CN107607064B - 基于点云信息的led荧光粉胶涂覆平整度检测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测***及方法。该方法包括如下步骤：1）对激光测距***进行标定2）激光测距***高速移动激光扫描待测芯片，并最终返回包括芯片在内的测量范围内的点距离数据集；3）可获得待检LED芯片的完整密集点云数据；4）对目标待检LED芯片点云数据集进行位姿矫正；5）对芯片上每一小块LED荧光粉胶涂覆区域进行分割单独分析；6）以厚度一致性、点间连接紧密性和形状吻合度为基准，判断其涂覆平整度达标与否。本发明及***能较好地避免旋转、平移、缩放等引起的快速检测误差，对涂覆平整度的快速检测有较好的稳定性和准确性。

Description

基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测***及方法

技术领域

本发明涉及荧光粉胶涂层检测技术，具体涉及基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测***及方法。

背景技术

现市面上大多LED光源都经传统点胶工艺生产线产出，但存在荧光粉胶涂层厚度不均和硅树脂受热易变浑浊两大问题，导致LED光效低、空间均匀性差、寿命短。现大部分LED光源的质量快速检测都在封装完成后通过观察其光斑完成，耗费人力，且效率低、准确度不高，导致LED成品率低下。许多国外先进的白光LED厂家已有成熟的平面涂层封装生产线，而我国此类生产线还处于空白阶段，因此，研制基于LED自适应平面涂覆工艺的LED光源生产线对中国LED产业具有重大意义。

发明内容

本发明的目的就是解决上述难题，提供一种基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测方法，较好地避免旋转、平移、缩放等引起的快速检测误差，对涂覆平整度的快速检测有较好的稳定性和准确性。

本发明的另一目的在于提供一种基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测***。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到。

一种基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测方法，所述方法包括以下步骤：

S1、对激光测距***进行标定，以调整点激光发生器的最后安装角度；

S2、将涂覆后的待检LED芯片送到该***的载物平台上，激光测距***高速移动激光扫描芯片，并最终返回包括芯片在内的测量范围内的点距离数据集；

S3、点距离数据集送到涂覆平整度分析***中被反算成世界坐标系下的点三维坐标数据集；

S4、计算目标待检LED芯片位姿与理想待检LED芯片位姿的旋转平移偏量，对目标待检LED芯片点云数据集进行位姿矫正；

S5、阈值分割即可获得待检LED芯片的完整密集点云数据，对芯片上每一小块LED荧光粉胶涂覆区域进行分割单独分析；

S6、根据涂覆过程后已知的芯片LED形状类型，对芯片上每一小块LED荧光粉胶涂覆区域单独分析，以厚度一致性、点间连接紧密性和形状吻合度为基准，判断其涂覆平整度达标与否。

作为一种优选方案，步骤S1所述标定区别于机器视觉领域的相机标定，目标是为了让激光发射方向尽可能垂直于工作平台。

作为一种优选方案，步骤S1所述标定可理解为：

像素边缘在逐渐输出的过程中产生的误差会成为CCD高精度的障碍，因此这里使用精度更高、速度更快、灵敏度更高的Li-CCD；

目标物测量原理采用的是三角测量法；

在Li-CCD上，反射光位置随着目标物位置的变化而移动，通过快速检测这种变化来测量目标物的距离量；

激光测距***的标定，是指调整激光的安装角度，使激光在未放置任何物体的载物平台上扫描若干定位点，返回的距离值之间的差距能控制在逼近于0的误差阈值δ内。

作为一种优选方案，步骤S2所述激光扫描是将涂覆后的待检LED芯片置于载物平台上，激光测距***控制激光高速移动，为减少往返路程所花费的资源，按“Z”字走法对包括芯片在内的测量范围内空间进行测距。

作为一种优选方案，步骤S3所述对待检LED芯片完整点云的提取，具体为：

经标定后，激光发射方向与载物平台垂直，故以载物平台为Z_w＝0平面，在坐标转换模块中建立世界坐标系(参考坐标系)O_wX_wY_wZ_w；

根据激光点测量所得距离以及电机控制测量仪到达该点所需脉冲数量，求算出该点对应的三维世界坐标(X_wi,Y_wi,Z_wi)；

对测量范围内所有测量点进行完整换算后，建立包含该目标待检LED芯片的完整点云。

作为一种优选方案，步骤S4所述对目标待检LED芯片点云数据集进行位姿矫正，具体为：

先根据芯片完整点云(包括底板部分)，找到投影到Z_w＝0平面上矩形面的四个角点坐标；

与理想芯片提取的对应四个角点坐标进行关系运算，以确定目标芯片在[0,180°)范围内的旋转矩阵R以及平移矩阵T(重点在于平整度的快速检测，因此不需要[0,360°)的计算范围，到180°就好，并不影响平整度的后续计算判断)；

根据上述所求两个矩阵R和T，对芯片完整点云进行坐标变换，以把旋转平移偏量校正回来，也等于对目标LED区域进行旋转平移校正(位姿校正)；

作为一种优选方案，步骤S5对LED涂覆区域的分割具体为：

数据库中已有待检LED芯片在涂覆前，纯底板的厚度h，该厚度数据对应世界坐标系中Z_w轴上的Z_w0；

经Z_w>Z_w0判断后可对一块块LED涂覆区域进行分割，这样就可对每一块LED涂覆区域单独分析；

经过之前的旋转平移校正，现对每一块LED小区域的点进行重排序保存(以x轴为行，以y轴为列，按“先行后列”的顺序排)。

作为一种优选方案，步骤S6以厚度一致性、点间连接紧密性和形状吻合度为基准，判断该待检LED芯片的LED荧光粉胶涂覆平整度达标与否，具体为：

如果是圆形涂覆效果，其快速检测具体如下：

a)将每一块圆形LED涂覆区域点云投影到Z_w＝0平面上，计算它们的圆形度，以此判断形状的吻合度；

b)考虑点云中可能存在的数据缺失现象(如对应坐标位上没有点数据)，在空数据坐标位上补0(Z_w坐标为0的意思)；

c)设Z_w(i,j)代表(X_w,Y_w)＝(i,j)处点对应的Z_w轴坐标(代表着高度信息)，Δh_w代表每一块LED涂覆区域的点高度差值之和，则高度一致性计算公式如下：

其中的n代表每一圆形区域占的行列数，j₀表示第一行，j_n-1表示最后一行，i₀(j)表示第j行对应的第一列坐标，i_n(j)-1表示第j行对应的最后一列坐标；

d)点间连接紧密性与高度一致性的计算相似，不同点在于后者只计算高度差，前者计算点间距离值，设P＝(i,j,Z_w(i,j))，以Δd_w为紧密性计算代表量，公式如下：

如果是矩形或正方形涂覆效果，其快速检测具体如下：

a)通过计算最小包络矩，以判断形状的吻合度；

b)高度一致性计算公式如下：

c)紧密性计算代表量，公式如下：

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到。

一种基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测***，所属***包括：

激光测距***，用于计算测量范围内每个点到该子***的物理距离值，包括：

1)运动控制模块，用于控制该子***的硬件设备高速运动测距；

2)激光测距模块，用于测量该位置下，激光点到该子***的物理距离值；

3)数据保存模块，用于保存测量范围内所有点的物理距离值。

荧光粉胶涂覆平整度分析***，用于判断待检LED芯片的涂覆平整度，包括：

1)坐标转换模块，用于将物理距离值换算成三维世界坐标值；

2)区域分割模块，将待检LED芯片完整点云区域中的LED荧光粉胶涂覆区域分割出来，并分割成一块块可供单独处理的区域；

3)平整度分析模块，用于计算每一块荧光粉胶涂覆区域的三个计算基准，并作平整度优劣判断。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明的一种基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测***及方法基于激光高速移动测距建立的三维点云坐标集，对现场工作平台上的待检LED芯片进行荧光粉胶涂覆平整度的快速检测，着重利用规则进行快速检测，能较好地避免旋转、平移、缩放等引起的快速检测误差，对涂覆平整度的快速检测有较好的稳定性和准确性。

附图说明

图1为本发明实施例的待检LED芯片LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测方法的流程示意图。

图2为本发明实施例的待检LED芯片LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测***的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

如图1所示，本实施例的一种基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测方法包括以下步骤：

S1、对激光测距***(可由运动控制模块、激光测距模块和数据保存模块组成)进行标定，以调整点激光发生器的最后安装角度；

S2、将涂覆后的待检LED芯片送到该***的载物平台上，激光测距***高速移动激光扫描芯片，并最终返回包括芯片在内的测量范围内的点距离数据集；

S3、点距离数据集送到涂覆平整度分析***中被反算成世界坐标系下的点三维坐标数据集；

S4、计算目标待检LED芯片位姿与理想待检LED芯片位姿的旋转平移偏量，对目标待检LED芯片点云数据集进行位姿矫正；

S5、阈值分割即可获得待检LED芯片的完整密集点云数据，对芯片上每一小块LED荧光粉胶涂覆区域进行分割；

S6、根据涂覆过程后已知的芯片LED形状类型，对芯片上每一小块LED荧光粉胶涂覆区域单独分析，以厚度一致性、点间连接紧密性和形状吻合度为基准，判断其涂覆平整度达标与否。

步骤S1所述标定区别于机器视觉领域的相机标定，目标是为了让激光发射方向尽可能垂直于工作平台。

步骤S1所述标定可理解为：

1)像素边缘在逐渐输出的过程中产生的误差会成为CCD高精度的障碍，因此这里使用精度更高、速度更快、灵敏度更高的Li-CCD；

2)目标物测量原理采用的是三角测量法；

3)在Li-CCD上，反射光位置随着目标物位置的变化而移动，通过快速检测这种变化来测量目标物的距离量；

4)激光测距***的标定，是指调整激光的安装角度，使激光在未放置任何物体的载物平台上扫描若干定位点，返回的距离值之间的差距能控制在逼近于0的误差阈值δ内。

步骤S2所述激光扫描是将涂覆后的待检LED芯片置于载物平台上，激光测距***控制激光高速移动，为减少往返路程所花费的资源，按“Z”字走法对包括芯片在内的测量范围内空间进行测距。

步骤S3所述对待检LED芯片完整点云的提取，具体为：

1)经标定后，激光发射方向与载物平台垂直，故以载物平台为Z_w＝0平面，在坐标转换模块中建立世界坐标系(参考坐标系)O_wX_wY_wZ_w；

2)根据激光点测量所得距离以及电机控制测量仪到达该点所需脉冲数量，求算出该点对应的三维世界坐标(X_wi,Y_wi,Z_wi)；

3)对测量范围内所有测量点进行完整换算后，建立包含该目标待检LED芯片的完整点云。

步骤S4所述对目标待检LED芯片点云数据集进行位姿矫正，具体为：

1)先根据芯片完整点云(包括底板部分)，找到投影到Z_w＝0平面上矩形面的四个角点坐标；

2)与理想芯片提取的对应四个角点坐标进行关系运算，以确定目标芯片在[0,180°)范围内的旋转矩阵R以及平移矩阵T；

3)根据上述所求两个矩阵R和T，对芯片完整点云进行坐标变换，以把旋转平移偏量校正回来，也等于对目标LED区域进行旋转平移校正(位姿校正)；

4)我们的工作重心在于平整度的快速检测，因此不需要[0,360°)的计算范围，到180°就好，并不影响平整度的后续计算判断。

步骤S5对LED涂覆区域的分割具体为：

1)数据库中已有待检LED芯片在涂覆前，纯底板的厚度h，该厚度数据对应世界坐标系中Z_w轴上的Z_w0；

2)经Z_w>Z_w0判断后可对一块块LED涂覆区域进行分割，这样就可对每一块LED涂覆区域单独分析；

3)经过之前的旋转平移校正，现对每一块LED小区域的点进行重排序保存(以x轴为行，以y轴为列，按“先行后列”的顺序排)。

步骤S6以厚度一致性、点间连接紧密性和形状吻合度为基准，判断该待检LED芯片的LED荧光粉胶涂覆平整度达标与否，具体为：

如果是圆形涂覆效果，其快速检测具体如下：

a)将每一块圆形LED涂覆区域点云投影到Z_w＝0平面上，计算它们的圆形度，以此判断形状的吻合度；

b)考虑点云中可能存在的数据缺失现象(如对应坐标位上没有点数据)，在空数据坐标位上补0(Z_w坐标为0的意思)；

c)设Z_w(i,j)代表(X_w,Y_w)＝(i,j)处点对应的Z_w轴坐标(代表着高度信息)，Δh_w代表每一块LED涂覆区域的点高度差值之和，则高度一致性计算公式如下：

其中的n代表每一圆形区域占的行列数，j₀表示第一行，j_n-1表示最后一行，i₀(j)表示第j行对应的第一列坐标，i_n(j)-1表示第j行对应的最后一列坐标；

d)点间连接紧密性与高度一致性的计算相似，不同点在于后者只计算高度差，前者计算点间距离值，设P＝(i,j,Z_w(i,j))，以Δd_w为紧密性计算代表量，公式如下：

如果是矩形或正方形涂覆效果，其快速检测具体如下：

a)通过计算最小包络矩，以判断形状的吻合度；

b)高度一致性计算公式如下：

c)紧密性计算代表量，公式如下：

如图2所示，本实施例的一种基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测***包括激光测距子***(包含激光测距模块、运动控制模块和数据保存模块)、荧光粉胶涂覆平整度分析***(包含坐标转换模块、区域分割模块和平整度分析模块)，其中：

激光测距***，用于计算测量范围内每个点到该子***的物理距离值，包括：

1)运动控制模块，用于控制该子***的硬件设备高速运动测距；

2)激光测距模块，用于测量该位置下，激光点到该子***的物理距离值；

3)数据保存模块，用于保存测量范围内所有点的物理距离值。

荧光粉胶涂覆平整度分析***，用于判断待检LED芯片的涂覆平整度，包括：

1)坐标转换模块，用于将物理距离值换算成三维世界坐标值；

2)区域分割模块，将待检LED芯片完整点云区域中的LED荧光粉胶涂覆区域分割出来，并分割成一块块可供单独处理的区域；

3)平整度分析模块，用于计算每一块荧光粉胶涂覆区域的三个计算基准，并作平整度优劣判断。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM、磁盘或光盘等。

综上所述，本发明的一种基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测***及方法基于激光高速移动测距建立的三维点云坐标集，对现场工作平台上的待检LED芯片进行荧光粉胶涂覆平整度的快速检测，着重利用规则进行快速检测，能较好地避免旋转、平移、缩放等引起的快速检测误差，对涂覆平整度的快速检测有较好的稳定性和准确性。

以上所述仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (8)

1.基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测方法，其包括以下步骤：

S1对激光测距***进行标定，以调整点激光发生器的最后安装角度，让激光发射方向尽可能垂直于工作平台；

S2将涂覆后的待检LED芯片送到载物平台上，激光测距***高速移动激光扫描芯片，并最终返回包括芯片在内的测量范围内的点距离数据集；

S3点距离数据集送到涂覆平整度分析***中被反算成世界坐标系下的点三维坐标数据集；

S4计算目标待检LED芯片位姿与理想待检LED芯片位姿的旋转平移偏量，对目标待检LED芯片点云数据集进行位姿矫正；

S5进行阈值分割以获得待检LED芯片的完整密集点云数据，对芯片上每一块LED荧光粉胶涂覆区域进行分割；

S6根据涂覆过程后已知的芯片LED形状类型，对每一小块LED荧光粉胶涂覆区域单独分析，以厚度一致性、点间连接紧密性和形状吻合度为基准，判断其涂覆平整度达标与否。

2.根据权利要求1所述的基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括：采用Li-CCD，在Li-CCD上，反射光位置随着目标物位置的变化而移动，通过检测这种变化来测量目标物的距离量；激光测距***的标定，是指调整激光的安装角度，使激光在未放置任何物体的载物平台上扫描若干定位点，返回的距离值之间的差距能控制在逼近于0的误差阈值δ内。

3.根据权利要求1所述的基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

将经LED荧光粉胶涂覆后的目标待检LED芯片置于载物平台上，激光测距***控制激光高速移动，按Z字形走法对包括芯片在内的测量范围内空间进行测距。

4.根据权利要求1所述的基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S3.1经标定后，激光发射方向与载物平台垂直，故以载物平台即Z_w＝0平面，在坐标转换模块中建立世界坐标系即参考坐标系O_wX_wY_wZ_w；

S3.2根据激光点测量所得距离以及电机控制测量仪到达测量点所需脉冲数量，求算出测量点对应的三维世界坐标(X_wi,Y_wi,Z_wi)；

S3.3对测量范围内所有测量点进行完整换算后，建立包含该目标待检LED芯片及底板的完整点云。

5.根据权利要求1所述的基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S4.1先根据芯片完整点云，找到投影到Z_w＝0平面上矩形面的四个角点坐标；

S4.2与理想芯片提取的对应四个角点坐标进行关系运算，以确定目标芯片在[0,180°)范围内的旋转矩阵R以及平移矩阵T；

S4.3根据上述所求两个矩阵R和T，对芯片完整点云进行坐标变换，以把旋转平移偏量校正回来，也等于对目标LED区域进行旋转平移校正即位姿校正。

6.根据权利要求1所述的基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S5.1数据库中已有待检LED芯片在涂覆前，纯底板的厚度h，该厚度数据对应世界坐标系中Z_w轴上的Z_w0；

S5.2经Z_w＞Z_w0判断后可对一块LED荧光粉胶涂覆区域进行分割，进而对每一小块LED涂覆区域单独分析；

S5.3经过之前的旋转平移校正，现对每一小块LED荧光粉胶涂覆区域的点进行重排序保存，即以x轴为行，以y轴为列，按“先行后列”的顺序排。

7.根据权利要求1所述的基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度检测方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

S6.1如果是圆形涂覆效果，其快速检测具体如下：

将每一块圆形LED涂覆区域点云投影到Z_w＝0平面上，计算它们的圆形度，以此判断形状的吻合度；

考虑点云中可能存在的数据缺失现象，数据缺失包括对应坐标位上没有点数据的情况，在空数据坐标位上补0，即Z_w坐标为0的意思；Z_w轴坐标代表着高度信息，设Z_w(i,j)代表(X_w,Y_w)＝(i,j)处点对应的Z_w轴坐标，(i,j)为坐标点，Δh_w代表每一小块LED荧光粉胶涂覆区域的点高度差值之和，则高度一致性计算公式如下：

其中的n代表每一圆形区域占的行列数，j₀表示第一行，j_n-1表示最后一行，i₀(j)表示第j行对应的第一列坐标，i_n(j)-1表示第j行对应的最后一列坐标；

点间连接紧密性与高度一致性的计算相似，不同点在于后者只计算高度差，前者计算点间距离值，设P＝(i,j,Z_w(i,j))为落在(X_w,Y_w)＝(i,j)处测量点对应的世界坐标，以Δd_w为紧密性计算代表量，公式如下：

S6.2如果是矩形或正方形涂覆效果，其快速检测具体如下：

通过计算最小包络矩，以判断形状的吻合度；

高度一致性计算公式如下：

其中

表示每个测量点要和以它为中心的九宫格范围内所有点进行比对；

紧密性计算代表量，公式如下：

其中

表示每个测量点要和以它为中心的九宫格范围内所有点进行比对。

8.一种用于实现权利要求1～7任一项所述检测方法的基于点云信息的LED荧光粉胶涂覆平整度快速检测***，其特征在于包括：

激光测距***，用于计算测量范围内每个点到该激光测距***的物理距离值，包括：

1)运动控制模块，用于控制激光测距***的硬件设备高速运动测距；

2)激光测距模块，用于测量目标物所在位置下，激光点到激光测距***的物理距离值；

3)数据保存模块，用于保存测量范围内所有点的物理距离值；

荧光粉胶涂覆平整度分析***，用于判断待检LED芯片的涂覆平整度，包括：

1)坐标转换模块，用于将物理距离值换算成三维世界坐标值；

2)区域分割模块，将待检LED芯片完整点云区域中的LED荧光粉胶涂覆区域分割出来，并分割成一块块可供单独处理的区域；

3)平整度分析模块，用于计算每一块荧光粉胶涂覆区域的三个计算基准，并作平整度优劣判断。

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