡之后，照射鋼網(wǎng)或電路板的光束穿過側(cè)向光源的中心孔；側(cè)向光源為鋼網(wǎng)或電路板提供低角度照明。該裝置只用一個圖像傳感器，可采集向上和向下的圖像，且不存在重影現(xiàn)象。
文檔編號B41F33/00GK201058521SQ20072012144
公開日2008年5月14日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日
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