CN102788552B - 一种线性坐标校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种线性坐标校正方法，其包括步骤：在X-Y平台的X方向导轨上设置一个在X方向导轨上可来回移动且镜头垂直向下拍摄的相机；在X-Y平台的载物台上设置圆黑点的点阵，建立与X-Y平台具有共同原点的标准坐标；由相机采用光学中心逼近法测量出每个黑圆点对应在X-Y平台中的机器坐标，建立每个黑圆点的标准坐标与机器坐标之间的对应关系表；对各个黑圆点的标准坐标与对应的机器坐标进行线性拟合，得到X-Y平台中任何一点的机器坐标与标准坐标之间的换算公式；通过上述换算公式换算出对应的标准坐标，实现对机器坐标的校正。本发明通过建立机器坐标与标准坐标之间的换算公式，实现对于X-Y平台的每个机器坐标进行校正，且校正简便。

Description

一种线性坐标校正方法

技术领域

本发明涉及一种线性坐标校正方法，尤其是涉及一种校正线性变化的X-Y平台坐标的方法。

背景技术

随着越来越小的贴片元器件大规模地出现在贴装工艺中，机器的X-Y平台对精度的要求越来越高，只有精度达到了要求，才能实现对元器件的定位和检测。

如图1所示，在载物台上方设置X方向导轨和Y方向导轨，且X方向导轨能够沿着Y方向导轨来回移动；在X方向导轨上设置一个可以在X方向导轨上来回移动的作业机器，由作业机器在载物台上作业。

X方向导轨代表X轴，Y方向导轨代表Y轴。X-Y平台由于构件的比例关系、或是X方向与Y方向之间导轨装配夹角不够精确等原因，导致作业机器的坐标位置(以下称为机器坐标)与载物台上的坐标位置(以下称为标准坐标)之间存在一定的线性偏差。

因此，为了不增加机器成本，需要设计一种在现有的硬件基础上实现对X-Y平台坐标的校正方法，需要以载物台上的坐标为参考对机器坐标进行校正。

发明内容

本发明提出一种校正非线性变化的X-Y平台坐标的方法，以解决目前机器坐标与标准坐标之间存在偏差的技术问题。

本发明采用如下技术方案实现：一种线性坐标校正方法，其包括步骤：

在X-Y平台的X方向导轨上设置一个在X方向导轨上可来回移动且镜头垂直向下拍摄的相机；

在X-Y平台的载物台上设置圆黑点的点阵，建立与X-Y平台具有共同原点的标准坐标；

X-Y平台依据建立的标准坐标进行走位，使黑圆点能被相机拍摄到，然后由相机采用光学中心逼近法测量出每个黑圆点对应在X-Y平台中的机器坐标，建立每个黑圆点的标准坐标与机器坐标之间的对应关系表；

对各个黑圆点的标准坐标与对应的机器坐标进行线性拟合，得到X-Y平台中任何一点的机器坐标与标准坐标之间的换算公式；

在X-Y平台中任意点的机器坐标，通过上述换算公式换算出对应的标准坐标，实现对机器坐标的校正。

其中，在载物台上放置一块透明材质的标定板，并在标定板上建立所述标准坐标。

其中，以标定板上的其中一个圆黑点作为标准坐标和机器坐标的共同原点。

其中，标定板为玻璃或透明树脂材料制成。

其中，所述光学逼近法包括步骤：

选取相机的镜头视野中的一个目标黑圆点作为逼近的目标；

将相机拍摄的图像传入与相机连接的计算机进行处理，求得镜头视野中心和目标黑圆点中心的坐标差；

将坐标差传输给X-Y平台的执行机构，以此获得X-Y平台下次逼近走位的机器坐标；

循环往复上述步骤，直到圆黑点中心与镜头视野中心重合。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过建立机器坐标与标准坐标之间的换算公式，既可以由X-Y平台中的任一点的机器坐标计算出对应的理论坐标，也可以给出任一点的标准坐标换算得到该点的机器位置，由此可以实现对于X-Y平台用线性方式校正方式进行校正，且校正简便。

附图说明

图1是X-Y平台的示意图；

图2是本发明的流程示意图；

图3是在X-Y平台中设置一个相机的示意图；

图4是相机、标定板与载物三者位置关系示意图；

图5是标定板上建立标准坐标的示意图；

图6是相机的镜头视野与标定板上圆黑点之间光学逼近的示意图；

图7是机器坐标中X轴、Y轴存在单轴线性缩放的示意图。

具体实施方式

如图2所示，为了校正作业机器的坐标位置(以下称为机器坐标)与载物台上的坐标位置(以下称为标准坐标)之间存在的偏差，在一个优选实施例中，通过如下步骤实现对机器坐标的校正：

步骤S1、在X-Y平台中作业机器的位置，即在X方向导轨上设置一个可以在X方向导轨上来回移动、且镜头垂直向下拍摄的相机(根据环境光线，可选择配置配合相机工作的光源)，其中，且X方向导轨能够沿着Y方向导轨来回移动，如图3所示。

步骤S2、在载物台上设置便于相机识别的标准坐标。

在一个优选实施例中，在相机可以移动经过的位置下面，即载物台上放置一块的标定板，如图4所示。该标定板由透明材质(比如玻璃、透明树脂材料等)制成，并且在标定板上建立一个标准坐标：首先在标定板上设置多干个便于相机识别的圆黑点，相邻圆黑点之间的距离相等，形成点阵坐标(例如，标定板的尺寸是370mm×270mm，圆黑点的点阵间距是10mm×10mm，点的位置的精度是足够的)；以其中的一个圆黑点作为标定板上标准坐标和机器坐标的公共参考原点，并将X方向导轨、Y方向导轨的点阵行、列分别为X、Y轴，如图5所示。

步骤S3、平台依据建立的标准坐标进行走位，使黑圆点能被相机拍摄到，然后由相机采用光学中心逼近法测量出标定板上每个黑圆点对应的机器坐标，即建立每个黑圆点P所在的标准坐标(x′_P，y′_P)与机器坐标(x_P，y_P)之间的对应关系表： $(x_P,y_P)\⇔({x^{\′}}_P,{y^{\′}}_P).$

用光学中心逼近法测得其他点的标准坐标和机器坐标对，设标定板上任何一个黑圆点的标准坐标是(x′_P，y′_P)，对应的相机所在的位置坐标值为机器坐标是(x_P，y_P)。光学逼近法如图6所示，选取镜头视野中的一个目标黑圆点作为逼近的目标，将相机拍摄的图像传入与相机连接的计算机进行处理，求得镜头视野中心和目标黑圆点中心的坐标差，然后将坐标差传输给X-Y平台的执行机构，以此获得为X-Y平台下次逼近走位的机器坐标，循环往复直到圆黑点中心与镜头视野中心重合。

由此通过光学逼近测出标定板上黑点的位置坐标就可以得到标定板上所有黑圆点的标准坐标(x′_P，y′_P)与相应的机器坐标(x_P，y_P)之间的对应关系表 $(x_P,y_P)\⇔({x^{\′}}_P,{y^{\′}}_P).$

步骤S4、确定标准坐标(x′_P，y′_P)与相应的机器坐标(x_P，y_P)之间的转换公式。

由于X-Y平台存在如下特性：

1、标准坐标的X’轴、Y’轴与相应的机器坐标的X轴、Y轴之间存在单轴线性缩放关系，其缩放系数分别为S_x、S_y，其数学关系是：

$\left\{\begin{array}{c}{x^{\′}}_P=x_P{S}_x\\ {y^{\′}}_P=y_P{S}_y\end{array}\right.---\left(1\right)$

2、X轴不垂直Y轴，设X轴与Y轴之间的夹角是θ_y，X轴与标准坐标系中的X’轴有一个夹角，设为θ_x，如图7所示。

3、X-Y平台其他部分的误差可以忽略。

在图7中，设OA＝x′_P，AP＝y′_P，并且满足以下表达式关系

$\left\{\begin{array}{c}{x}_A=\mathrm{OA}\cos {\mathrm{\θ}}_x={x_P}^{\′}\cos {\mathrm{\θ}}_x\\ y_A=\mathrm{OA}\sin {\mathrm{\θ}}_x={x_P}^{\′}\sin {\mathrm{\θ}}_x\end{array}\right.---\left(2\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_P=x_A+y_P{S}_y\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)\\ y_P=y_A+y_P{S}_y\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)\end{array}\right.---\left(3\right)$

将(1)代入(2)得

$\left\{\begin{array}{c}{x}_A\text{=OAcos}{\mathrm{\θ}}_x=x_P{S}_x\cos {\mathrm{\θ}}_x\\ y_A=\mathrm{OA}\sin {\mathrm{\θ}}_x=x_P{S}_x\sin {\mathrm{\θ}}_x\end{array}\right.---\left(4\right)$

将(1)和(4)代入(3)并整理得

$\left\{\begin{array}{c}{x}_P=S_x\cos {\mathrm{\θ}}_x{x}_P+S_y\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)y_P\\ y_P=S_x\sin {\mathrm{\θ}}_x{x}_P+S_y\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)y_P\end{array}\right.---\left(5\right)$

从(5)式可以得出结论：机器坐标与标准坐标是线性关系；

然后，使用线性拟合方式求取换算公式。

设得到的拟合公式的形式如下式所示：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_P=a_1{x}_P+b_1{y}_P\\ y_P=a_2{x}_P+b_2{y}_P\end{array}\right.---\left(6\right)$

(5)和(6)对比系数可得

$\left\{\begin{array}{c}{a}_1=S_x\cos {\mathrm{\θ}}_x\\ b_1=S_y\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)\\ a_2=S_x\sin {\mathrm{\θ}}_x\\ b_2=S_y\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)\end{array}\right.---\left(7\right)$

从(7)式对其中参数进行求解

$S_x=\sqrt{a_1^2+a_2^2},$ $S_y=\sqrt{b_1^2+b_2^2}$

${\mathrm{\θ}}_x=\arcsin \frac{a_2}{S_x}$

${\mathrm{\θ}}_y\text{=arccos}\frac{b_1}{S_y}-{\mathrm{\θ}}_x=\arccos \frac{b_1}{S_y}-\arcsin \frac{a_2}{S_x}$

由(6)式反求得

$\left\{\begin{array}{c}{x}_P=\frac{b_2}{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{x}_P^{\′\′}-\frac{b_1}{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{y}_P^{\′\′}\\ y_P=-\frac{a_2}{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{x}_P^{\′\′}+\frac{a_1}{a_1{b}_2-a_2{b}_1}{y}_P^{\′\′}\end{array}\right.---\left(8\right)$

设机器坐标和标准坐标的关系如(9)式

$\left\{\begin{array}{c}{x}_P=a_1^{\′}{x}_P^{\′}+b_1^{\′}{y}_P^{\′}\\ y_P=a_2^{\′}{x}_P^{\′}+b_2^{\′}{y}_P^{\′}\end{array}\right.---\left(9\right)$

对比(8)和(9)式得系数

$\left\{\begin{array}{c}{a}_1^{\′}=\frac{b_2}{a_1{b}_2-a_2{b}_1}\\ a_2^{\′}=-\frac{a_2}{a_1{b}_2-a_2{b}_1}\end{array}\right.$ $\left\{\begin{array}{c}{b}_1^{\′}=-\frac{b_1}{a_1{b}_2-a_2{b}_1}\\ b_2^{\′}=\frac{a_1}{a_1{b}_2-a_2{b}_1}\end{array}\right.---\left(10\right)$

联立(7)和(10)得

$\left\{\begin{array}{c}{a}_1^{\′}=\frac{S_y\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}{S_x{S}_y\cos {\mathrm{\θ}}_x\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)-S_x{S}_y\sin {\mathrm{\θ}}_x\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}=\frac{\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}{S_x\sin {\mathrm{\θ}}_y}\\ a_2^{\′}=-\frac{S_x\sin {\mathrm{\θ}}_x}{S_x{S}_y\cos {\mathrm{\θ}}_x\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)-S_x{S}_y\sin {\mathrm{\θ}}_x\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}=-\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_x}{S_y\sin {\mathrm{\θ}}_y}\end{array}\right.---\left(11\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{b}_1^{\′}=-\frac{S_y\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}{S_x{S}_y\cos {\mathrm{\θ}}_x\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)-S_x{S}_y\sin {\mathrm{\θ}}_x\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}=-\frac{\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}{S_x\sin {\mathrm{\θ}}_y}\\ b_2^{\′}=\frac{S_x\cos {\mathrm{\θ}}_x}{S_x{S}_y\cos {\mathrm{\θ}}_x\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)-S_x{S}_y\sin {\mathrm{\θ}}_x\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}=\frac{\cos {\mathrm{\θ}}_x}{S_y\sin {\mathrm{\θ}}_y}\end{array}\right.---\left(12\right)$

将(11)和(12)的系数代入(9)得到机器坐标与标准坐标的转换公式，从而实现对X-Y平台走位的校正。

$\left\{\begin{array}{c}{x}_P=\frac{\sin ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}{S_x\sin {\mathrm{\θ}}_y}{x}_P^{\′}-\frac{\cos ({\mathrm{\θ}}_x+{\mathrm{\θ}}_y)}{S_x\sin {\mathrm{\θ}}_y}{y}_P^{\′}\\ y_P=-\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_x}{S_y\sin {\mathrm{\θ}}_y}{x}_P^{\′}+\frac{\cos {\mathrm{\θ}}_x}{S_y\sin {\mathrm{\θ}}_y}{y}_P^{\′}\end{array}\right.---\left(13\right)$

步骤S5、由X-Y平台中的任意点P的机器坐标(x_P，y_P)，通过上述换算公式(13)可以换算出该点的标准坐标(x′_P，y′_P)，实现对机器坐标的校正。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种线性坐标校正方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

在X-Y平台的X方向导轨上设置一个在X方向导轨上可来回移动且镜头垂直向下拍摄的相机；

在X-Y平台的载物台上设置圆黑点的点阵，建立与X-Y平台具有共同原点的标准坐标；

X-Y平台依据建立的标准坐标进行走位，使黑圆点能被相机拍摄到，然后由相机采用光学中心逼近法测量出每个黑圆点对应在X-Y平台中的机器坐标，建立每个黑圆点的标准坐标与机器坐标之间的对应关系表；

对各个黑圆点的标准坐标与对应的机器坐标进行线性拟合，得到X-Y平台中任何一点的机器坐标与标准坐标之间的换算公式；

在X-Y平台中任意点的机器坐标，通过上述换算公式换算出对应的标准坐标，实现对机器坐标的校正。

2.根据权利要求1所述的一种线性坐标校正方法，其特征在于，在载物台上放置一块透明材质的标定板，并在标定板上建立所述标准坐标。

3.根据权利要求2所述的一种线性坐标校正方法，其特征在于，以标定板上的其中一个圆黑点作为标准坐标和机器坐标的共同原点。

4.根据权利要求2所述的一种线性坐标校正方法，其特征在于，标定板为玻璃或透明树脂材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种线性坐标校正方法，其特征在于，所述光学中心逼近法包括步骤：

选取相机的镜头视野中的一个目标黑圆点作为逼近的目标；

将相机拍摄的图像传入与相机连接的计算机进行处理，求得镜头视野中心和目标黑圆点中心的坐标差；

将坐标差传输给X-Y平台的执行机构，以此获得X-Y平台下次逼近走位的机器坐标；

循环往复上述步骤，直到圆黑点中心与镜头视野中心重合。