摘要：介绍了一个用于自动光学检测方面的光路设计，用一个成像镜头及光源照明系统匹配2个CCD，用于设备的图像采集和观察分析，并分析了光路系统中需要考虑的一些问题及解决办法。该设计可以有效地简化设备结构，并有效地节约设备的总体成本。 自动光学检测(A0I)越来越成为当前热门的一个产业趋势，它主要用光源、镜头及CCD等成像器一件匹配后端的计算机采集及图像处理系统来进行些产品的检查、识别等，此技术可大大地减轻人工目检产品质量的负担，有效地提高检测效率，并反馈到生产中指导生产。在该种设备中，前端的光路设计是一个非常重要的部分，如何合理地进行成像光路设计以及照明光源设计等，不但影响着后端图像采集处理的质量，还会大大影响到设备成本的高低。
一般来说，在自动光学检测(AOI)设备中，要有一个与计算机后端采集处理相关联的成像和照明光路，还有一套与之匹配进行缺陷定位，用于人工观察、检修的成像和照明光路。本文所述的光路结构，用一套镜头及照明光路实现了在2个CCD上的成像，满足了设备的使用要求，并有效地降低了成本。本文所述的系统结构如图1所示，该系统包括 一个高精度的线扫描成像镜头，一块用于析光的平面镜，一个用于线扫描采集图像的大尺寸线阵CCD，一个用于检修的面阵CCD，以及用于照明的光纤线光源和其前端聚光照明的柱面镜。在该光路中，通过下端光纤线光源的照明，高精度的线扫描镜头将采集到的工作台面的线路板图像成像到上端的线阵CCD上，线阵CCD的安装方向必须平行于光路的照明方向。镜头上端的析光平面镜镀一定透反比的膜层，将成像的光线部分透过，部分反射到侧面的监视CCD上成像，从而实现了一个镜头配2个CCD的成像目的。3.1 光路系统中光能的匹配
用于自动光学检测设备图像采集的线阵CCD为光积分器件，其曝光量应控制在一定的范围内，上限为其饱和曝光量Qsat，如果像素单元上的曝光量超过Qsat，则会产生画面过饱和，相反，如果照度过低，低于CCD器件的灵敏度，则物体上一些较暗部位无法测出，一样会产生取像误差，所以要选择功率和光通量合适的光源，来匹配线阵CCD的高速采样，并要有能在一定范围内调节光能的手段。图2所示为光强不足情况下获取的PCB板图像，因某些地方过暗无法清晰识别，则后端无法进行准确的图像处理；图3为正常情况下获取的图像，图像清晰，与背景的区分也比较锐利；图4为光强过度情况下获取的图像，可以看到因曝光过度，图像边缘模糊，某些地方因像素饱和扩散已经相接，产生取像误差，造成后端图像处理的误判。 在一个镜头匹配双CCD的光路中，因共用一个镜头，两个CCD的像距一致，可以在一套机械结
构中同步调整。但面阵CCD是反射光路，DALSA
P2-4X 光路需要透过析光平面镜，因光程不同，在
离焦量上根据析光平面镜的厚度不同会有几毫米的差异，在机械结构的考虑和调整中，必须计算上
这部分差异，使两个CCD都能够调整到最佳成像
位置。 除此之外，图 1所示聚光光源的距离和会聚宽
度可以调整，当均匀会聚宽度减小时，线扫描相机
上的照度会增加，有利于图像采集，当会聚宽度小
于mm时，在屏幕上可看到面阵相机上会呈现出明
显的亮道，有些地方会过饱和，必须加以避免。5 总结
从上面的讨论中可以看出，在AOI系统中，只要解决了分光光路的光强、分光比和镜头的分辨率匹配等问题，线扫描CCD和面阵CCD可以共用一套成像及照明光路，并能够极大地节约成本。
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