三维物体测量方法及其测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种三维物体测量方法及测量装置，用于锡膏印刷检测，其特征是核心采用N步相移法和三角测量法求得物点的高度，进而求得待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据，判断锡膏是否合格。为实现本发明专利技术方法而设置的测量装置，结构简单易操作，利于N步测量法的实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维物体测量技术，尤其是微小物体测量，具体讲述三维物体测量 的方法及其实现装置，以获得该物体的面积、中心、高度、形状、体积等参数，可以应用于 SMT(表面贴装技术)领域中的锡膏印刷检测。
技术介绍
锡膏印刷流程会产生很多缺陷已经是一个不争的事实，一些报道甚至指出这类缺 陷数量已占总缺陷数量的80%，另外一个众所周知事实是锡膏量是判断焊点质量及其可靠 性的一个重要指标。采用三维锡膏检测(SPI)技术将有助于减少印刷流程中产生焊点缺 陷，而且可通过最低返工(如清洗电路板)成本来减少废品带来的损失，另外一个好处是焊 点可靠性将得到保证。计算结果表明回流焊前锡膏印刷缺陷损失比回流焊后印刷缺陷损失小10倍，比 在线测试缺陷损失要小70倍，比平面缺陷损失要小700倍。由此可见，随着锡膏检测技术 的问世，结合了锡膏印刷和回流焊前三维锡膏检测的流程控制就势在必行，而且，线内流程 控制已成为提高可靠性和节省成本一个机会。目前常见的三维测量方法，主要分为接触式和非接触式两大类。对于接触式测量 来说，采用类似三坐标测量机这样的设备，使用探针接触测量物体表面来进行物体形状测 量，该方法的缺点显而易见，速度慢，且对类似锡膏这样的柔性物体无效。而对于非接触式 测量，由于测量速度快，并且不接触测量对象，所以具有明显优势，目前主要基于三大类技 术双目视觉、激光扫描和正弦条纹投影。其中，双目视觉设备成本较高，且整个系统结构和 标定都极为复杂，所以在工业检测领域很少采用。激光扫描法，采用的测量原理跟正弦条纹 投影是一样的，不同之处在于，前者采用单条激光进行测量，每次只能测量一条光线上的物 点，总体速度要慢于正弦条纹投影。所以，目前业界普遍采用的还是基于正弦条纹的投影算 法进行三维物体检测。但是基于正弦条纹投影算法进行三维物体检测时，容易出现条纹堆 积以及反光、阴影等光学问题。
技术实现思路
为此，尤其针对SMT领域中存在的锡膏印刷检测精度问题，本专利技术特提供一种三 维物体测量方法及其测量装置，以获得锡膏的面积、中心、高度、形状、体积等参数，从而确 定锡膏印刷是否合格。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种三维物体测量方法，其特征在 于，包括如下步骤I)设置了包括采样相机、光源和移动光栅的测量装置，测量装置的各项参数预先 已标定，并将采样相机和移动光栅所用的陶瓷马达与计算机连接；2)将一测量基准面放置在装置下方，使得基准面上可以获得清晰的条纹像；3)打开平行光源，控制陶瓷马达电压为0，使光栅移动到原点位置，相机对原点位置的变形条纹像进行拍照，存储于计算机中；4)控制陶瓷马达带动光栅依次移动到条纹周期的n/N位置，η =1. . . (N_l)，每移动一次，相机都对变形条纹像进行拍照存储于计算机中；5)在获得的各幅照片中，计算机分别提取同一像素点(X，y)的像素灰度值In(X， y)，并利用N步相移法，求得该像素点的初始位相cK(x，y);其他像素点的初始位相也用同样方法求得；6)将具有一定高度的待测物放置在基准面上，使得待测物上可以获得清晰的条纹7)同样按照上述3)-6)步的操作，利用N步相移法求得待测物上与基准面上对应的像素点在高度变化后产生的变形位相Φη(χ，7);8)利用公式AB=求得该像素点的平面距离变化， 其中P为投影得到的条纹周期，是系统常量；9)根据三角测量公式h = L*AB/ (AB+D)，计算出该像素点的高度h，其中L为相机光心到基准面的垂直距离，D为相机与光栅光心之间的水平距离；10)利用7)-9)步的计算方法，求得待测物其他像素点的高度，综合待测物上每个像素点的高度数据，就可以获得待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据；11)根据待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据，判定锡膏是否合格。本专利技术适用于检测待测物的高度小于光栅变形条纹周期的物体。所述基准面为一平面。所述移动光栅可以为多个，结合多个光栅的测量结果，根据权重求出加权平均值， 将实际测量结果乘以加权平均值，得到实际测量高度，这样可以有效避免反光、阴影等光学问题。所述移动光栅为正弦光栅或朗奇光栅。所述N步相移法，是指当光栅模板被投影到三维漫反射物体表面时，观察到的变形条纹像，用公式表示为I(x, y) = A (x, y) +B (x, y) *cos [ Φ (x, y) ](I)(1)式中，I(x，y)表示平面坐标为(x，y)的物点的光强，A(x，y)是背景强度，B(x， y)/A(x,y)是条纹对比度，位相函数Φ (x,y)表示由于物体表面形状引起的条纹变形，当光栅沿垂直于条纹方向每移动到第n/N步,就产生一变形条纹像In(X, y)In(x, y) = An(x, y)+Bn(x, γ)*οο8[Φη(χ, y) ](2)连续移动并且获取K帧变形条纹像，从而可以求得该点的位相分布Φ (X，y)Φ (x, y) = arctg{[ Σ In(x, y) *sin (2 π n/N) ] / [ Σ Ιη(χ, y) *cos (2 π n/N) ]} (3)(2)、(3)式中，η = 1…K, 3 彡 K 彡 N, An(x, y)是背景强度，Bn(x, y) /An(x, y)是条纹对比度，所以从以上公式中，可以求得Φ(Χ，7)。在N步相移法中，由公式(2)、(3)计算得到的变形位相Φ (x，y)，必须使用解包裹算法恢复原有的连续分布形式，即用Φ (X，y)减去该点的初始位相，并要求该相位差必须落在到+ 31范围内，如果发现相位差超出这个范围,就自动将变形位相Φ(Χ,Υ)加上或者减去一个周期η，直到满足限制为止。一种实现三维物体测量的装置，其特征在于，包括一工作台，在工作台上固定一立 柱，在立柱上可变化高度地固定一相机和一光栅安装架，所述光栅安装架上安装有光栅组 件，所述光栅组件包括一滑动设置在光栅安装架上的光栅片，和位于光栅片上方的平行光 源，所述光栅片由陶瓷马达驱动，所述相机和陶瓷马达由计算机控制。所述相机和光栅安装架通过多位螺栓孔安装在立柱上，通过孔位的变化改变其在 立柱上的安装高度。所述光栅安装架上通过分支出的多个光栅框架安装多个光栅组件，每一所述光栅 框架上设置有滑轨，所述光栅片通过光栅安装板滑设在所述滑轨上，所述光栅安装板由所 述陶瓷马达驱动连接。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点本专利技术采用N步相移测量法， 计算待测物点的变形位相，通过变形位相的特征，进一步求得物点的平面位移，再根据三角 测量法求得物点的高度，进而求得面积、中心、形状、体积等参数，从而确定锡膏印刷是否合 格。此方法有效提高了锡膏印刷检测精度问题。为实现本专利技术方法而设置的测量装置，结 构简单易操作，利于N步测量法的实现。附图说明图1是三角测量原理图2是变形条纹图像；图3是测量方法流程图4是测量装置正面视图5是测量装置侧面视图6是测量装置俯视图7是测量装置立体图8是测量装置局部拆解视图9是光栅组件的主要结构剖视图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。为了对锡膏进行包括面积、中心、高度、体积、形状等方面的三维测量，我们需要获得最关键的测量数据就是锡膏上每个点的高度。综合每个像素点的高度数据，就可以进一 步获得锡膏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维物体测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)设置了包括采样相机、光源和移动光栅的测量装置，测量装置的各项参数预先已标定，并将采样相机和移动光栅所用的陶瓷马达与计算机连接；2)将一测量基准面放置在装置下方，使得基准面上可以获得清晰的条纹像；3)打开光源，控制陶瓷马达使光栅移动到原点位置，相机对原点位置的变形条纹像进行拍照，存储于计算机中；4)控制陶瓷马达带动光栅依次移动到条纹周期的n/N位置，n＝1...(N?1)，每移动一次，相机都对变形条纹像进行拍照存储于计算机中；5)在获得的各幅照片中，计算机分别提取同一像素点(x，y)的像素灰度值In(x，y)，即光强值，并利用N步相移法，求得该像素点的初始位相φ0(x，y)；其他像素点的初始位相也用同样方法求得；6)将具有一定高度的待测物放置在基准面上，使得待测物上可以获得清晰的条纹像；7)同样按照上述3)?6)步的操作，利用N步相移法求得待测物与基准面上的对应像素点在高度变化后产生的变形位相φH(x，y)；8)利用公式AB＝[φH(x，y)?φ0(x，y)]*p/(2π)，求得该像素点的平面距离变化，其中p为投影得到的条纹周期，是系统常量；9)根据三角测量公式：h＝L*AB/(AB+D)，计算出该像素点的高度h，其中L为相机光心到基准面的垂直距离，D为相机与光栅光心之间的水平距离；10)利用7)?9)步的计算方法，求得待测物其他像素点的高度，综合待测物上每个像素点的高度数据，就可以获得待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据；11)根据待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据，判定锡膏是否合格。...

【技术特征摘要】
1.一种三维物体测量方法，其特征在于，包括如下步骤1)设置了包括采样相机、光源和移动光栅的测量装置，测量装置的各项参数预先已标定，并将采样相机和移动光栅所用的陶瓷马达与计算机连接；2)将一测量基准面放置在装置下方，使得基准面上可以获得清晰的条纹像；3)打开光源，控制陶瓷马达使光栅移动到原点位置，相机对原点位置的变形条纹像进行拍照，存储于计算机中；4)控制陶瓷马达带动光栅依次移动到条纹周期的n/N位置，η=1. . . (N-1)，每移动一次，相机都对变形条纹像进行拍照存储于计算机中；5)在获得的各幅照片中，计算机分别提取同一像素点(x，y)的像素灰度值In(x，y)，即光强值，并利用N步相移法，求得该像素点的初始位相cK(x，y);其他像素点的初始位相也用同样方法求得；6)将具有一定高度的待测物放置在基准面上，使得待测物上可以获得清晰的条纹像；7)同样按照上述3)-6)步的操作，利用N步相移法求得待测物与基准面上的对应像素点在高度变化后产生的变形位相Φη(χ，7);8)利用公式AB=[ΦΗ(χ, γ)-Φ0(χ y)]*p/(2 )，求得该像素点的平面距离变化，其中P为投影得到的条纹周期，是系统常量；9)根据三角测量公式h= L*AB/ (AB+D)，计算出该像素点的高度h，其中L为相机光心到基准面的垂直距离，D为相机与光栅光心之间的水平距离；10)利用7)-9)步的计算方法，求得待测物其他像素点的高度，综合待测物上每个像素点的高度数据，就可以获得待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据；11)根据待测物的高度、面积、中心、体积、形状等三维数据，判定锡膏是否合格。2.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述待测物的高度小于其光栅变形的条纹周期。3.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述基准面为一平面。4.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述移动光栅可以为多个， 结合多个光栅的测量结果，根据权重求出加权平均值，将实际测量结果乘以加权平均值，得到实际测量高度。5.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述移动光栅为正弦光栅或朗奇光栅。6.根据权利要求1所述的三维物体测量方法，其特征在于，所述N步相移法，是指当光栅模板被投影到三维漫反射物体表...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖怀宝，
申请(专利权)人：廖怀宝，
类型：发明
国别省市：