用于实现N步相移法的测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种用于实现N步相移法的测量装置，用于锡膏印刷检测，其特征是包括一工作台，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多个光栅组件，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连接，所述相机和陶瓷马达由计算机控制连接，所述相机和光栅片都能对照到下方的待测物上。本实用新型专利技术为实现N步相移测量法而设计，核心包括了采样相机和光栅的一体化装置，结构简单易操作，多个光栅安装在一个相机周围，可以同时拍摄，利于N步测量法的实现。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及三维物体测量技术，尤其是在使用N步相移法测量物体的过程中，用于实现N步相移法的测量装置，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。但是在这种方法中使用的实现装置，容易出现条纹堆积以及反光、阴影等光学问题，给测量带来负面影响，致使测量结果不准确。
技术实现思路
为此，本技术其针对SMT领域中存在的锡膏印刷检测精度问题，提供一种用于实现N步相移法的测量装置，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，本技术采取以下技术方案:一种用于实现N步相移法的测量装置，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多个光栅组件，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连接，所述相机和陶瓷马达由计算机控制连接，所述相机和光栅片都能对照到下方的待测物上。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。所述相机和光栅安装架通过滑块滑动设置在立柱上的滑轨上，所述滑块由马达驱动连接。所述光栅安装架向四周分支出多个光栅框架，在各所述光栅框架上安装光栅组件。所述光栅安装架上设置有滑轨，滑轨上设置有滑块，所述滑块由所述陶瓷马达驱动连接，在所述滑块上安装有所述光栅片。或者所述光栅框架上设置有滑轨，滑轨上设置有滑块，所述滑块由所述陶瓷马达驱动连接，在所述滑块上安装有所述光栅片。所述光栅组件还包括一设置在光栅片下方的光栅投影镜头。所述光栅片为正弦光栅或朗奇光栅。本技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:本技术是为实现N步相移测量法而设计，核心包括了采样相机和光栅的一体化装置，结构简单易操作，多个光栅安装在一个相机周围，可以同时拍摄，利于N步测量法的实现。附图说明图1是变形条纹图像；图2是三角测量原理图；图3是测量方法流程图；图4是测量装置正面视图；图5是测量装置侧面视图；图6是测量装置俯视图；图7是测量装置立体图；图8是测量装置局部拆解视图；图9是光栅组件的主要结构剖视图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。在介绍本技术之前，先介绍一下N步相移法(也叫做PMP算法)的原理:当正弦光栅模板被投影到三维漫反射物体表面时，会在物体表面形成变形条纹像如图1所示，可用公式表示为:I (x, y) = A (x, y) +B (x, y) *cos (I)上式中，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，因而包含被测物体高度信息。关于位相函数Φ (x，y)可以这么理解:由于光栅投影后，在物体上获得的条纹是一个正弦条纹，也就是说，沿着垂直于条纹的方向，光强成正弦分布，所谓的条纹周期，就是沿着条纹垂直方向，光强从最亮到下一次最亮的距离。以该垂线上任何一点为参考点，那么其他点相对该参考点的位相就用函数Φ (X，y)来表示。所谓N步相移法，就是投影光栅每横向移动(即与条纹垂直方向)到第n/N步，就产生一条变形条纹像In(X，y):In(x, y) = An(x, y)+Bn(x, y)*cos (2),连续移动并且获取K帧(3 < K < N)变形条纹像，从而可以求得该点的位相分布:Φ (x, y) = arctg{ / }⑶。(2)、(3)式中，η = I…K, 3≤K≤N, _In(x, y)是光栅运动到第η步获得的x, y点的光强，可以拍照后从图像中直接获取到；An(X，y)、Bn(X，y)是常量，所以从以上公式中，可以求得Φ (X，y) °对于N步相移算法，每次必须移动1/N，比如四步相移，那么每次光栅都移动1/4。由上式计算得到的位相分布Φ (x，y)，由于反三角函数的性质，会被截断在其主值范围内，即在±kJi处不连续(K是自然数)，所以必须使用解包裹算法可以恢复Φ (x,y)原有的连续分布形式。所谓包裹，也叫位相卷折，是指当物体相对于基准面的高度超过一个条纹周期时，会出现许多条纹挤在一处无法区分的情况，从而影响位相计算。这时候，就需要通过一定的算法将每个点的位相还原到合理区间。我们采用的解包裹算法就是:假定物体高度引起的条纹位相变化，不会超过一个条纹周期(也就是本技术暗含一个限制:不能测量高度超过条纹周期的物体)，所以，我们通过以上公式求得变形位相Φ (x,y)之后，会用Φ (x,y)减去该点的初始位相( 初始位相就是待测物点在基准面上投影点的位相<K(x，y)，相当于该物点高度为零时的位相)，并要求该相位差必须落在-η到+ η范围内。如果一旦发现相位差超出这个范围了，我们就会自动将变形位相Φ (X，y)加上或者减去一个周期π，直到满足限制为止。根据系统本身的结构参数，可以计算在参考平面上空间结构光场的位相分布，建立参考平面坐标R(x，y)与初始位相Φο(χ，y)之间的映射关系，将这一映射关系以数据表的形式存储在计算机中备用即可(映射表的建立，也可以通过对一基准平面进行实际测量来确定)。当得知了某一物点的初始位相<K(x, y)和具有一定高度后的变形位相ΦΗ(χ，y)后，用*p/(2n)就可计算得到该物点的平面距离变化。由于我们获得的条纹像是正弦条纹，也就是说，位相变化一个周期，引起的平面距离变化为2 π，所以实际的平面距离变化公式是AB = *ρ/(2π)，其中ρ为投影得到的条纹周期，也是系统常量，在结构装配完成后标定即可获得。在知道了平面距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于实现N步相移法的测量装置，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多个光栅组件，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连接，所述相机和陶瓷马达由计算机控制连接，所述相机和光栅片都能对照到下方的待测物上。

【技术特征摘要】

【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：实用新型
国别省市：