[发明专利]三维物体测量方法及其测量装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

为此，尤其针对SMT领域中存在的锡膏印刷检测精度问题，本发明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，本发明采取以下技术方案：一种三维物体测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

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，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I_n(x，y)，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φ_H(x，y)；

8)利用公式AB＝[φ_H(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。

本发明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。