一种阴影莫尔轮廓测量装置、其标定方法和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种阴影莫尔轮廓测量装置、其标定方法和测量方法，测量装置包括红、绿、蓝三个线光源、一个彩色CCD摄像机、一个光栅和一个精密位移平台；红、绿、蓝三个线光源和彩色CCD摄像机共线的设置于光栅一侧且与光栅面平行；所述的光栅设置在精密位移平台上；所述的红、绿、蓝三个线光源布置于彩色CCD摄像机一侧。本发明专利技术同时提供了上述阴影莫尔轮廓测量装置的标定方法和测量方法。本发明专利技术克服了现有的相移阴影莫尔测量装置和测量方法测量被测物体时间较长且精度不高的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学精密测量
，具体涉及一种阴影莫尔轮廓测量装置、其标定方法和测量方法。
技术介绍
阴影莫尔轮廓术精度高，已经成为物体受热或受力变形测量的首选技术。而且JEDEC高温测量工业标准也推荐阴影莫尔法为进行该类测量的主要技术之一。迄今，已有大量的文献报道了阴影莫尔技术在IC工业中的应用，而且相关文献还在不断地涌现。这些应用包括芯片的封装表面轮廓测量、硅晶片平面度测量以及硅晶片集成电路的形貌测量等。然而随着电子封装持续变小以及设计的多样化，新的制造工艺为测量技术提出了在线或在位、高精度、全检的测量要求。该特点也要求现有的测量技术适应被测产品特征的变化进行相应的改进，使其测量装置具有最优的参数，以获取高对比度莫尔条纹图，并结合相移技术，可靠地无遗漏地自动提取测量信息等。然而受元器件制造水平和测量算法的限制，传统的阴影莫尔测量装置往往使用黑白CCD摄像机，并通过移动光栅产生测量视场相位的改变，其相移过程需要机械运动，过程费时费力。另外尽管有些装置试图通过分时控制不同光源亮灭为测量视场引入相移，但该方法不能同时完成条纹图的获取，而且对光源定位要求过于严格，无法实现光源准确定位，再者，其测量结果易受光场变化的影响，不能进行可靠测量。传统阴影莫尔装置另一个缺点在于其标定过程需要制作标定块，标定时需要根据标定块已知的高度信息，反算出装置参数，或者需要记录测量视场某点的光强变化规律，该类方法实现复杂，不能快速完成标定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种阴影莫尔轮廓测量装置、其标定方法和测量方法，以克服现有的相移阴影莫尔测量装置和测量方法测量被测物体时间较长且精度不高的问题。本专利技术的技术方案为：一种阴影莫尔轮廓测量装置，所述的测量装置包括红、绿、蓝三个线光源、一个彩色CCD摄像机、一个光栅和一个精密位移平台；所述的红、绿、蓝三个线光源和彩色CCD摄像机共线的设置于光栅一侧且与光栅面平行；所述的光栅设置在精密位移平上台；所述的红、绿、蓝三个线光源布置于彩色CCD摄像机一侧。所述的精密位移平台为手动精密位移台或电动精密位移台。所述的红、绿、蓝三个线光源等间隔布置于彩色CCD摄像机一侧。一种阴影莫尔轮廓测量装置的标定方法，包括以下步骤：步骤一，将被测物体置于光栅下方，开启红、绿、蓝三个线光源中任一个单色光源，通过精密位移平台等距离移动光栅若干次，拍摄和记录其中的相移条纹图；步骤二，使用相移提取算法确定由于移动光栅产生的相移。一种阴影莫尔轮廓测量装置的测量方法，依次包括以下步骤：步骤一，将光栅调整至初始位置，被测物体置于光栅下方，同时打开红、绿、蓝三个线光源，在被测物体表面产生复色莫尔条纹，然后彩色CCD摄像机在单次拍摄条件下摄取复色莫尔条纹；步骤二，把摄取的复色莫尔条纹分离形成单色莫尔条纹，得到用于解调被测物体表面形貌的相移莫尔条纹图；步骤三，将步骤二所得的数据正则化处理，然后运用主量分析法提取测量相位；步骤四，运用去包裹方法对步骤三提取的测量相位进行相位展开；步骤五，根据测量灵敏度和展开的相位，进行相位高度映射，完成测量。本专利技术的有益效果：1、本专利技术测量装置结构简单：本专利技术中所提出的测量装置结构采用彩色CCD摄像机，可同时完成相移条纹图的采集，通过使用R、G、B光源照射测量光栅，可同时完成条纹图的相移；与传统阴影莫尔法相比，本专利技术改进测量结构，减少由于光的衍射以及光栅表面反射光对条纹对比度和光强正弦性分布的影响；其安装要求低，且不增加测量系统的复杂性；2、本专利技术被测物体表面形貌特征的测量方法简单：将被测物体置于光栅下，一次可以自动完成测量，提高测量速度，以适应在线或在位和全检的测量要求；发展无失调的相移阴影莫尔解调技术，在较大动态范围内使测量精度达到亚微米级；可以通过本方法进行物体表面形貌测量，可以自动测量被测物体表面形貌，为实现物体表面形貌快速打下基础。3、本专利技术还为装置提供了一套快速的标定方法：该方法不使用标定块，仅依赖阴影莫尔自身装置，实现测量灵敏度和结构参数的快速、方便标定，本发明可以直接在测量过程中进行测量灵敏度的标定，提高了测量效率；4、本专利技术应用要求低：本专利技术不需要光源的一致性，对环境要求低，适用于工业场合的测量需要。附图说明图1是本专利技术的测量装置示意图；图2是本专利技术测量方法实施的示意图；图中，1-红、绿、蓝三个线光源，2-彩色CCD摄像机，3-光栅，4-被测物体。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步的说明，如图1所示的一种阴影莫尔轮廓测量装置，所述的测量装置包括红、绿、蓝三个线光源1、一个彩色CCD摄像机2、一个光栅3和一个精密位移平台；所述的红、绿、蓝三个线光源1和彩色CCD摄像机2共线的设置于光栅3一侧且与光栅面平行；所述的光栅3设置在精密位移平上台，精密位移平台为手动精密位移台或电动精密位移台，精密位移平台可以带动光栅3沿垂直光栅面的方向运动；所述的红、绿、蓝三个线光源1等间隔或近似等间隔布置于彩色CCD摄像机2一侧。下面介绍基于上述装置的标定方法：参见图2，彩色CCD摄像机2的光轴垂直于光栅面，红、绿、蓝三个线光源1等间距布置，彩色CCD摄像机2的光学中心和光源中心置于距离光栅平面h的距离，第一个线光源与彩色CCD摄像机光学中心距离为d。在实际测量物体表面形貌前，首先进行测量装置的标定，该标定操作仅在首次测量时需要，标定方法的具体步骤是：步骤一.将被测物体4置于光栅3下方，开启红、绿、蓝三个线光源1中任一个单色光源，通过手动精密位移台或电动精密位移台移动光栅3四分之一个条纹间距距离3次，并拍摄和记录其中的相移条纹图；步骤二.使用相移提取算法确定由于移动光栅3产生的相移δ，根据确定的相移δ，得测量灵敏度S为：式中Δh为精密位移平台每次移动的距离。在完成测量装置的标定工作后，进行被测物体4的表面形貌测量，测量方法的具体步骤是：步骤一，将被测物体4置于光栅3下面，同时打开红、绿、蓝三个线光源1，在被测物体4表面产生复色莫尔条纹，各色莫尔条纹间具有一定的相移量，然后彩色CCD摄像机2在单次拍摄条件下摄取复色莫尔条纹；步骤二，在计算机中把摄取的复色莫尔条纹分离形成单色莫尔条纹，便得到了用于解调被测物体4表面形貌的相移莫尔条纹图；假设Ak(x,y)为背景，Bk(x,y)为调制项，φk(x,y)为相位，k＝1,2,3为时域条纹<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阴影莫尔轮廓测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括红、绿、蓝三个线光源(1)、一个彩色CCD摄像机(2)、一个光栅(3)和一个精密位移平台；所述的红、绿、蓝三个线光源(1)和彩色CCD摄像机(2)共线的设置于光栅(3)一侧且与光栅面平行；所述的光栅(3)设置在精密位移平台上；所述的红、绿、蓝三个线光源(1)布置于彩色CCD摄像机(2)一侧。

【技术特征摘要】
1.一种阴影莫尔轮廓测量装置，其特征在于：所述的测量装置包括红、绿、
蓝三个线光源(1)、一个彩色CCD摄像机(2)、一个光栅(3)和一个精密位
移平台；所述的红、绿、蓝三个线光源(1)和彩色CCD摄像机(2)共线的设
置于光栅(3)一侧且与光栅面平行；所述的光栅(3)设置在精密位移平台上；
所述的红、绿、蓝三个线光源(1)布置于彩色CCD摄像机(2)一侧。
2.根据权利要求1所述的阴影莫尔轮廓测量装置，其特征在于：所述的精密
位移平台为手动精密位移台或电动精密位移台。
3.根据权利要求1所述的阴影莫尔轮廓测量装置，其特征在于：所述的红、
绿、蓝三个线光源(1)等间隔布置于彩色CCD摄像机(2)一侧。
4.如权利要求1所述的一种阴影莫尔轮廓测量装置的标定方法，其特征在
于：包括以下步骤：
步骤一，将被测物体(4)置于光栅(3)下方，开启红、绿、蓝三个线光源
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜虎兵，王建华，卢春春，尹培丽，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61