[发明专利]基于二值编码光栅散焦投影的电路板元器件几何检测方法

说明书

本发明公开了一种基于二值编码光栅散焦投影的电路板元器件几何检测方法，包括以下步骤：根据公式使用计算机生成二值编码光栅；将二值编码光栅烧入投影仪，调节投影仪焦距以及相机焦距，使得投射出的光栅条纹以及拍摄的标定板清晰可见，再次调节投影仪焦距对二值编码光栅进行散焦处理以得到二值编码正弦光栅；通过四步相移法求解光栅条纹的相位值θ；进一步建立相位、像点坐标与三维坐标的对应关系，通过系统标定求解出标定参数；对四步相移获取的电路板图像进行处理，最终生成具有准确三维坐标的点云数据，准确定位元器件几何位置和三维形态，通过对照检测标准即可检测出电路板是否存在错位、脱焊等缺陷问题。

技术领域

本发明属于光栅投影三维检测技术领域，更具体地，涉及一种基于二值编码光栅散焦投影的电路板元器件几何检测方法。

背景技术

随着电路板的集成度、复杂度不断提高，焊接的元器件数量越来越多，导致生产中因焊接缺陷出现元器件错位、脱焊等现象，降低电路板的合格率。传统人工检测方法极易发生漏检、错检，且缺陷检测不连续、数据集合困难度大、检测效率低，不能适应现代工业生产水平的要求。因此，急需开展对高密度电路板自动化几何检测技术的研究。

光栅投影三维测量技术是一种主动式非接触三维检测技术，使用投影仪等设备将光栅条纹投射到被测物体上，由工业相机采集到条纹图像，通过图像处理和三维转换模型得到被测物体的三维信息，具有测量精度高、速度快等优势，成为精密产品几何检验的新手段。

对于光栅投影系统，受到投影仪和相机灰度非线性失真性质的影响，投影光栅条纹的非正弦性是一个普遍存在的问题，直接导致计算的相位存在周期性误差，进而使得三维点云数据存在周期性的“水波纹”现象，严重降低了三维测量精度。以往普遍采用Gamma校正方法解决这一问题，但是这一方法易受外部环境的影响，适用性不足；二值光栅散焦投影方法通过对二值编码光栅进行散焦处理，能够有效消除因为非正弦性问题所带来的误差，得到高质量的正弦光栅，且不会受测量环境的影响，适用性较强。但在电路板等微型元器件的三维精密测量中还未见有相关应用，为此针对三维精密测量应用需求，本发明主要研究如何基于二值编码光栅散焦投影的电路板元器件几何检测。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于二值编码光栅散焦投影的电路板元器件几何检测方法，其目的在于消除光栅非正弦对微型元器件三维检测的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于二值编码光栅散焦投影的电路板元器件几何检测方法，包括：

S1：生成二值编码光栅，移动投影光栅得到所需的四步相移图像；

S2：将二值编码光栅烧入投影仪，待测电路板放置于参考面上，调节投影仪以及相机焦距，使得投射出的光栅条纹以及拍摄的标定板清晰可见，在工业相机焦距不变的条件下，再次调节投影仪焦距对二值编码光栅进行散焦处理以得到二值编码正弦光栅；

S3：通过四步相移法获得光栅条纹的相位主值，解相位得到绝对相位值；

S4：使用二值编码正弦光栅完成系统标定，计算出系统标定参数；

S5：将待测电路板放置于参考面上，向电路板上投影二值编码正弦光栅，拍摄电路板的四步相移图像，最终生成电路板的三维点云。

在一些可选的实施方案中，步骤S1中生成二值编码光栅的具体方法为：

将4×2像素作为一个区域，给区域中每个像素点赋值0或1，并使用区域中像素点的平均像素值作为整个区域的像素值，得到除了0或者1以外的值；

每16×4像素图像作为一个周期，将该16×4像素图像划分为8个4×2像素的区域，给每4×2像素区域赋值，使得在这一个周期内，沿图像宽度方向的值呈周期性变化，分别为0，0.25，0.5，0.75，1，0.75，0.5，0.25；

将初始图像划分为多个周期，得到二值编码光栅。