專利名稱：用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種圖像采集裝置，特別是涉及一種用于對光路同軸 但方向相反的兩區域進行圖像采集的裝置，具體是指用于諸如全自動鋼網 印刷機中鋼網和電路板的基準測量和印刷質量檢査的圖像采集裝置，但其 使用范圍并不局限于錫膏印刷機，還可以用于元件貼放系統、半導體制造、 紙張上油墨印刷等其它需要采用圖像傳感器實現基準對位的裝置或應用 中。
背景技術：
在采用鋼網印刷工藝的全自動鋼網印刷機中，要將錫膏準確印刷到電 路板上，需要將電路板上要印刷的部位與鋼網上的開孔準確對準。鋼網和 電路板的對準一般采用基準對準的方法，就是說在鋼網和電路板上做上標 記，在加工上保證當兩者對應的標記對準時，電路板和鋼網上要印刷的部 位即與鋼網上的開孔對準。最簡單的基準對準方法是機械定位，該方法的 基準是電路板上特別加工的定位孔，印刷機上使用一個或是幾個氣缸活塞
機構，定位時將活塞的撞桿插入PCB的定位孔內以達到定位的目的。其缺 點是定位精度差，速度慢，由于不同的PCB的定位孔徑不同，有的甚至沒 有定位孔，因此該方法適應差，難以適應SMT生產的高密度、高產出和高 精度的發展趨勢，目前該技術已逐步被淘汰。
采用機器視覺技術的錫膏印刷機可以同時實現基準高速高精度對準、 印刷過程中印刷質量檢査。如圖1所示，目前該類型的錫膏印刷機的圖像
采集裝置一般包括兩個光源59、 56， 一個分光鏡53、 一個反射鏡54、 一 個成像透鏡57和一個圖像傳感器58，有些裝置中為了消除上下光路的相 互干擾，還加上擋光片52、 55。工作時，位于不同水平面的兩個光源59、 56中的任意一個發光，光源59、 56經分光鏡53照射鋼網50或電路板51， 然后反射回分光鏡53，再經光反射鏡54光束折射到成像透鏡57，最后在 圖像傳感器58上成像，這樣獲得的圖像是電路板51和鋼網50圖像的疊 加，通過分析圖像，可以得出定位信息。也可以通過分時控制光源的開關， 從而分時拍攝到鋼網50及電路板51的圖像。該方法的優點是光路簡單和 成本低，但同時采集圖像時圖像分析算法復雜，而分時采集圖像則比較耗 時，也存在重影，影響圖像分析；采用擋光片的裝置中，可以消除光路相 互干涉，但由于存在機械動作，采樣速度受到影響，而且擋光片的壽命也 有限。

實用新型內容
本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種結構緊 湊、沒有重影的，可以在同一位置上采集向上和向下兩個相反方向圖像的 采集裝置的用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置。
為實現上述目的，本實用新型提供的技術方案如下構造一種用于基 準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，包括分光器、直射光源、側向光源 和光反射器各兩個，合光器、成像透鏡和圖像傳感器各一個。其中一個光 反射器只有一個反射面，另一個光反射器有兩個平行但方向相反的反射 面。雙面光反射器與兩分光器上下疊放，左側是直射光源，右側是合光器-, 上部分光器的左側是另一個直射光源，上側是側向光源；下部分光器的下 側是另一個側向光源；合光器下方是單面光反射器，右側是成像透鏡，圖
像傳感器位于成像透鏡之后。上方直射光源的光約50%經分光器向上折 射，光束穿過側向光源的中心孔照射鋼網，側向光源為鋼網提供低角度照
明；另約50%的光經分光器透射，這部分的光被分光器安裝面吸收；鋼網
的反射光穿過側向光源的中心孔進入分光器，經分光器作用，約50%的光 被折射向直射光源，另約50%的光透過分光器射向雙面反射器，經雙面反 射器折射進入合光器，約50%的光被透射向成像透鏡，最后在圖像傳感器 上成像；另約50%的光經合光器折射，這部分的光被合光器安裝面吸收； 下方直射光源的光經雙面反射器向下折射，約50%的光經下部分光器透 射，光束穿過側向光源的中心孔照射電路板，側向光源為電路板提供低角 度照明；另約50%的光經分光器折射，這部分的光被分光器安裝面吸收； 電路板的反射光穿過側向光源的中心孔進入分光器，經分光器作用，約50 %的光被透射向雙面反射器，最后被折射向直射光源，另約50%的光經分 光器折射向單面反射器，經單面反射器折射進入合光器，約50%的光被折 射向成像透鏡，最后在圖像傳感器上成像；另約50%的光經合光器透射， 這部分的光被合光器安裝面吸收；向上和向下兩個相反方向圖像在不同時 間采集，采集上方圖像時，上方的直射光源和側向光源至少點亮一個，而 下方的光源全部關閉；相應地，采集下方的圖像時，上方的光源全部關閉， 下方的光源至少開啟一個。如圖1所示，現有的技術方案在上方或下方光 源開啟時，鋼網(或電路板)的反射光會透過分光鏡照射到電路板(或鋼網) 上，這樣兩個方向同時在圖像傳感器上成像，因而造成重影，為了避免重 影，需要機械擋光片，隔斷上下光路的相互干擾；而在本方案中，從上述 光路分析知道，上方的光源開啟時，沒有光會射向下方，反之下方的光源 也不會有光射向上方，因此，不需要機械擋光片，采集圖像時也不會有重
影現象。
所述能雙面反射的光反射器由兩個鍍有反射膜的棱鏡組成，兩個棱鏡 的反射面平行，也可以是兩面都鍍有反射膜的鏡片。
所述分光器和合光器是可以實現分光的棱鏡，還可以是鍍有分光膜的
鏡片；
所述側向光源可以是環形照明的光源，也可以是能產生四面照明的矩 形光源，或按其它按多邊形排列的光源。
所述的直射光源和側向光源可以是LED光源、氣體光源、光纖光源或 其它可以發光的裝置。
所述圖像傳感器為模擬或數字的CCD相機、CMOS相機或其它可以把圖 像轉換為電信號的裝置。
本實用新型所述的用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置與現 有技術相比，具有如下優點和有益效果可以在同一位置上通過分時控制 光源的點亮，采集光路同軸但方向相反的兩個區域的圖像，成像時沒有重 影，裝置內部不需要運動部件；直射照明和側向照明配合，可以提高鋼網 和電路板成像的質量，適合鋼網和電路板基準測量及錫膏印刷過程檢査的 圖像采集。具有可對光路同軸但方向相反的兩區域進行圖像采集，只需單 個圖像傳感器，不存在重影現象。
以下結合附圖和實施例對本實用新型所述的用于基準對準和檢測的 單鏡頭圖像采集裝置作進一步說明

圖1是現有單圖像傳感器圖像采集方案示意圖2是本實用新型用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像釆集裝置的主視圖3是本實用新型用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置的俯視圖4是本實用新型用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置右視圖5是本實用新型用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置與圖像采集
控制及處理裝置和定位裝置結構示意圖6是本實用新型用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置的立體結構
示意圖。
附圖標記說明
1、 5、側向光源；2、 4、分光器；3 、雙面反射的光反射器；6、 7、 直射光源；8、合光器；9、單面反射的光反射器；10、成像透鏡；11、圖 像傳感器；12、本專利所述的圖像采集裝置；13、鋼網；14、電路板；15、
定位裝置；16 、圖像采集控制及處理裝置。
具體實施方式

為了更好地理解本實用新型，
以下結合附圖和實施例作進一步地描述。
如圖2、圖3、圖4、圖6所示，提供一種用于基準對準和檢測的單鏡 頭圖像采集裝置，包括側向光源1和5、分光器2和4、光反射器3、直射 光源6和7、合光器8、光反射器9、成像透鏡IO、圖像傳感器ll。其中 光反射器3有兩個平行但方向相反的反射面，光反射器9只有一個反射面。 光反射器3與分光器2和4上下疊放，分光器2在光反射器3上方，分光 器4在光反射器3下方；光反射器3的左側是直射光源7，右側是合光器 8;分光器2的左惻是直射光源6，上側是惻向光源l.，分光器4的下側是 側向光源5;合光器8下方是光反射器9，右側是成像透鏡IO，圖像傳感 器ll位于成像透鏡IO之后，直射光源6的出射光約50%經分光器2向上
折射，光束穿過側向光源1的中心孔照射鋼網13，側向光源1為鋼網13 提供低角度照明；另約50%的光經分光器2透射，這部分的光被分光器2 的安裝面吸收；鋼網13的反射光穿過側向光源1的中心孔進入分光器2， 經分光器2作用，約50%的光被折射向直射光源6，另約50%的光透過分 光器2射向雙面反射器3，經雙面反射器3折射進入合光器8，約50%的 光被透射向成像透鏡IO，最后在圖像傳感器ll上成像；另約50%的光經 合光器8折射，這部分的光被合光器8安裝面吸收；直射光源7的光經反 射器3向下折射，約50%的光經下部分光器4透射，光束穿過側向光源5 的中心孔照射電路板14，側向光源5為電路板14提供低角度照明；另約 50%的光經分光器4折射，這部分的光被分光器4的安裝面吸收；電路板 14的反射光穿過側向光源5的中心孔進入分光器4，經分光器4作用，約 50%的光被透射向反射器3，最后被折射向直射光源7，另約50%的光經 分光器4折射向反射器9，經反射器9折射進入合光器8，約50%的光被 折射向成像透鏡IO，最后在圖像傳感器ll上成像；另約50%的光經合光 器8透射，這部分的光被合光器8的安裝面吸收。圖像傳感器11將圖像 轉換為模擬電壓信號或數字信號。
向上和向下兩個相反方向的圖像在不同時間采集，采集上方圖像時， 上方的直射光源6和側向光源1至少點亮一個，而下方的光源5和7全部 關閉；相應地，采集下方的圖像時，上方的光源1和6全部關閉，下方的 光源5和7至少開啟一個。
如圖5所示，為了配合本實用新型的圖像采集裝置工作，還需圖像采 集控制及處理裝置16和定位裝置15，圖像采集控制及處理裝置16是由攝 像控制器、圖像采集卡、定位控制器和圖像處理模塊與通用計算機和存儲器組成。其中攝像控制器分別與本實用新型的圖像采集裝置的直射光源6 和7、側向光源1和5以及圖像傳感器11連接，分別控制直射光源6和7 及側向光源1和5的照明，并控制圖像傳感器11的圖像采集。圖像采集 卡與圖像傳感器11的視頻信號輸出連接，將圖像視頻信號轉換成數字信 號。定位裝置控制器與定位裝置15連接，圖像采集裝置12安裝在定位裝 置15上，采集圖像時，按照指定的坐標信息，定位裝置15將圖像采集裝 置12送入鋼網13和電路板14之間的指定位置，圖像采集裝置12分時采 集鋼網朝向電路板側和電路板朝向鋼網側的圖像，圖像采集過程由程序自 動控制完成，采集的圖像和處理結果保存在存儲器內。
應用本實用新型的用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，向上 和向下兩個相反方向的圖像在不同時間分別采集。采集上方圖像時，上方 的直射光源6和側向光源1至少點亮一個，而下方的光源5和7全部關閉； 相應地，采集下方的圖像時，上方的光源1和6全部關閉，下方的光源5 和7至少開啟一個。直射光源6的光約50%經分光器2向上折射，光束穿 過側向光源1的中心孔照射鋼網13，另約50%的光經分光器2透射，這 部分的光被分光器2的安裝面吸收；側向光源1為鋼網13提供低角度照 明；鋼網13的反射光穿過側向光源1的中心孔進入分光器2，經分光器2 作用，約50%的光被折射向直射光源6，另約50%的光透過分光器2射向 雙面反射器3，經雙面反射器3折射進入合光器8,約50%的光被透射向 成像透鏡IO，最后在圖像傳感器ll上成像；另約50%的光經合光器8折 射，這部分的光被合光器8安裝面吸收；直射光源7的光經反射器3向下 折射，約50%的光經下部分光器4透射，光束穿過側向光源5的中心孔照 射電路板14，另約50%的光經分光器4折射，這部分的光被分光器4的
安裝面吸收；側向光源5為電路板14提供低角度照明；電路板14的反射 光穿過側向光源5的中心孔進入分光器4，經分光器4作用，約50%的光 被透射向反射器3，最后被折射向直射光源7，另約50%的光經分光器4 折射向反射器9，經反射器9折射進入合光器8，約50%的光被折射向成 像透鏡10，最后在圖像傳感器11上成像；另約50%的光經合光器8透射， 這部分的光被合光器8的安裝面吸收。圖像傳感器11將圖像轉換為模擬 電壓信號或數字信號，傳送給計算機處理。
用于基準測量時，本實用新型的圖像采集裝置分時采集到位于電路板 14和鋼網13上的基準點的圖像，經圖像采集卡轉換成數字信號輸入計算 機，可計算兩個基準點的坐標，并進行進一步的偏差分析，進而可以實現 基準高速高精度對準。
用于錫膏印刷檢查時，本實用新型的圖像采集裝置分時采集電路板14 和鋼網13的圖像，經過圖像采集卡將采集的圖像信號轉換成數字信號， 輸入計算機，并與計算機內保存的標準模板信息進行比較，從而可檢査電 路板的錫膏印刷質量和鋼網的網孔堵塞程度。
本實用新型涉及的用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，可以 在同一位置上通過分時控制光源的點亮，采集光路同軸但方向相反的兩個 區域的圖像，成像時沒有重影，內部不需要運動部件，提高了裝置的使用 可靠性；直射照明和側向照明配合，可以提高鋼網和電路板成像的質量， 適合鋼網和電路板基準測量及錫膏印制過程檢査的圖像采集。
以上所述僅為本實用新型較佳的可行實施例，并非因此限定本實用新 型的保護范圍，故凡應用本實用新型說明書或附圖內容所進行的等效結構 變化，均包含于本實用新型保護范圍內。本實用新型雖然針對全自動鋼網印刷機進行敘述，但其使用范圍并不局限于全自動鋼網印刷機，還可以用 于元件貼放系統、半導體制造、紙張上油墨印刷機等需要采用圖像傳感器 實現上下對位或檢査的裝置或應用中。
權利要求1、一種用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，其特征在于，包括分光器(2)、(4)、直射光源(6)、(7)、側向光源(1)、(5)和光反射器(3)、(9)各兩個，合光器(8)、成像透鏡(10)和圖像傳感器(11)各一個，其中一個光反射器(3)有兩個反射面，另一個光反射器(9)有一個反射面；雙反射面的光反射器(3)的上方和下方分別是分光器(2)、(4)，左側是直射光源(7)，右側是合光器(8)；上部分光器(2)上方是側向光源(1)，左側是另一個直射光源(6)；下部分光器(4)下方是另一個側向光源(5)；合光器(8)下方是單反射面的光反射器(9)，右側是成像透鏡(10)，圖像傳感器(11)位于成像透鏡(10)之后，上方直射光源(6)的出射光經分光器(2)向上折射，光束穿過側向光源(1)的中心孔照射鋼網(13)，側向光源(1)為鋼網(13)提供低角度照明；鋼網(13)的反射光穿過側向光源(1)的中心孔進入分光器(2)，經其透射向雙面光反射器(3)，再經雙面光反射器(3)折射進入合光器(8)，光經合光器(8)透射向成像透鏡(10)，最后在圖像傳感器(11)上成像，下方直射光源(7)的出射光被雙面光反射器(3)向下折射到下部分光器(4)，經分光器(4)透射，光束穿過側向光源(5)的中心孔照射電路板(14)，側向光源(5)為電路板(14)提供低角度照明；電路板(14)的反射光穿過側向光源(5)的中心孔進入分光器(4)，經分光器(4)折射向單面光反射器(9)，再經光反射器(9)折射進入合光器(8)，經其折射向成像透鏡(10)，最后在圖像傳感器(11)上成像。
2、 根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，其特征在于，具有單個成像透鏡(10)和圖像傳感器(11)，可實現對光路同軸但方向相反的兩區域進行圖像采集。
3、 根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，至少具有光反射器(3)、 (9)兩個，合光器(8) —個，光 反射器(3)、 (9)將上下兩個光路的反射光折射到合光器(8)，由合光器(8)把兩路反射光合并為一路光束，進入成像透鏡(10)，最后在圖像傳 感器(11)上成像。
4、 根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，向上或向下每個光路中至少包含一個光源，可以是直射光源(6)、 (7)或側向光源(1)、 (5)。
5、 根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，所述能雙面反射的光反射器(3)由兩個鍍有反射膜的棱鏡 組成，兩個棱鏡的反射面平行，也可以是兩面都鍍有反射膜的鏡片。
6、 根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，所述分光器(2)、 (4)和合光器(8)是可以實現分光的棱 鏡，還可以是鍍有分光膜的鏡片。
7、 根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，照射向上方或下方的光束穿過側向光源(1)、 (5)的中心孔 照射到鋼網(13)或電路板(14)上。
8、 根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，所述側向光源(1)、 (5)可以是環形照明的光源，也可以是 能產生四面照明的矩形光源。
9、 根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，其特征在于，所述的直射光源(6)、 (7)和側向光源(1)、 (5)可以是LED 光源、氣體光源、光纖光源。
10、根據權利要求1所述用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置， 其特征在于，所述圖像傳感器(11)為模擬或數字的CCD相機、CMOS相機。
專利摘要本實用新型公開了一種用于基準對準和檢測的單鏡頭圖像采集裝置，包括分光器、直射光源、側向光源和光反射器各兩個，合光器、成像透鏡和圖像傳感器各一個，其中一個光反射器有兩個反射面，另一個有一個反射面；雙反射面的光反射器的上方和下方都是分光器，左側是直射光源，右側是合光器；上部分光器上方是側向光源，左側是另一個直射光源；下部分光器下方是另一個側向光源；合光器下方是單反射面的光反射器，右側是成像透鏡，圖像傳感器位于成像透鏡之后，照射鋼網或電路板的光束穿過側向光源的中心孔；側向光源為鋼網或電路板提供低角度照明。該裝置只用一個圖像傳感器，可采集向上和向下的圖像，且不存在重影現象。
文檔編號B41F33/00GK201058521SQ20072012144
公開日2008年5月14日 申請日期2007年7月10日 優先權日2007年7月10日
發明者康視達 申請人:東莞康視達自動化科技有限公司