高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法及装置

技术领域

本发明涉及薄片平整度检测技术领域，更具体地说，涉及一种高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法及装置。

背景技术

薄片类物体在高分辨率镜头下的都有一个光学特点，就是景深特别小，例如小于0.2mm,而被测物体的平面度或者平整度，都远大于景深；一般在静态情况下，要测试这样的物体，自动调整或者手动调整后，就可以正常测试；但是针对于较大面积的物体测试，采用常规的方式就难以适用了；被测物体焦点也可以通过标准图像的锐度测量来检测,但是只能对焦图像中心点附近位置,不能做到整个FOV都对焦在景深范围内；

以广泛应用于SMT产线上进行印刷使用的钢网为例，钢网的主要功能是将准确数量的锡膏转移到空PCB上的准确位置上，对于MINILED等高精度印刷要求的产品，钢网的平整度尤为重要，因此，对钢网的平整度进行精确的测量很有必要；

然而目前产线上的钢网检测存在以下问题：1.只能通过简单的测量工具进行手动测量；2.成品的钢网不方便使用测量工具测量，操作繁琐，时间长；3.产线上的钢网使用一段时间后，钢网的平整度会产生变化，需要及时跟踪；4.无法预测钢网使用多长时间后平整度会变化；5.钢片因为轧制方向，不同的方向对光源的反射强度相差非常大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法，其中，实现方法如下：

应用检测镜头以及多个光线发射器件，所述光线发射器件呈斜角度发出光线在所述检测镜头的视野范围内形成线段状投影，且多条线段状投影中相邻近的两条线段状投影相交；

标定：

保持所述检测镜头在距离标准平面设定高度位置，记录多个所述光线发射器件发出光线在所述标准平面上形成的标准线段状投影位置以及多标准线段状投影的标准交点位置；

测试：

保持所述检测镜头在距离测试平面一定高度位置，记录两个所述光线发射器件发出光线在所述检测平面上形成的检测线段状投影位置以及两检测线段状投影的检测交点位置，依据检测线段状投影位置和标准投影位置的差值调整检测镜头与测试平面的相对位置；

当所有检测线段状投影位置和标准投影位置的差值以及所有检测交点位置与相应的标准交点位置差值均在设定误差范围内，则完成区域对焦。

本发明所述的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法，其中，所述方法还包括：

将被测物体上的待检测区域，划分为多个子区域，移动检测镜头以及光线发射器件对多个子区域逐一对焦并拍照获取图像。

本发明所述的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法，其中，调整检测镜头与测试平面的相对位置的方法为：

调节检测镜头的高度或调节测试平面的高度。

本发明所述的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法，其中，调节检测镜头的高度或调节测试平面的高度h采用公式：

h＝d*tan(a)*pixel；

其中，d为检测线段状投影位置和标准投影位置的差值，a为光线发射器件发射的光线与垂直方向的夹角，pixel为检测镜头的分辨率比例。

本发明所述的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法，其中，所述调节测试平面的高度采用方法：

在测试平面的四个边角位置设置精密驱动电机，通过调节四个精密驱动电机来精确控制每个位置的上下微动。

本发明所述的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法，其中，多条线段状投影中相邻近的两条线段状投影相垂直。

本发明所述的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法，其中，所述光线发射器件为激光发射器。

一种高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦装置，其中，包括检测镜头以及多个光线发射器件，所述光线发射器件呈斜角度发出光线在所述检测镜头的视野范围内形成线段状投影，且多条线段状投影中相邻近的两条线段状投影相交；所述装置还包括调整检测镜头与测试平面的相对位置的调距机构。

本发明所述的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦装置，其中，所述调距机构包括调节所述检测镜头高度的Z轴模组和/或四个分别对应调节所述测试平面四个边角高度的Z轴单元。

本发明所述的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦装置，其中，所述装置还包括带动所述检测镜头以及多个所述光线发射器件沿X轴以及Y轴移动的XY轴模组。

本发明的有益效果在于：以多个光线发射器件发出光线在检测镜头的视野范围内形成线段状投影位置差值以及线段投影交点位置差值为标准来调整检测镜头与测试平面的相对位置，从而达到快速区域对焦目的，能够快速高效的对平整度进行检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法流程图；

图2是本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法采用两条激光光线垂直投影示意图；

图3是本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法采用三条激光光线垂直投影示意图；

图4是本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法采用四条激光光线垂直投影示意图；

图5是本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法内角度激光示意图；

图6是本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法外角度激光示意图；

图7是本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法根据不同景深需要Z轴方向做细微调整示意图；

图8是本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦装置结构示意图；

图9是发明实际测试线与标准线平行示意图；

图10是发明实际测试线与标准线存在夹角示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明较佳实施例的高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦方法，如图1所示，实现方法如下：

应用检测镜头以及多个光线发射器件，光线发射器件呈斜角度发出光线在检测镜头的视野范围内形成线段状投影，且多条线段状投影中相邻近的两条线段状投影相交；

S01:标定：

保持检测镜头在距离标准平面(比如采用00级平面等，没有平整度问题)设定高度位置，记录多个光线发射器件发出光线在标准平面上形成的标准线段状投影位置以及多标准线段状投影的标准交点位置；

S02:测试：

保持检测镜头在距离测试平面一定高度位置，记录两个光线发射器件发出光线在检测平面上形成的检测线段状投影位置以及两检测线段状投影的检测交点位置，依据检测线段状投影位置和标准投影位置的差值调整检测镜头与测试平面的相对位置；

当所有检测线段状投影位置和标准投影位置的差值以及所有检测交点位置与相应的标准交点位置差值均在设定误差范围内，则完成区域对焦；

以多个光线发射器件发出光线在检测镜头的视野范围内形成线段状投影位置差值以及线段投影交点位置差值为标准来调整检测镜头与测试平面的相对位置，从而达到快速区域对焦目的，能够快速高效的对平整度进行检测。

需要说明的是，本申请中的一定高度位置是指检测镜头在距离测试平面任意可以在检测镜头的视野范围内形成线段状投影；

优选的，方法还包括：

S03:重复第二步至完成整个平面检测；

将被测物体上的待检测区域，划分为多个子区域，移动检测镜头以及光线发射器件对多个子区域逐一对焦并拍照获取图像；

当执行完第一步的标准设定后，随即可以进行第二步的区域对焦检测，每检测完一个区域则横移至相邻的下一个区域重复第二步的区域对焦检测动作，在重复进行检测时，第二步中的“一定高度位置”较佳的采用横移过去时检测镜头所在的高度位置，当然，根据需要也可以在检测镜头横移过去后再进行纵向高度的调节形成“一定高度位置”，两种方式根据实际需要确定，均属于本申请保护范畴；

优选的，光线发射器件为激光发射器，采用激光的方式，其一是针对于类似钢网这样因为钢片的轧制方向对光线的反射强度存在非常大的区别的产品，可以保障有足够的光线强度，保障光线投影清晰度，其二是光线更加集中且更加笔直，保障调整精度。

在镜头的视野范围内，增加多个斜角度激光线条投影，实验表明，如果是整个平面不平整度检测需要多个位置校正，采用单个激光点结构在检测使用中效果不够好，无法实现校正整个平面的平整度，采用两条激光线呈十字交叉的方式是最经济的一种激光方式，如图2所示，当然还可以采用如图图3所示的三条垂直方式，以及如图4所示的四条垂直方式，而如果采用四条激光，则非常容易解决整个FOV内的不平整。

激光的发生的布局，角度激光可以是外角度，也可以是内角度。如图5所示，内角度的优点是头部空间非常小，但是容易与头部其他结构(比如角度光源)干涉。如图6所示，外角度的优点是与现有的其他结构不干涉，缺点是结构会比较大。

优选的，调整检测镜头与测试平面的相对位置的方法为：

调节检测镜头的高度或调节测试平面的高度，调节检测镜头的高度或调节测试平面的高度h采用公式：

h＝d*tan(a)*pixel；

其中，d为检测线段状投影位置和标准投影位置的差值，a为光线发射器件发射的光线与垂直方向的夹角，pixel为检测镜头的分辨率比例。

优选的，调节测试平面的高度采用方法：

在测试平面的四个边角位置设置精密驱动电机，通过调节四个精密驱动电机来精确控制每个位置的上下微动，精密驱动电机来调节测试平面的四个边角的上下微动可以通过现有的凸轮驱动形式，也可以采用现有的连杆驱动形式；当然也可以替换成现有的其他形式，例如气缸等气动调节方式等等；

激光发生器可以随检测镜头XY平面移动；在Z方向，激光发生器可以固定(通过调整测试平面的方式)，也可以跟随检测镜头Z方向上升下降(通过调整测试镜头的方式)。

如图7所示，弧形线条表示平整度曲线，方框表示需要拍照的焦点高度位置；

一种高分辨率镜头下测试薄片平整度的实时对焦装置，如图8所示，包括检测镜头1以及多个光线发射器件2，光线发射器件2呈斜角度发出光线在检测镜头1的视野范围内形成线段状投影，且多条线段状投影中相邻近的两条线段状投影相交；装置还包括调整检测镜头与测试平面4的相对位置的调距机构；获取两个以上的光线发射器件2投影出的相交光线投影在标准平面的标准数据，在进行检测时，通过调距机构来调节位置使得各光线投影尽量以及投影交点尽量贴紧标准数据，当调节到位置误差在可接收范围内时，则可以认定被测平面在测试镜头的焦点景深范围内；

需要说明的是，调节时可以采用如上述的精确计算的方式，也可以是人工手动进行操作调节的方式(人工肉眼观测线段投影以及投影交点位置并据此调节镜头高度和/或测试平面)，当然依靠本装置进行人工手动调节的效率也要远高于现有的测试方式。

优选的，调距机构包括调节检测镜头高度的Z轴模组3和/或四个分别对应调节测试平面四个边角高度的Z轴单元；

即可以通过Z轴模组3来带动检测镜头在Z向移动以调节距离，也可以通过四个Z轴单元来调节检测平面的边角上下微动来调节距离，还可以兼容两者的方式；Z轴单元可以采用电机搭配凸轮机构、连杆机构、丝杆机构等等现有方式来实现调节，还可以采用气缸等方式，该种常规变换均属于本申请保护范畴。

装置还包括带动检测镜头1以及多个光线发射器件2沿X轴以及Y轴移动的XY轴模组；便于进行多个分区逐一进行检测；XY轴模组采用现有的设备即可。

四个边角位置与Z轴的校对关系：

先确定镜头焦点的位置，在焦点位置确定后，用多个激光发生器分别打出激光线，通过中心拟合得到一个横向或垂直(与激光器的方位相关)的理论直线，并记录下直线的坐标关系；此处如果激光发生器有两个，则是两条理论直线和一个交点，如果激光发生器有四个，则是四条理论直线和四个交点，相邻的两个理论直线的交点要验证直角关系，以保证被测平面与镜头的光学中心是垂直的；

若实际测试线和与其对应的标定线处于平行的情况下，则只需要进行进行Z轴的调节进行对焦即可；

如图9所示，若实际测试线出现虚焦、线条变粗、相邻的实际测试线交点不在理论位置等情况中一种或多种时，则需要分析实际测试线交点与理论测试位置的中心的坐标差值(dx,dy),来决定调整的参数：

a.如果dx＝dy,则仅需要调整Z轴的高度，就可以让测试交点与理论交点重叠；

b.如果dx！＝dy,如图10所示中右侧投影，可以看到黑色的被测位置与绿色的理论位置之间有夹角，这个时候，只调整Z是无法满足被测平面与理论平面平行的。则需要根据dx,dy的差值来调整支撑脚。让实际平面与理论平面平行，然后再调整Z轴；

同理，如果被测线与理论线之间存在仿形失真，则根据直线之间的夹角，以及dx,dy的值来计算各个支点的变化值，直至测试直线与理论直线平行；

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。