专利名称：数字化影像自动检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量技术领域的仪器，具体的说，涉及的是一种数字化 影像自动检测仪。
背景技术：
目前，影像检测是现代测量技术的一个重要的发展方向。利用光学投影把测 试目标成像于CCD摄像机芯片，CCD芯片通过感光把测试目标转化为数字视频信 号，分析数字影像得出目标的几何尺寸，这种方法称为数字影像检测方法。现有 的数字影像检测仪功能和测量目标单一，无法实现自动聚焦；针对不同的测量目 标，大都采用单一的光学投影方式，不能有效地提高测量精度；打印报表不够详 细，操作比较繁琐等缺陷。
经对现有技术的文献检索发现，目前，国内只有姚晓栋在其《数字化影像检 测仪》实用新型说明和《基于数字化影像的印制线路板现场检测系统》说明中论 述了一种手动调整方式的数字化影像检测设备，该方法能够通过光学调焦镜头和 CCD摄像机对目标进行图像采集和几何尺寸测量，具有多种功能，相对于传统的 检测手段，能有效地提高测量精度。然而，面对生产线上的大量检测，特别是对 于当前生产工艺中对于多品种多批量变化条件下的快速智能检测，在原测试设备 中难以实现。此外，对于超精密尺寸的测试，由于原测试设备光源系统无法根据 测试部件变化进行自我调节，因而在进行O. 1微米等级测试中会带来系统随机误 差的干扰，实际测试结果也不理想。
发明内容
为了克服原影像检测设备的不足，本实用新型提供一种全新的数字化影像自 动检测仪，使其通过伺服电机调整测试台面的X、 Y坐标、镜头工作距离的Z坐 标、镜头焦距的U坐标、工作视场的V坐标、光源工作距离的W坐标、光源照射 角的S坐标以及光照强度的流明值。通过光学和CCD摄像机对目标进行图像的自
5动采集和几何尺寸的自动测量；系统嵌入了具备智能操作模式的自学习功能，可 根据工件的手动测试操作进行智能学习，并转换成该类型工件的特征测试指令并 保存，具有多种功能，并且能高效方便地匹配多品种多批量的实际生产测试要求。
本实用新型通过以下技术方案来实现的， 一种数字化影像自动检测仪，包括 计算机、平板涂覆玻璃、CCD摄像机、组合光源、垂直支架、水平调节装置、底 座、Z轴镜头工作距离调节装置、U轴自动调焦装置、V轴工作视场调节装置、W 轴光源工作距离调节装置、S轴光源照射角调节装置、光源切换装置。
光源切换装置、平板涂覆玻璃位于水平调节装置上；Z轴镜头工作距离调节 装置、U轴自动调焦装置、V轴工作视场调节装置、W轴光源工作距离调节装置、 S轴光源照射角调节装置、CCD摄像机和组合光源安装在垂直支架上；CCD摄像 机连接到计算机，垂直支架与XY轴水平调节装置通过支架连接。
所述的水平调节装置，包括工作台、XY模组滑台及伺服电机、X和Y方向 两个水平仪、调节螺母、可调地脚螺钉。其中，工作台和XY模组滑台之间由支 架连接，通过伺服电机使XY模组滑台在导轨上沿X轴和Y轴滑动，并通过平板 镀锌玻璃带动工件动作。两个水平仪分别嵌置在工作台X和Y方向上，通过调节 螺母、可调地脚螺钉调节工作台水平和XY模组滑台水平，从而确保CCD摄像机 光轴与平板涂覆玻璃工作台面垂直。
所述的Z轴镜头工作距离调节装置，包括滑动丝杠、导向导轨、自锁装置 及伺服电机。其中，滑动丝杠、导向导轨和自锁装置由支架连接，CCD摄像机安 装在滑动丝杠的拖板上，并通过伺服电机沿Z轴上下滑动，Z轴镜头工作距离调 节装置安装在滑动丝杠支架连接的拖板上。
所述的U轴自动调焦装置包括光学调焦调视场镜头、带轮、同歩皮带及伺 服电机，其中，光学调焦调视场镜头与CCD摄像机构成光学成像系统与工作台面 垂直；齿轮通过紧固螺钉安装在镜头的焦距调节旋钮外壳上；伺服电机安装在拖 板上，位于光学调焦镜头右侧，伺服电机输出轴上的带轮通过同步皮带与调焦旋 钮外壳上的带轮连接构成传动装置。
所述的V轴工作视场调节装置包括光学调焦调视场镜头、减速齿轮组及伺 服电机；齿轮通过紧固螺钉安装在镜头的调视场旋钮外壳上；伺服电机安装在拖板上，位于光学调焦镜头右侧，伺服电机和调视场旋钮之间通过减速齿轮组构成 传动装置。
所述的W轴光源工作距离调节装置包括低角度侧光灯、滑动丝杠、导向导 轨、自锁装置及伺服电机。其中，滑动丝杠、导向导轨和自锁装置由支架连接， 组合光源安装在滑动丝杠的拖板上，并通过伺服电机沿W轴上下滑动，W轴光源 工作距离调节装置安装在光源组连接拖板上。
所述的S轴光源照射角调节装置包括高角度侧光灯、角度调整机构、锥齿 轮组、自锁装置及伺服电机。其中，角度调整机构和锥齿轮组由支架连接。通过 伺服电机改变角度调整机构的支撑夹角，从而改变光源照射角度。
所述的光源切换装置，包括前景光源(反射光源、低角度光源和高角度光 源)、背景光源，其中，前景光源安装在光学调焦镜头外壳周围，置于光源组连 接拖板上；背景光源安装在工作台面下，位于平板涂覆玻璃的下端；前景光源和 背景光源通过位于工作台内置的光源调光板进行切换和光照强度的调节。
本实用新型具有自动调整测试点的X、 Y、 Z坐标位置、自动调整焦距和工作 视场、自动调整光源工作高度和照射角度、光源的自动相互切换等功能，并且具 备了智能的自学习功能，测量参数丰富，操作简单方便，精度和稳定性高，较好 的解决了手动影像测试系统不能适应多品种多批量产品测试的缺陷。特别适用于 复杂精密零件、PCB板等的几何尺寸测量、质量控制和生产流程管理等。
图l、图2和图3是实用新型的结构示意图。
图1中，l是垂直支架、2是X方向水平调节机构的工作台面、3是连接支 架、4是Y方向水平调节机构的工作台面、5是可调地脚螺钉。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型外框结构包括垂直支架l、 Y方向水平调节机构 的工作台面4和X方向水平调节机构的工作台面2，通过连接支架3连接。可调 地脚螺钉5调节Y方向水平调节机构的工作台面4的水平。
图2中，6是Y轴导轨、7是Y轴方向水平仪、8是XY模组滑台台面、9是 背光光源、IO是X轴导轨、ll是X轴导轨驱动连接杆(与X轴伺服电机连接)、12是Y轴导轨驱动连接杆(与Y轴伺服电机连接)、13是X轴方向水平仪。
具体实施方式
如图2所示，本实用新型水平自动调节装置包括Y轴导轨6、 Y轴方向水 平仪7、 XY模组滑台台面8、背光光源9、 X轴导轨IO、 X轴导轨驱动连接杆ll、 Y轴导轨驱动连接杆12、 X轴方向水平仪13，其特征在于，XY模组滑台台面8 与Y轴导轨6、 X轴导轨10相连接，通过Y轴伺服电机或X轴伺服电机驱动XY 模组滑台台面沿Y轴或X轴方向动作，水平涂覆玻璃安装嵌置在XY模组滑台台 面8上。
本实用新型使用时，首先进行XY模组滑台台面8的水平调节。调节可调地 脚螺钉5(见图1)，观察Y轴方向水平仪7和X轴方向水平仪13，使XY模组滑 台台面8在X和Y方向上均处于水平状态。水平调节可通过X和Y轴伺服电机的 手动操作来实现。
图3中，15是Z轴镜头工作距离调节伺服电机、16是减速机及自锁装置、 17是CCD摄像机、18是光学镜头夹持筒状托架、19是减速齿轮组、20是同步皮 带和带轮组、21是S轴光源照射角调节伺服电机、22是W轴光源工作距离调节 装置伺服电机、23是角度调整机构及锥齿轮组、24是减速机及自锁装置、25是 W轴光源工作距离调节丝杠、26是连接支架、27是W轴光源工作距离调节导向 导轨、28是低角度侧光灯、29是高角度侧光灯、30是反射光、31是U轴自动调 焦装置伺服电机、32是V轴工作视场调节装置伺服电机、33是Z轴镜头工作距 离调节导向导轨、34是Z轴镜头工作距离调节丝杠、35是光源组连接拖板、36 是连接垂直支架拖板、37是计算机、38是镜头支架连接拖板、39是光学调焦调 工作视场镜头。
具体实施方式
图3所示，本实用新型的Z轴镜头工作距离调节装置包括Z轴镜头工作距 离调节伺服电机15、减速机及自锁装置16、 CCD摄像机17、 Z轴镜头工作距离 调节导向导轨33、 Z轴镜头工作距离调节丝杠34。其中，Z轴镜头工作距离调节 滑动丝杠34、 Z轴镜头工作距离调节导向导轨33和减速机及自锁装置16由支架 连接，CCD摄像机17安装在滑动丝杠支架连接的镜头支架连接拖板38上，并通过Z轴镜头工作距离调节伺服电机15沿Z相上下滑动，Z轴镜头工作距离调节 滑动丝杠34、 Z轴镜头工作距离调节导向导轨33通过导轨座与轴承座与连接垂 直支架拖板36连接。
所述的U轴自动调焦装置包括光学调焦调工作视场镜头39、同歩皮带和 带轮组20、 IJ轴自动调焦装置伺服电机31，其中，光学调焦调工作视场镜头39 与CCD摄像机17构成光学成像系统与X方向水平调节机构的工作台面2(见图1) 垂直；同步皮带和带轮组20通过紧固螺钉安装在光学调焦调工作视场镜头39的 调焦旋钮外壳上；U轴自动调焦装置伺服电机31安装在拖板上，位于光学调焦 调工作视场镜头39右侧，带轮与伺服电机输出轴上带轮通过同歩皮带连接构成 传动装置。
所述的V轴工作视场调节装置包括光学调焦调工作视场镜头39、减速齿 轮组19及V轴工作视场调节装置伺服电机32;减速齿轮组19通过紧固螺钉安 装在镜头的调视场旋钮外壳上；V轴工作视场调节装置伺服电机32安装在拖板 上，位于光学调焦镜头右侧，伺服电机和调视场旋钮之间通过减速齿轮组构成传 动装置。
所述的W轴光源工作距离调节装置包括低角度侧光灯28、 W轴光源工作距 离调节滑动丝杠25、 W轴光源工作距离调节导向导轨27、 W轴光源工作距离调节 装置伺服电机22。其中，W轴光源工作距离调节丝杠25、 W轴光源工作距离调节 导向导轨27和W轴光源工作距离调节装置伺服电机22由支架连接，低角度侧光 灯28通过伺服电机沿Z相上下滑动，W轴光源工作距离调节装置与光源组连接 拖板35连接。反射光30直接连接在光源组连接拖板35上。
所述的S轴光源照射角调节装置包括高角度侧光灯29、角度调整机构及 锥齿轮组23、 S轴光源照射角调节伺服电机21。其中，角度调整机构和锥齿轮 组23由支架连接。通过伺服电机21改变角度调整机构的支撑夹角，从而改变光 源照射角度。
所述的光源切换装置，包括前景光源(反射光30、低角度侧光灯28和高 角度侧光灯29)、背光光源9 (见图2)，其中，前景光源安装在光学调焦镜头外 壳周围，置于光源组连接拖板上；背景光源安装在工作台面下，位于平板涂覆玻璃的下端；前景光源和背景光源通过位于工作台内置的光源调光板进行切换和光 照强度的调节。
本实用新型使用时，首先进行工作台的水平调节。然后根据测量要求，按照 系统规定的编程指令要求，设定测量目标各测试位置的水平动作位置的X、 Y坐 标、镜头工作距离动作位置的Z坐标、镜头焦距自动调整位置的U坐标、工作视 场调整位置的V坐标、光源工作距离调整位置的W坐标、光源照射角调整位置的 S坐标以及光照强度调整的流明值、光源自动切换要求。本实用新型将根据编制 的程序指令驱动各伺服电机调整各设工作部件位置，并通过调光板调节光照强 度，并自动将测量目标的各待测图像通过光学调焦调工作视场镜头39成像于CCD 摄像机17 (见图3)的芯片上，并转化成数字视频信号。数字视频信号通过图像 采集卡存入计算机37中，并通过计算机进行自动运算和判别，再由人机交互方 式提示用户。
系统也可以根据对测试目标手动拟合的轨迹，智能的学习水平动作位置的X、 Y坐标、镜头工作距离动作位置的Z坐标、镜头焦距自动调整位置的U坐标、工 作视场调整位置的V坐标、光源工作距离调整位置的W坐标、光源照射角调整位 置的S坐标以及光照强度调整的流明值、光源自动切换等功能部件的位置调整 值，并通过计算机终端将自学习结果自动生产测试程序并提示用户保存。
权利要求1、一种数字化自动影像检测仪，包括计算机(37)、平板涂覆玻璃、CCD摄像机(17)、组合光源、垂直支架、水平调节装置、底座、Z轴镜头工作距离调节装置、U轴自动调焦装置、V轴工作视场调节装置、W轴光源工作距离调节装置、S轴光源照射角调节装置、光源切换装置，其特征在于，光源切换装置、平板涂覆玻璃位于水平调节装置上；Z轴镜头工作距离调节装置、U轴自动调焦装置、V轴工作视场调节装置、W轴光源工作距离调节装置、S轴光源照射角调节装置、CCD摄像机和组合光源安装在垂直支架上；CCD摄像机连接到计算机，垂直支架与水平调节装置通过支架连接；水平调节装置安装在底座上。
2、 根据权利要求l所述的数字化自动影像检测仪，其特征是，所述的水平 调节装置，包括X方向水平调节机构的工作台面(2)、可调地脚螺钉(5)、 Y 轴导轨(6)、 Y轴方向水平仪(7)、 XY模组滑台(8)、 X轴导轨(10)、 X方向水 平仪(13)、 X轴导轨驱动连接杆(11)、 Y轴导轨驱动连接杆(12);其中，X方 向水平调节机构的工作台面(2)和XY模组滑台(8)之间由支架连接，Y轴伺 服电机或X轴伺服电机分别通过Y轴导轨驱动连接杆(12)或X轴导轨驱动连接 杆(11)驱动XY模组滑台(8)沿Y轴轨(6)或X轴导轨(10)方向动作；水 平涂覆玻璃安装嵌置在XY模组滑台(8)上；两个水平仪(7、 13)分别嵌置在 工作台X和Y方向上，可调地脚螺钉(5)用于调节X方向水平调节机构的工作 台面(2)水平。
3、 根据权利要求l所述的数字化自动影像检测仪，其特征是，所述的Z轴 镜头工作距离调节装置，包括Z轴镜头工作距离调节伺服电机(15)、 Z轴镜头 工作距离调节丝杠(34)、 Z轴镜头工作距离调节导向导轨(33)、减速机及自锁 装置(16)、 CCD摄像机(17)、镜头支架连接拖板(38);其中，Z轴镜头工作距 离调节丝杠(34)、 Z轴镜头工作距离调节导向导轨(33)和减速机及自锁装置(16)支架连接，CCD摄像机(17)安装Z轴镜头安装拖板(38)上，Z轴镜头 工作距离调节伺服电机(15)通过Z轴镜头工作距离调节丝杠(34)使Z轴镜头 安装拖板(38)沿Z轴镜头工作距离调节导向导轨(33)上下滑动。
4、 根据权利要求1或者3所述的数字化自动影像检测仪，其特征是，CCD 摄像机(17)与X方向水平调节机构的工作台面(2)面垂直。
5、 根据权利要求l所述的数字化自动影像检测仪，其特征是，所述的U轴 自动调焦装置包括光学调焦调工作视场镜头(39)、同步皮带和带轮组(20)、 U轴自动调焦装置伺服电机(31)、镜头支架连接拖板(38):其中，光学调焦调 工作视场镜头(39)与CCD摄像机(17)构成光学成像系统与X方向水平调节机 构的工作台面(2)垂直；同步皮带和带轮组(20)通过紧固螺钉安装在光学调 焦调工作视场镜头(39)的调焦旋钮外壳上；U轴自动调焦装置伺服电机(31) 安装在镜头支架连接拖板(38)上，位于光学调焦调工作视场镜头(39)右侧， U轴自动调焦装置伺服电机(31)通过同步皮带和带轮组(20)构成传动装置调兹^ 、、LHr 口 节f兄AAV;化o
6、 根据权利要求l所述的数字化自动影像检测仪，其特征是，所述的V轴 工作视场调节装置包括光学调焦调工作视场镜头(39)、减速齿轮组(19)及 V轴工作视场调节伺服电机(32)、镜头支架连接拖板(38);减速齿轮组(19) 通过紧固螺钉安装在光学调焦调工作视场镜头(39)的调视场旋钮外壳上；V轴 工作视场调节伺服电机(32)安装在镜头支架连接拖板(38)上，位于光学调焦 调工作视场镜头(39)右侧，V轴工作视场调节装置伺服电机(32)和通过减速 齿轮组(19)构成的传动装置调节工作视场。
7、 根据权利要求l所述的数字化自动影像检测仪，所述的W轴光源工作距 离调节装置包括低角度侧光灯(28)、 W轴光源工作距离调节滑动丝杠(25)、 W轴光源工作距离调节导向导轨(27)、W轴光源工作距离调节装置伺服电机(22)、 减速机及自锁装置(24)、光源组连接拖板(35);其中，W轴光源工作距离调节 滑动丝杠(25)、 W轴光源工作距离调节导向导轨(27)和W轴光源工作距离调 节装覽伺服电机(22)由支架连接，W轴光源工作距离调节装置伺服电机(22) 通过W轴光源工作距离调节滑动丝杠(25)驱动低角度侧光灯(28)沿W轴光源 工作距离调节导向导轨(27)上下滑动，W轴光源工作距离调节装置与光源组连 接拖板(35)连接；反射光(30)直接连接在光源组连接拖板(35)上。
8、 根据权利要求l所述的数字化自动影像检测仪，其特征是，所述的S轴光源照射角调节装置包括高角度侧光灯(29)、角度调整机构及锥齿轮组(23)、 S轴光源照射角调节伺服电机(21)、光源组连接拖板(35);其中，角度调整机 构及锥齿轮组(23)和S轴光源照射角调节伺服电机(21)安装在光源组连接拖 板(35)上；S轴光源照射角调节伺服电机(21)通过角度调整机构及锥齿轮组 (23)改变改变光源照射角度。
9、根据权利要求l所述的数字化自动影像检测仪，其特征是，所述的光源 切换装置，包括反射光(30)、低角度侧光灯(28)和高角度侧光灯(29)、背 光光源(9)、光源组连接拖板(35);其中，反射光(30)、低角度侧光灯(28) 和高角度侧光灯(29)安装在光学调焦镜头外壳周围，置于光源组连接拖板(35) 上；背光光源(9)安装在工作台面下，位于平板涂覆玻璃的下端；反射光(30)、 低角度侧光灯(28)和高角度侧光灯(29)和背光光源(9)通过位于工作台内 置的光源调光板进行切换和光照强度的调节。
专利摘要一种测量技术领域的数字化影像自动检测仪。其中，光源切换装置、平板涂覆玻璃位于水平调节装置上；Z轴镜头工作距离调节装置、U轴自动调焦装置、V轴工作视场调节装置、W轴光源工作距离调节装置、S轴光源照射角调节装置、CCD摄像机和组合光源安装在垂直支架上；CCD摄像机连接到计算机，垂直支架与水平调节装置通过支架连接。本实用新型能够通过7个伺服电机调整测试台面的X、Y坐标、镜头工作距离的Z坐标、镜头焦距的U坐标、工作视场的V坐标、光源工作距离的W坐标、光源照射角的S坐标，并自动适应光照强度的流明值。
文档编号G01B11/00GK201281586SQ20082015080
公开日2009年7月29日 申请日期2008年7月15日 优先权日2008年7月15日
发明者姚晓栋 申请人:上海诚测电子科技发展有限公司