一种微观元件外观缺陷的检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微观元件外观缺陷的检测装置，包括：二自由度微动平台，用于装载、调整待测微观元件；图像采集装置，其用于拍摄待测微观元件并获得待测微观元件的表面图像；图像数据处理与运动控制单元，用于获取、分析表面图像以及确定待测微观元件表面是否具有外观缺陷，和用于控制二自由度微动台和图像采集装置；图像采集装置包括：架体，设于架体上的工业相机、照明单元，以及转动连接于架体上、具有一与工业相机对应的拍摄工位、设有高倍率大数值孔径镜头、以及设有低倍率宽视场镜头的镜头转换器。本发明专利技术还公开了一种微观元件外观缺陷检测方法。本发明专利技术解决了现有技术中使用高倍镜检测微观元件外观缺陷时难以快速定位微观元件中心的问题。

A detection device and method for appearance defects of micro components

The invention discloses a detection device for the appearance defects of micro elements, which includes: a two degree of freedom micro motion platform for loading and adjusting the micro elements to be tested; an image acquisition device for photographing the micro elements to be tested and obtaining the surface image of the micro elements to be tested; an image data processing and motion control unit for acquiring and analyzing the surface image and determining the micro elements to be tested Whether the surface has appearance defects, and is used to control the two degree of freedom micro motion table and image acquisition device; the image acquisition device includes: frame, industrial camera and lighting unit on the frame, as well as lens conversion with rotation connection on the frame, a shooting station corresponding to the industrial camera, high magnification large numerical aperture lens and low magnification wide field lens Device. The invention also discloses a micro component appearance defect detection method. The invention solves the problem that it is difficult to quickly locate the center of the micro element when using the high power mirror to detect the appearance defects of the micro element in the prior art.

【技术实现步骤摘要】
一种微观元件外观缺陷的检测装置及检测方法
本专利技术属于微光元件的检测领域，具体涉及到一种基于显微视觉的微小零件外观缺陷检测装置及检测方法。
技术介绍
随着工业自动检测技术的快速发展，特别是中国制造的需求变化，在工业领域中的微型元器件如数码管、电容等外观质量检测领域，对检测精度、检测速度的指标要求不断提高，特别当待测元件是某特殊领域中的微观元件中时，其要求的微观元件的外观缺陷量级达到了微米级，由此对相应的检测设备的要求也越来越高。目前，一般的微小元件检测使用的显微视觉检测设备，多采用单个显微镜头成像，再和标准图像或者数据进行比较，给出检测的误差结果。但是如上所述，当微观元件的外观缺陷量级达到微米级时，需要使用高倍率的显微镜头来检测，而高倍率的显微镜头的视场狭小，待测微观元件在检测台上的微小的位置误差会被高倍镜放大，高倍镜视场内的图像很大概率与理想的采集图像存在偏移，即显微视觉检测设备的图像采集系统难以采集到理想或者有效的检测图像以与标准图像比较。甚至于，位置偏移较大的待测微观元器件可能完全存在于高倍镜的视场范围之外，使得限位视觉检测设备并没有采集到有效的图像以供视觉检测。因此，存在高倍镜检测微米级微观缺陷时，难以采集到有效图像的问题，也即存在检测效率低，无法满足工程批量化高效检测要求的问题。申请人注意到公布号为CN108672316A的中国专利技术公开了一种“基于卷积神经网络的微小零件质量检测系统”，其通过固定显微视觉系统，通过对三自由度微动平台的移动来调整位置，从而有效成像。但是在使用高倍镜的时候，三自由度微动平台的微小的误差调整动作反映在高倍镜的视场中步幅也较大，即在高倍镜下定位微观元件的中心的效率并不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术中使用高倍镜检测微观元件外观缺陷时，难以快速定位微观元件中心的问题，提供一种微观元件外观缺陷的检测装置及检测方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种微观元件外观缺陷的检测装置，包括：二自由度微动平台，用于装载、调整待测微观元件；位于所述二自由度微动平台上方的图像采集装置，其用于拍摄待测微观元件并获得待测微观元件的表面图像；图像数据处理与运动控制单元，用于获取、分析所述表面图像以及确定所述待测微观元件表面是否具有外观缺陷，和用于控制所述二自由度微动台和所述图像采集装置；其中，所述二自由度微动平台、图像采集装置均与所述图像数据处理与运动控制单元电连接；所述图像采集装置包括：架体；照明单元，所述照明单元固定在所述架体上，用于对二自由度微动平台上的待测微观元件进行照明；设于所述架体上、朝向二自由度平面微动平台布置的工业相机；以及转动连接于所述架体上、具有一与工业相机对应的拍摄工位、设有高倍率大数值孔径镜头、以及设有低倍率宽视场镜头的镜头转换器，所述镜头转换器用于将高倍率大数值孔径镜头或低倍率宽视场镜头装载到拍摄工位与工业相机连接。可选的，所述二自由度微动平台的一侧设置有支撑架，所述支撑架上固定设置有轴线垂直于所述二自由度微动平台工作面的导轨，所述架体连接于所述导轨上且可在所述导轨上相对所述导轨滑动。可选的，所述导轨上包括有用于获取工业相机到二自由度微动平台工作面实时距离的测距模块。可选的，所述二自由度微动平台的工作面上可拆装地固定有元件托盘。可选的，所述元件托盘的工作面上具有均匀分布的若干个台阶孔，所述台阶孔用于装载待测微观元件。一种微观元件外观缺陷检测方法，包括以下步骤：装载待测微观元件；工业相机通过拍摄工位装载的低倍率宽视场镜头拍摄待测微观元件的低倍表面成像；对低倍表面成像分析获取待测微观元件的中心位置坐标；调整待测微观元件的位置，使得低倍率宽视场镜头的视场中待测微观元件的中心与低倍率宽视场镜头的视场中心重合；工业相机通过拍摄工位装载的高倍率大数值孔径镜头拍摄待测微观元件的高倍表面成像；通过高倍表面成像获取待测微观元件的外观缺陷信息。可选的，当装载有至少2个待测微观元件时，工业相机通过拍摄工位装载的低倍率宽视场镜头依次拍摄所述至少2个待测微观元件的低倍表面成像；以及在进行通过高倍表面成像获取待测微观元件的外观缺陷信息步骤后，对下一待测微观元件进行对低倍表面成像分析获取待测微观元件的中心位置坐标步骤。可选的，所述对低倍表面成像分析获取待测微观元件的中心位置坐标包括：确定低倍表面成像中待测微观元件图像；提取待测微观元件图像中边界结构特征参数和坐标；分析边界结构特征参数和坐标；得到待测微观元件的中心位置坐标。可选的，所述工业相机通过拍摄工位装载的高倍率大数值孔径镜头拍摄待测微观元件的高倍表面成像包括：将拍摄工位上的低倍率宽视场镜头切换为高倍率大数值孔径镜头，并将高倍率大数值孔径镜头与工业相机连接；工业相机与高倍率大数值孔径镜头共同沿高倍率大数值孔径镜头的轴向趋近和/或远离待测微观元件，同时，工业相机通过高倍率大数值孔径镜头拍摄一系列元件外观图像Zi，以及任一次拍摄时工业相机到待测微观元件的实时距离di，其中i为大于0的自然数；对图像的清晰程度进行判断以计算相应的外观图像Zi的自动对焦参数γi；以实时距离di为横坐标、自动对焦参数γi为纵坐标得到自动对焦函数曲线；确定自动对焦函数曲线中自动对焦参数γi最大时对应的最优距离dτ；工业相机与高倍率大数值孔径镜头共同沿高倍率大数值孔径镜头的轴向移动到工业相机到待测微观元件的距离d＝dτ处，完成自动对焦；拍摄待测微观元件的高倍表面成像。可选的，所述外观缺陷信息包括外观缺陷的尺寸和坐标信息。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，镜头转换器用于将高倍率大数值孔径镜头或低倍率宽视场镜头装载到拍摄工位与工业相机连接，从而使得工业相机可以通过高倍率大数值孔径镜头或低倍率宽视场镜头拍摄可以观察的待测微观元件的表面成像。即可以通过低倍率宽视场镜头定位待测微观元件的中心，在低倍率宽视场镜头下通过二自由度微动平台将待测微观元件的中心移动到低倍率宽视场镜头的视场中心，然后将拍摄工位上的低倍率宽视场镜头转换为高倍率大数值孔径镜头，从而使得待测微观元件仍然位于高倍率大数值孔径镜头的视场中心，使得工业相机可以拍摄到有效的待测微观元件的高倍表面图像。从而避免出现现有的检测设备常常遇到的直接使用高倍率镜头观测待测微观元件时，难以在高倍率镜头视场中找寻到待测微观元件的几何中心，需要在高倍率镜头的视场中低效的调整待测微观元件的问题。附图说明图1为本专利技术的一个实施例的装置整体示意图；图2为本专利技术的另一实施例的装置整体示意图；图3为本专利技术的元件托盘上的台阶孔阵列示意图；图4为本专利技术的自动对焦函数曲线图；图中标记：1-二自由度微动平台，101-元件托盘，102-台阶孔，2-图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微观元件外观缺陷的检测装置，包括：/n二自由度微动平台(1)，用于装载、调整待测微观元件；/n位于所述二自由度微动平台(1)上方的图像采集装置，其用于拍摄待测微观元件并获得待测微观元件的表面图像；/n图像数据处理与运动控制单元(2)，用于获取、分析所述表面图像以及确定所述待测微观元件表面是否具有外观缺陷，和用于控制所述二自由度微动台(1)和所述图像采集装置：/n其中，所述二自由度微动平台(1)、图像采集装置均与所述图像数据处理与运动控制单元电连接；/n其特征在于，所述图像采集装置包括：/n架体(3)；/n照明单元，所述照明单元固定在所述架体(3)上，用于对二自由度微动平台(1)上的待测微观元件进行照明；/n设于所述架体(3)上、朝向二自由度平面微动平台(1)布置的工业相机(4)；以及/n转动连接于所述架体(1)上、具有一与工业相机(4)对应的拍摄工位、设有高倍率大数值孔径镜头、以及设有低倍率宽视场镜头的镜头转换器(5)，所述镜头转换器(5)用于将高倍率大数值孔径镜头或低倍率宽视场镜头装载到拍摄工位与工业相机(4)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种微观元件外观缺陷的检测装置，包括：
二自由度微动平台(1)，用于装载、调整待测微观元件；
位于所述二自由度微动平台(1)上方的图像采集装置，其用于拍摄待测微观元件并获得待测微观元件的表面图像；
图像数据处理与运动控制单元(2)，用于获取、分析所述表面图像以及确定所述待测微观元件表面是否具有外观缺陷，和用于控制所述二自由度微动台(1)和所述图像采集装置：
其中，所述二自由度微动平台(1)、图像采集装置均与所述图像数据处理与运动控制单元电连接；
其特征在于，所述图像采集装置包括：
架体(3)；
照明单元，所述照明单元固定在所述架体(3)上，用于对二自由度微动平台(1)上的待测微观元件进行照明；
设于所述架体(3)上、朝向二自由度平面微动平台(1)布置的工业相机(4)；以及
转动连接于所述架体(1)上、具有一与工业相机(4)对应的拍摄工位、设有高倍率大数值孔径镜头、以及设有低倍率宽视场镜头的镜头转换器(5)，所述镜头转换器(5)用于将高倍率大数值孔径镜头或低倍率宽视场镜头装载到拍摄工位与工业相机(4)连接。


2.根据权利要求1所述的一种微观元件外观缺陷检测装置，其特征在于：所述二自由度微动平台(1)的一侧设置有支撑架(6)，所述支撑架(6)上固定设置有轴线垂直于所述二自由度微动平台工作面的导轨(7)，所述架体(3)连接于所述导轨(7)上且可在所述导轨(7)上相对所述导轨(7)滑动。


3.根据权利要求1所述的一种微观元件外观缺陷检测装置，其特征在于：所述导轨(7)包括有用于获取工业相机(4)到二自由度微动平台(1)工作面实时距离的测距模块。


4.根据权利要求1所述的一种微观元件外观缺陷检测装置，其特征在于：所述二自由度微动平台(1)的工作面上可拆装固定有元件托盘(101)。


5.根据权利要求4所述的一种微观元件外观缺陷检测装置，其特征在于：所述元件托盘(101)的工作面上具有均匀分布的若干个台阶孔(102)，所述台阶孔(102)用于装载待测微观元件。


6.一种微观元件外观缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
装载待测微观元件；
工业相机(4)通过拍摄工位装载的低倍率宽视场镜头拍摄待测微观元件的低倍表面成像；
对低倍表面成像分析获取待测微...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜宏振，李艺，刘旭，刘勇，贺思敏，于德强，于劭洁，郑芳兰，柴立群，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51