一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量系统的制作方法

本发明涉及结构光测量，尤其涉及一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量系统。

背景技术：

1、球栅阵列（ball grid array，简称bga）封装技术为应用在集成电路上的一种表面黏着技术，此技术常用来永久固定如微处理器之类的的装置。bga封装过程中经常出现连锡、假焊、冷焊、气泡、脏污、破裂、偏移、渐锡等问题导致芯片短接无法使用，需要检测设备定期检查和维护，确保其性能和可靠性。光学检测在bga封测领域起着举足轻重的作用，是半导体芯片生产过程中必不可少的环节，通常分布在晶圆检测、颗粒外观缺陷检测、贴片/引线键合检测和塑封外观检测等环节，用户可根据检测结果对芯片进行分选。但由于锡球表面高反光且排布紧密，如何解决bga检测的高反光和阴影问题一直是行业的难点。为解决上述难点，本领域人员亟需开发一种可以消除阴影和高反光影响从而增加有效点云数量的双轴投射结构光三维重建测量方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量系统，包括：主支架（1）、结构光投影仪组（2）和高速工业采集相机（3）；

2、主支架（1）的四周固定安装结构光投影仪支架（11），通过结构光投影仪支架（11）将结构光投影仪组（2）固定在主支架（1）四周外部；主支架的一侧上部固定安装相机支架（12），通过相机支架将高速工业采集相机（3）固定在主支架（1）内部；

3、结构光投影仪组（2）包括四个结构光投影仪，且四个结构光投影仪均沿各自的投影镜头光轴旋转45度后，固定在对应的结构光投影仪支架（11）上；

4、高速工业采集相机（3）固定在主支架（1）内部，下端安装高精度双远心镜头（31），在高精度双远心镜头（31）正下方放置检测物；

5、四个结构光投影仪依次向检测物投射±45度经过编码的结构光光栅条纹，结构光光栅条纹到达检测物后形成双轴相位编码条纹，高速工业采集相机（3）通过高精度双远心镜头（31）拍摄检测物上的双轴相位编码条纹，形成双轴相位编码条纹图像，根据双轴相位编码条纹图像进行结构光三维重建，获得检测物的三维形貌。

6、如上所述的一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量系统，其中，结构光投影仪组（2）中的各个结构光投影仪旋转45度后对检测物进行投射结构光光栅条纹，使其在检测物表面呈现出±45度双轴相位编码条纹图像；其中，结构光投影仪的旋转角度可根据设定为其他旋转角度，并向检测物投射出对应旋转角度的结构光光栅条纹。

7、如上所述的一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量系统，其中，结构光投影仪组（2）包括第一结构光投影仪（21）、第二结构光投影仪（22）、第三结构光投影仪（23）和第四结构光投影仪（24）；在测量时，先根据旋转角度开启第一结构光投影仪（21）向检测物投射结构光光栅条纹，结构光光栅条纹在检测物表面呈现出第一结构光投影仪（21）投射方向的双轴相位编码条纹图像，随后高速工业采集相机（3）通过高精度双远心镜头（31）采集第一幅双轴相位编码条纹图像，之后依次根据旋转角度开启第二结构光投影仪（22）、第三结构光投影仪（23）和第四结构光投影仪（24）向检测物依次投射对应方向的结构光光栅条纹，结构光光栅条纹在检测物表面依次呈现出第二结构光投影仪（22）、第三结构光投影仪（23）和第四结构光投影仪（24）投射方向的双轴相位编码条纹图像，高速工业采集相机（3）通过高精度双远心镜头（31）依次采集第二幅、第三幅和第四幅的双轴相位编码条纹图像。

8、本发明还提供一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量方法，所述方法应用于上述任一项所述的双轴投射结构光三维重建测量系统中，所述双轴投射结构光三维重建测量方法包括：

9、步骤s1、使用四个结构光投影仪依次向检测物表面投射结构光，依次生成四幅全画幅清晰宽度相等且双轴投射成±45度的双轴相位编码条纹图像；

10、步骤s2、使用高速工业采集相机并配合高精度双远心镜头依次采集四幅双轴相位编码条纹图像；

11、步骤s3、根据四幅双轴相位编码条纹图像重建检测物的四幅高度图；

12、步骤s4、根据结构光投影仪组的安装位置与采集到的四幅双轴相位编码条纹图像，取得四幅高度图中有遮挡的噪声区域和无遮挡的真实高度区域并剔除遮挡区域的噪声，取得四幅无遮挡的真实高度区域高度图；

13、步骤s5、将四幅无遮挡的真实高度区域高度图进行融合取得完整准确的一幅高度图，根据高度图取得检测物的点云数据并对检测物进行三维重建。

14、如上所述的一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量方法，其中，使用四个结构光投影仪依次向检测物表面投射结构光，依次生成四幅全画幅清晰宽度相等且双轴投射成±45度的双轴相位编码条纹图像的子步骤如下：

15、根据系统设置使得四个结构光投影仪根据结构光投影仪固定支架固定旋转45度投射结构光光栅条纹并在检测物表面呈现±45度的双轴相位编码条纹图像；

16、通过条纹校正技术校正双轴相位编码条纹使其呈现为全画幅清晰宽度相等且双轴投射成±45度的双轴相位编码条纹。

17、如上所述的一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量方法，其中，使用高速工业采集相机并配合高精度双远心镜头依次采集四幅双轴相位编码条纹图像的子步骤如下：

18、根据高速工业采集相机的与检测物的放置位置计算放置平行偏差值，根据放置平行偏差值取得错误放置设备并调整其位置，使得调整后的高速工业采集相机和检测物处于水平位置；

19、根据高精度双远心镜头的与检测物的放置位置计算放置垂直偏差值，根据放置垂直偏差值取得错误放置设备并调整其位置，使得调整后的高精度双远心镜头和检测物处于垂直位置；

20、使用调整后的高度工业采集相机和高精度双远心镜头依次采集检测物的四个角度方向的四幅双轴相位编码条纹图像。

21、如上所述的一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量方法，其中，根据四幅双轴相位编码条纹图像重建检测物的四幅高度图的子步骤如下：

22、根据四幅双轴相位编码条纹图像计算图像相位值；

23、根据相位编码条纹图像各个点位的相位值计算检测物的高度并重建检测物的四幅高度图。

24、如上所述的一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量方法，其中，根据结构光投影仪组的安装位置与采集到的四幅双轴相位编码条纹图像，取得四幅高度图中有遮挡的噪声区域和无遮挡的真实高度区域并剔除遮挡区域的噪声，取得四幅无遮挡的真实高度区域高度图的子步骤如下：

25、根据各个结构光投影仪的安装位置获取到阴影存在点和高反光存在点并在四幅高度图中进行标注；

26、通过开关阈值法识别四幅高度图中的有遮挡的噪声区域和无遮挡的真实高度区域；

27、根据双轴相位编码条纹图像和高度图中的标注点在对应的四幅高度图中剔除，取得四幅无遮挡的真实高度区域高度图。

28、如上所述的一种单相机多投影的双轴投射结构光三维重建测量方法，其中，将四幅无遮挡的真实高度区域高度图进行融合取得完整准确的一幅高度图，根据高度图取得检测物的点云数据并对检测物进行三维重建的子步骤如下：

29、将四幅无遮挡的真实高度区域高度图进行融合取得完整准确的一幅高度图；

30、根据高度图生成检测物的点云数据；

31、根据检测物的点云数据对检测物进行三维重建。

32、本发明实现的有益效果如下：本发明能够利用单个采集相机和多个结构光投影仪，将各个结构光投影仪固定旋转45度投射结构光并在检测物表面呈现双轴相位编码条纹，采集相机依次采集四幅经过45度旋转的双轴相位编码条纹图像，由于投射方向进行了45度旋转，所以此双轴相位编码条纹图像消除了阴影和高反光的影响，增加了有效点云数量，从而获得了更高完整性的3d点云，提升了系统的测量精度和准确性，从而得到了检测物各个角度完整且准确的测量和检测结果。