利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法及其裝置，它采用基于線陣相機的機器視覺技術，具有成本低、檢測精度高、檢測速度快、使用方便、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、維護方便的優(yōu)點，從而在生產過程中減少人工需求以及提高良品率。具體過程為：步驟一，將鍵盤沿其軸向方向勻速運動；步驟二，利用成像裝置以與水平面成斜角方式采集鍵盤的各按鍵圖像；步驟三，根據(jù)同一行相鄰兩按鍵之間間隙的像素數(shù)的變化，檢測各按鍵的相對高度：如果測得的像素數(shù)與已知間隙的像素數(shù)相同，則按鍵等高；如果測得的像素數(shù)增大，則后鍵比前鍵高；如果測得的像素數(shù)減少，則前鍵比后鍵高。
【專利說明】利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電腦鍵盤高度的測量方法及其裝置，尤其涉及一種利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]鍵盤是一種常用的電腦部件，在筆記本電腦、臺式電腦中都會用到。在鍵盤的生產過程中，需要對鍵盤進行質量檢測。其中一項重要的檢測指標是鍵盤上相鄰鍵之間的相對高度，即高度差。質量要求通常是高度差要小于零點幾毫米，如果用人工來檢測，其誤差大、效率低。目前，有三種方式可以對相對高度進行精密測量，一種是用三次元的方法，另一種是用探針方式，第三種是采用面陣相機的機器視覺檢測方式。
[0003]用三次元方法進行檢測的優(yōu)點是精度高，但是其最大的缺點是檢測速度慢，無法對所有鍵盤進行檢測，只能抽檢。而且三次元設備的價格很高。另一種探針式檢測的優(yōu)點是成本比三次元設備降低了不少，而且檢測速度可以提高很多，但是其缺點是系統(tǒng)不穩(wěn)定、維護麻煩、維護成本高。而用面陣相機的檢測方式的優(yōu)點是成本低、易于維護，但是檢測精度很低。

【發(fā)明內容】

[0004]本專利的目的就是為解決上述問題，提供一種利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法及其裝置，它采用基于線陣相機的機器視覺技術，具有成本低、檢測精度高、檢測速度快、使用方便、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、維護方便的優(yōu)點，從而在生產過程中減少人工需求以及提高良品率。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]一種利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法，具體過程為:
[0007]步驟一，將鍵盤沿其軸向方向勻速運動；
[0008]步驟二，利用成像裝置以與水平面成斜角方式采集鍵盤的各按鍵圖像；
[0009]步驟三，根據(jù)同一行相鄰兩按鍵之間間隙的像素數(shù)的變化，檢測各按鍵的相對高度:
[0010]如果測得的像素數(shù)與已知間隙的像素數(shù)相同，則按鍵等高；
[0011]如果測得的像素數(shù)增大，則后鍵比前鍵高；
[0012]如果測得的像素數(shù)減少，則前鍵比后鍵高。
[0013]所述步驟三中，按鍵等高時，像素數(shù)x=p*(d/v)，其中，P為相機的幀率，單位行/秒；d為相鄰兩按鍵橫向距離；v為鍵盤勻速運動的速度。
[0014]所述步驟三中，后鍵比前鍵高時,后鍵的像素數(shù)xl=hl/tg( Θ ),前鍵的像素數(shù)為x=p*((d+xl)/V)，其中hi為后鍵高出前鍵的部分高度，Θ為獲取鍵盤圖像的斜角，d為相鄰兩鍵橫向距離，V為鍵盤勻速運動的速度，P為相機的幀率，單位行/秒，則hl=(x*v/p-d)*tg( θ )。[0015]所述步驟三中，前鍵比后鍵高時，前鍵像素為x=p*((d_x2)/v),后鍵像素為x2=h2/tg(0)，其中，其中h2為后鍵高出前鍵的部分高度，Θ為獲取鍵盤圖像的斜角，d為相鄰兩鍵橫向距離，V為鍵盤勻速運動的速度，P為相機的幀率，單位行/秒，則h2=(d-X*v/
P)*tg( θ )。
[0016]所述鍵盤圖像的采集與處理分析同步進行。
[0017]所述鍵盤圖像的采集與處理分析采用環(huán)形緩沖區(qū)的方式進行處理。
[0018]所述已知間隙為d，從鍵盤設計圖紙獲取或從質量完好的鍵盤樣品拍照測量獲取或采用垂直方式拍照獲取。
[0019]一種利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法用裝置，它包括:
[0020]一個直線運動平臺，帶動鍵盤勻速運行；
[0021]至少一個線陣相機，與水平面成斜角，獲取鍵盤上各行按鍵的圖像；
[0022]一個光源，與線陣相機配合，提供所需光線；
[0023]一個處理器模塊，與線陣相機和直線運動平臺連接，控制兩者的工作，同時處理器模塊根據(jù)相鄰按鍵之間間隙的像素數(shù)變化，判斷各按鍵是否等高，測得的像素數(shù)與已知的像素數(shù)相同的則等高；測得的像素數(shù)增大，則后鍵比前鍵高；測得的像素數(shù)減少，則前鍵比后鍵高。
[0024]所述線陣相機還包括一臺與鍵盤運行方向垂直的線陣相機，獲取相鄰按鍵的間距，并與處理器模塊連接。
[0025]所述光源為LED光源或熒光燈光源；光源與線陣相機或處理器模塊連接；光源采用長亮式照明，即光源自始至終保持長明狀態(tài)；或采用與線陣相機同步式照明，在線陣相機拍照或其圖像傳感器在感光時，光源才打開，其它時間光源均關閉。
[0026]本發(fā)明的工作原理為:
[0027]鍵盤的質量檢測中很重要的一項指標是相鄰鍵之間的相對高度。
[0028]傳統(tǒng)鍵盤的質量檢測是人工來完成的，但是人工檢測有許多缺點，如人工成本高、檢測標準不統(tǒng)一所以一致性差、人眼檢測能力有限、檢測效率低等。而采用基于機器視覺技術的自動檢測技術，則可以克服上述缺點。
[0029]檢測的基本原理是通過相機拍照，然后處理器對所得的圖像進行處理，來自動判斷零件是否有合格，其判斷時主要是根據(jù)鍵盤頂部邊沿容易識別出來，而相鄰案件的相對側的頂邊距離就是按鍵之間的距離，這樣如果按鍵是等高的，則兩個相鄰頂邊的距離與已知的相同；如果后鍵高于前鍵，則由于后鍵高出一塊，那么在圖像中相鄰兩頂邊的距離就會加大，也就是說相當于案件之間的間隙增大了，反應在圖像上就是間距的像素數(shù)增大；如果前鍵高于后鍵，則相鄰兩按鍵定邊的距離就小于已知的距離，反應在圖像上就是間距的像素數(shù)減小，本發(fā)明就是根據(jù)這個現(xiàn)象通過對按鍵間隙像素數(shù)的變化，實現(xiàn)按鍵高矮的識別。
[0030]裝置中采用的線陣相機，相機固定不動，通過鍵盤的運動，將獲得的線狀圖像累積，便得到了整個鍵盤的圖像。裝置采用一臺或者兩臺相機，其中一臺相機與鍵盤的平面以一定角度放置，該角度不等于90度。第二臺相機與鍵盤的平面成90度放置，用于測量相鄰兩鍵之間的距離。第二臺相機是可選的。
[0031]假設:
[0032]1.相機的幀率是P (行/秒)[0033]2.鍵盤軸線與運動方向平行
[0034]3.鍵盤勻速運動，速度為V
[0035]4.相機視角與水平面夾角:Θ
[0036]5.相鄰兩鍵橫向距離為d
[0037]6.相鄰兩鍵之間的像素數(shù)為X
[0038]如果相鄰前后兩鍵高度相同，則:x=p*(d/v)
[0039]如果后鍵比前鍵高，則，
[0040]xl=hl/tg( Θ )
[0041]x=p*((d+xl)/v)
[0042]所以，hi=(x*v/p_d) *tg ( θ )
[0043]如果θ =45。,則 hl=x*v/p_d
[0044]如果前鍵比后鍵高，則，
[0045]x2=h2/tg( Θ )
[0046]x=p* ((d_x2) /V)
[0047]所以，h2=(d_x*v/p) *tg ( θ )
[0048]如果θ =45。,則 h2=d_x*v/p
[0049]如果采用第二臺線陣相機，該相機可以與第一臺相機共用一臺光源，也可以用獨立的光源。
[0050]其中d可以通過三種方式得到，
[0051]1.鍵盤圖紙
[0052]2.第二臺垂直相機拍照計算
[0053]3.對質量完好的鍵盤樣品拍照測量。
[0054]如果采用第二臺相機拍照計算得到，其示意圖如圖4所示。
[0055]通過以上方法可以檢測出相鄰兩鍵高度差。
[0056]采用線陣相機，鍵盤的圖像是逐行采集和傳輸?shù)?，因此處理器可以一邊采集圖像一邊進行圖像處理，即圖像采集和處理可以同步進行。例如，當采集到N行圖像時開始對N行圖像進行處理。這樣圖像處理效率高。實際使用時可以采用環(huán)形緩沖區(qū)的方式進行處理。
[0057]照明方式可以分為長亮式和同步式。所謂長亮式，就是開機后、準備檢測前，把照明打開，即使拍照或者檢測完畢，照明也不關閉，照明始終保持打開。所謂同步式，就是只有在拍照時或者照相機的圖像傳感器在積分(或者感光)時，照明才打開，其它時間照明均關閉。這種方式可以節(jié)省電能，并能延長照明模塊的壽命。
[0058]本發(fā)明的有益效果是:
[0059]1.本專利的方案可以實現(xiàn)自動在線檢測和離線檢測。
[0060]2.非接觸測量，不會損壞被檢測零件
[0061]3.采用線陣相機，檢測精度高，可以達到0.05毫米甚至更高
[0062]4.采用線陣相機,檢測速度快
[0063]5.采用線陣相機，一邊采集圖像一邊處理，圖像處理效率高，即圖像采集和處理可以同步進行
[0064]6.采用自動化的質量檢測方案，可以代替人工，降低勞動成本[0065]7.采用自動化的質量檢測方案，可以大幅度提升生產能力，完成人工無法實現(xiàn)的檢測。
[0066]8.采用自動化的質量檢測方案，可以避免人為因素造成的誤判，從而提高良品率。
[0067]9.檢測嚴格程度可以通過軟件用戶界面人工調整，使用靈活方便。
[0068]10.系統(tǒng)維護方便、維護成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0069]圖1為本發(fā)明一臺線陣相機與鍵盤放置示意圖。
[0070]圖2為后鍵比如鍵聞的情況下的不意圖。
[0071]圖3為如鍵比后鍵聞的情況下的不意圖。
[0072]圖4為布置第二臺線陣相機時的示意圖。
[0073]圖5為離線檢測流程圖。
[0074]圖6為在線檢測流程圖。
[0075]圖7鍵盤示意圖。
[0076]其中，1.鍵盤，2.前鍵，3.后鍵，4.線陣相機，5.直線運動平臺，6.光源，7.處理器模塊。
【具體實施方式】
[0077]下面結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0078]實施例1:
[0079]此實施例的待檢測零件為筆記本鍵盤，其長度為300毫米、寬度為140毫米。
[0080]采用兩臺線陣相機，分辨率為8000個像素。相機的接口為千兆以太網或者CameraLink專用接口。采用一臺照明光源，即兩臺相機共用一臺光源。
[0081 ] 第一臺相機與鍵盤軸線的夾角為45度，第二臺相機與鍵盤軸線的夾角是90度。其中第二臺相機所得的圖像用來測量相鄰鍵之間的距離d ;結合相鄰鍵之間的距離，第一臺相機所得的圖像可以用來測量相鄰鍵的高度差。其中進入相機視野的第一排鍵的高度可以通過鍵盤前面的邊框的圖像與第一排鍵的圖像綜合處理得到。這與測量相鄰鍵相對高度的方法一致，不再詳述。
[0082]如果相鄰前后兩鍵高度相同，則:x=p*(d/v)
[0083]如果后鍵比前鍵高，則，
[0084]xl=hl
[0085]x=p*((d+xl)/v)
[0086]所以，hl=x*v/p_d
[0087]如果前鍵比后鍵高，則，
[0088]x2=h2/tg( Θ )
[0089]x=p* ((d-x2) /v)
[0090]所以，h2=d_x*v/p
[0091]實施例2:
[0092]此實施例的待檢測零件為筆記本鍵盤，其長度為300毫米、寬度為140毫米。[0093]采用一臺線陣相機，分辨率為8000個像素。相機的接口為千兆以太網或者CameraLink專用接口。采用一臺照明光源。
[0094]相機與鍵盤軸線的夾角為45度。相鄰兩鍵之間的距離d可以從鍵盤的CAD文件中直接讀取。相機所得的圖像可以用來測量相鄰鍵的高度差。其中進入相機視野的第一排鍵的高度可以通過鍵盤前面的邊框的圖像與第一排鍵的圖像綜合處理得到。這與測量相鄰鍵相對高度的方法一致，
[0095]如果相鄰前后兩鍵高度相同，則:x=p*(d/v)
[0096]如果后鍵比前鍵高，則，
[0097]xl=hl
[0098]x=p*((d+xl)/v)
[0099]所以，hl=x*v/p_d
[0100]如果前鍵比后鍵高，則，
[0101]x2=h2/tg( Θ )
[0102]x=p* ((d_x2)/v)
[0103]所以，h2=d_x*v/p。
【權利要求】
1.一種利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法，其特征是，具體過程為: 步驟一，將鍵盤沿其軸向方向勻速運動； 步驟二，利用成像裝置以與水平面成斜角方式采集鍵盤的各按鍵圖像； 步驟三，根據(jù)同一行相鄰兩按鍵之間間隙的像素數(shù)的變化，檢測各按鍵的相對高度: 如果測得的像素數(shù)與已知間隙的像素數(shù)相同，則按鍵等高； 如果測得的像素數(shù)增大，則后鍵比前鍵高； 如果測得的像素數(shù)減少，則前鍵比后鍵高。
2.如權利要求1所述的利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法，其特征是，所述步驟三中，按鍵等高時，像素數(shù)x=P* (d/v)，其中，P為相機的幀率，單位行/秒；d為相鄰兩按鍵橫向距離為鍵盤勻速運動的速度。
3.如權利要求1所述的利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法，其特征是，所述步驟三中，后鍵比前鍵高時，后鍵的像素數(shù)xl=hl/tg( Θ ),前鍵的像素數(shù)為x=p*((d+xl)/v),其中hi為后鍵高出前鍵的部分高度，Θ為獲取鍵盤圖像的斜角，d為相鄰兩鍵橫向距離，V為鍵盤勻速運動的速度，P為相機的幀率，單位行/秒，則hl=(x*v/p-d)*tg( Θ )。
4.如權利要求1所述的利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法，其特征是，所述步驟三中，前鍵比后鍵高時，前鍵像素為x=P*((d_x2)/v),后鍵像素為x2=h2/tg( Θ )，其中，其中h2為后鍵高出前鍵的部分高度，Θ為獲取鍵盤圖像的斜角，d為相鄰兩鍵橫向距離，V為鍵盤勻速 運動的速度，P為相機的幀率，單位行/秒，則h2=(d-x*v/p)*tg( Θ )。
5.如權利要求1或2或3或4所述的利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法，其特征是，所述鍵盤圖像的采集與處理分析同步進行。
6.如權利要求1或2或3或4所述的利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法，其特征是，所述鍵盤圖像的采集與處理分析采用環(huán)形緩沖區(qū)的方式進行處理。
7.如權利要求2或3或4所述的利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法，其特征是，所述已知間隙為d，從鍵盤設計圖紙獲取或從質量完好的鍵盤樣品拍照測量獲取或采用垂直方式拍照獲取。
8.—種權利要求1或2或3或4或5或6所述的利用按鍵間隙測量鍵盤相對高度的方法用裝置，其特征是，它包括: 一個直線運動平臺，帶動鍵盤勻速運行； 至少一個線陣相機，與水平面成斜角，獲取鍵盤上各行按鍵的圖像； 一個光源，與線陣相機配合，提供所需光線； 一個處理器模塊，與線陣相機和直線運動平臺連接，控制兩者的工作，同時處理器模塊根據(jù)相鄰按鍵之間間隙的像素數(shù)變化，判斷各按鍵是否等高，測得的像素數(shù)與已知的像素數(shù)相同的則等高；測得的像素數(shù)增大，則后鍵比前鍵高；測得的像素數(shù)減少，則前鍵比后鍵聞。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征是，所述線陣相機還包括一臺與鍵盤運行方向垂直的線陣相機，獲取相鄰按鍵的間距，并與處理器模塊連接。
10.如權利要求8所述的裝置，其特征是，所述光源為LED光源或熒光燈光源；光源與線陣相機或處理器模塊連接；光源采用長亮式照明，即光源自始至終保持長明狀態(tài)；或采用與線陣相機同步式照明，在線陣相機拍照或其圖像傳感器在感光時，光源才打開，其它時間光 源均關閉。
【文檔編號】G01B11/02GK103727883SQ201410003261
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權日:2014年1月3日
【發(fā)明者】劉勇 申請人:蘇州吉視電子科技有限公司