[发明专利]一种电子元器件外观图像采集装置及其采集方法

权利要求书

1.一种电子元器件外观图像采集装置，其特征在于：它包括三个单元：分别是两个硬件单元：图像采集单元、运动控制单元，以及一个软件单元：主控制单元；

所述的图像采集单元接收来自主控制单元的同型号电子元器件的拍摄参数，以保证同型号不同批次的电子元器件前后图像采集的一致性；图像采集单元将低分辨率电子元器件图像传递给主控制单元进行尺寸信息计算，将多张高分辨率的大尺寸电子元器件局部图像传递给主控制单元进行图像拼接操作，将低分辨率斜侧图像、高分辨率小尺寸电子元器件图像、拍摄参数传递给主控制单元进行数据管理；

所述的运动控制单元接收来自主控制单元计算得到的电子元器件尺寸信息，根据尺寸信息将电子元器件移动到图像采集单元的拍照位置，根据尺寸信息判断是否需要拼接采集、拼接采集的走位模式、旋转采集的走位模式；

所述的主控制单元接收来自图像处理单元传递的图像和拍摄参数并进行相应处理，包括对低分辨率电子元器件图像进行尺寸计算操作，对高分辨率大尺寸电子元器件局部图像进行图像拼接操作；主控制单元将同型号器件的拍摄参数传递给图像采集单元实现同型号电子元器件前后图像的标准化采集；主控制单元将计算得到的尺寸信息传递给运动控制单元实现自动走位采集；主控制单元实现对图像、拍摄参数、尺寸信息、文字信息的数据管理；

其中，图像采集单元和主控制单元之间，运动控制单元和主控制单元之间，通过有线方式进行连接，以保证数据的有效传输；

电子元器件外观图像采集装置的基本结构是主控制单元对图像采集单元采集的低分辨率图像进行图像处理，将获取的尺寸信息传递给运动控制单元实现自动走位采集，主控制单元将同型号电子元器件的参数传递给图像采集单元以实现标准化采集，主控制单元对图像采集单元采集的高分辨率局部图像进行图像拼接操作实现兼顾高分辨率和大视场采集；上述三个单元的结构组成情况详述如下：

所述的图像采集单元包括五个成像模块，分别是两个测量模块：高度测量模块、长宽测量模块，以及三个采集模块：斜侧图像采集模块、端面图像采集模块、侧面图像采集模块；其中高度测量模块光路中心轴线、长宽测量模块光路中心轴线、斜侧图像采集模块光路中心轴线在同一竖直平面内，高度测量模块光路中心轴线、长宽测量模块光路中心轴线、斜侧图像采集模块光路中心轴线的交点为测量点即A点，电子元器件处于测量点时，高度测量模块、长宽测量模块、斜侧图像采集模块工作；端面图像采集模块光路中心轴线、侧面图像采集模块光路中心轴线在同一竖直平面内，端面图像采集模块光路中心轴线与侧面图像采集模块光路中心轴线的交点为采集点即B点，电子元器件处于采集点时，端面图像采集模块、侧面图像采集模块工作；

该高度测量模块用于采集低分辨率电子元器件侧面图像，传递给主控制单元计算高度尺寸；其结构组成包括一个千兆网接口的第一CMOS工业相机，一个第一普通工业镜头，一个第一环形白色光源；该高度测量模块的光路中心轴线与水平线的夹角为0°；

该第一CMOS工业相机的分辨率为500万像素，因为高度测量模块所获取的侧面图像仅用于高度测量过程的输入，不是最终输出的侧面图像，所以选用集成度高、制造成本相对较低的CMOS工业相机；

该第一普通工业镜头的分辨率为500万像素，考虑到图像投影测量尺寸的适用性，测量模块所获取的图像中需包含完整目标物体，而电子元器件的尺寸差异大，针对不同尺寸去选择相应镜头的可操作性太低，所以选择镜头的视场大于常见电子元器件的最大尺寸，即选择大视场、低空间分辨率的普通工业镜头；

该第一环形白色光源选用CCS HPR系列的环形面光源，该第一环形白色光源采用高亮度LED和独特的照射结构，实现了高亮度的均匀扩散光照射；

该长宽测量模块用于采集低分辨率电子元器件端面图像，传递给主控制单元计算长宽尺寸；其结构组成包括一个千兆网接口的第二CMOS工业相机，一个第二普通工业镜头，一个第二环形白色光源；该长宽测量模块的光路中心轴线与水平线的夹角为90°；

该第二CMOS工业相机的分辨率为500万像素，因为长宽测量模块所获取的侧面图像仅用于长宽测量过程的输入，不是最终输出的端面图像，所以选用集成度高、制造成本相对低的CMOS工业相机；

该第二普通工业镜头的分辨率为500万像素，选用需求同高度测量模块的第一普通工业镜头；

该第二环形白色光源的选用需求同高度测量模块的第一环形白色光源；

该斜侧图像采集模块用于采集低分辨率电子元器件斜侧图像，传递给主控制单元进行电子元器件信息的标准化管理；其结构组成包括一个千兆网接口的第一CCD工业相机，一个第三普通工业镜头；该斜侧图像采集模块的光路中心轴线与水平线的夹角为45°；

该第一CCD工业相机的分辨率为500万像素，因为斜侧图像采集模块所获取的图像为最终输出的电子元器件斜侧图像，所以选用成像质量高、抗噪能力强的CCD工业相机；

该第三普通工业镜头的分辨率为500万像素，因为斜侧图像的采集过程需要进行360°旋转，考虑到此采集过程的可操作性，所以选择大视场、低空间分辨率的普通工业镜头；

该端面图像采集模块用于采集高分辨率电子元器件端面图像，传递给主控制单元进行电子元器件信息的标准化管理，及传递给主控制单元进行图像拼接；其组成结构包括一个千兆网接口的第二CCD工业相机，一个第一远心工业镜头，一套由发出同轴白色光的第一同轴白色光源及环形蓝色光源构成的组合光源，端面图像采集模块的光路中心轴线与水平线的夹角为90°；

该第二CCD工业相机的分辨率为500万像素，因为端面图像采集模块所获取的图像及经过拼接处理后的图像为最终输出的电子元器件端面图像，所以选用成像质量高、抗噪能力强的CCD相机；

该第一远心工业镜头的分辨率为500万像素，因为需要保证同型号不同批次电子元器件前后图像采集的放大倍数的一致性，选择放大倍数恒定、成像畸变小的远心镜头；

该第一同轴白色光源选用Rsee P-COL系列的同轴白色光源，该第一同轴白色光源能发出高强度均匀平行光，凸显目标物体的表面不平整度；

该环形蓝色光源选用CCS HPR系列的环形面光源，因为电子元器件的端面中包含众多信息，端面检测是外观检测的重点，所以采用该环形蓝色光源补充照明采集图像，来从图像中获取更多的信息；该环形蓝色光源置于同轴白色光源的正下方，两种光源轴线重合；该侧面图像采集模块包括一个千兆网接口的第三CCD工业相机，一个第二远心工业镜头，一个第二同轴白色光源，侧面图像采集模块的光路中心轴线与水平线的夹角为0°；

该第三CCD工业相机的分辨率为500万像素，因为端面图像采集模块所获取的图像及经过拼接处理后的图像为最终输出的电子元器件端面图像，所以选用成像质量高、抗噪能力强的CCD工业相机；

该第二远心工业镜头的选用需求同端面图像采集测量模块的第一远心工业镜头；

该第二同轴白色光源的选用需求同端面图像采集测量模块的第一同轴白色光源；

所述的运动控制单元包括两个模块即运动模块和控制模块；

该运动模块用于放置电子元器件，通过运动模块的位移，带动电子元器件至测量点和采集点以供不同的成像模块获取图像；该运动模块组成为一个四轴电动载物平台，平台配有四个运动轴，分别是X轴、Y轴、Z轴、以及绕Z轴旋转的R轴；

该控制模块接收来自主控制单元的信息来控制运动模块的位移，将运动模块移动至测量点和采集点，并且根据尺寸信息自动走位采集；该控制模块组成包括四个伺服电机、四个编码器、四个电机驱动器和一个可编程逻辑控制器；四轴电动载物平台的每个运动轴配置一个伺服电机、一个编码器、一个驱动器，共四套配置，该四套配置再配置一个可编程逻辑控制器；该可编程逻辑控制器接收来自主控制单元的控制信息，向电机驱动器发出控制脉冲，驱动器控制伺服电机的运作，编码器记录伺服电机的运作，通过可编程逻辑控制器的高速计数器检测自身发出的脉冲数，以实现控制模块的闭环控制；

所述的主控制单元，包括三个模块，分别是：尺寸测量模块、图像拼接模块、信息管理模块；

该尺寸测量模块接收来图像采集单元传递的低分辨率电子元器件图像，经过图像处理后得到电子元器件的尺寸信息；该尺寸测量模块的结构是：输入为低分辨率电子元器件的端面图像、侧面图像，输出为电子元器件的高度尺寸、长度尺寸、宽度尺寸；

该图像拼接模块接收来图像采集单元传递的高分辨率电子元器件局部图像，经过图像处理后得到全景图像；该图像拼接模块的结构是：输入为多张高分辨率端面图像、侧面图像，输出为经过图像拼接后的大视场全景端面图像、侧面图像；

该信息管理模块实现对电子元器件信息的数据管理功能，信息包括：电子元器件的型号、批号、外观图像、外观图像拍摄参数及尺寸信息；该信息管理模块的结构是：输入为图像采集单元传递的电子元器件斜侧图像及拍摄参数、尺寸测量模块传递的尺寸信息、图像拼接模块传递的大视场全景端面图像及侧面图像、质检操作员录入的电子元器件基本信息；输出为同型号电子元器件的拍摄参数；

所述主控制单元的工作流程是质检操作员录入待检测电子元器件的基本信息，从信息管理模块调出同型号电子元器件的拍摄参数，对图像采集单元获取的低分辨率电子元器件图像进行图像处理获得尺寸信息，根据尺寸信息自动走位采集获取高分辨率电子元器件图像，经过图像拼接输出高分辨率全景大视场图像。