CN102974964B - 一种利用mark点定位功能固定PCB板的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用mark点定位功能固定PCB板的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)首先在做程序时，用相机获取参考PCB板上的两个Mark点的图像；2)焊接时，用相机获取检测PCB板上的两个与编程时选取的两个Mark点位置匹配的Mark点的图像；3)将步骤1)和步骤2)中所截取的两组Mark点进行比较，不偏移说明板位正常，如果存在偏移，则对PCB板进行补偿。采取本发明方法不会受PCB板的大小、高度和偏移等因素而影响焊接精度，同时能够减少焊接时间，提高焊接速度。
Description
技术领域
本发明涉及自动焊锡机器人技术领域，特别是关于一种在自动焊锡机器人中加入PCB板Mark点辅助定位功能的方法，使得在进行PCB焊锡作业时，能有效提高同一批次不同PCB板的焊点的定位精度。
背景技术
自动焊锡机器人是当前国内各大工厂企业广泛应用的一款自动化系统，它具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点，焊接质量明显优于人工焊接，大大提高了焊接作业的生产效率。它的出现将大大降低生产成本，将人工工作转化为机器自动操作。用户还可以根据焊接工艺的不同，调节机器人的各项参数，使焊接效果更好。
由于自动焊锡机器人在完成编程工作后，该程序文件会被多次使用，用于同一批次多块PCB板的焊锡。因此在进行焊锡时，PCB板固定的精确度对自动焊接机器人的焊盘定位有很大影响，并进而影响焊接的质量。
当前国内各型号的自动焊锡机器人都是通过固定的夹具或轨道来固定PCB板。在每次固定PCB板时，都是由现场作业人员人工将PCB板调整、固定到相同的位置，然而由于作业人员的熟练程度、力量等的差异以及PCB板大小、厚度的不同，在进行PCB装夹固定时，会导致PCB存在不同的变形或旋转，从而导致同一程序文件对应的一系列PCB板的位置存在偏差，进而导致焊锡效果变差甚至无法进行焊锡，并最终影响自动焊锡机器人的实用性和作业效率。
发明内容
因此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用mark点定位功能固定PCB板的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种利用mark点定位功能固定PCB板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）首先在编程时，用相机获取参考PCB板上的两个Mark点的图像；
2）检测时，用相机获取检测PCB板上的两个与编程时选取的两个Mark点位置匹配的Mark点的图像；
3）将步骤1）和步骤2）中所截取的两组Mark点进行比较，不偏移说明板位正常，如果存在偏移，则对PCB板进行补偿，补偿算法如下：设
M1：编程时第一Mark点的位置；M1’：检测时第一Mark点的位置；
M2：编程时第二Mark点的位置；M2’：检测时第二Mark点的位置；
α角：编程时两个MARK点连线与X轴正方向的夹角；
β角：检测时两个MARK点连线与X轴正方向的夹角；
A1：编程中的一个焊点位置；
A2：检测时该焊点的水平、垂直偏移的位置；
A3：检测时该焊点的水平、垂直、旋转偏移的位置；
γ角：相机旋转角度；
则校正焊点A1的水平、垂直、旋转偏移步骤如下：
①由图像匹配算法得出M1’相对于M1的偏移量（RX1，RY1）：
RX1=XM1’-XM1
RY1=YM1’-YM1
②补偿相机的旋转偏移量：
设ε是以虚拟空间上的一个点为原点，XY方向的偏移量分别为△X1、△Y1的一个虚拟点的极值坐标夹角，则：
△X1=RX1×Cosγ+RY1×Sinγ
△Y1=RY1×Cosγ-RX1×Sinγ
③补偿焊点A1的水平、垂直偏移，即A2点的坐标：
XA2=XA1+△X1
YA2=YA1+△Y1
④求出补偿焊点A2的旋转偏移：
ⅰ）计算PCB板的旋转角度：
α=atan[(XM2–XM1)/(YM2–YM1)]
β=atan[(XM2’–XM1’)/(YM2’–YM1’)]
φ=β–α；
ⅱ）假设A2与M1’之间连线与X正方向夹角为θ，A2与M1’之间的直线距离为R，则以M1’为原点A2的极值坐标表达式（RCosθ，RSinθ）,将A2旋转φ角度得出公式：
OXA2=RCos(θ+φ)
=RCosθ×Cosφ–RSinθ×Sinφ
OYA2=RSin(θ+φ)
=RSinθ×Cosφ+RCosθ×Sinφ
⑤求出A3补偿后机器物理坐标：
CX：表示相机光心到焊嘴中心的X方向距离（通过系统标定过程获取，属于系统安装参数）；
CY：表示相机光心到焊嘴中心的Y方向距离（通过系统标定过程获取，属于系统安装参数）；则
XA3=XM1’+CX+OXA2
YA3=YM1’+CY+OYA2
即为补偿后焊点的位置。
步骤1）、2）中，拍摄的两个Mark点都为在板面同一对角线上的两个点。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、不会受PCB板的大小、高度和偏移等因素而影响焊接精度。2、能够减少焊接时间，提高焊接速度。
附图说明
图1是Mark点的图像；
图2是截取的Mark点所在区域的图像；
图3是检测板发生偏移后，与基准板的坐标位置对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1所示，Mark点是在PCB板设计阶段就已经做好，是电路板设计中PCB应用于自动贴片机上的位置识别点，也叫标记点或特征点，用于后续工作的定位基准，Mark点一般为圆形标记。但是往往在放置PCB板时发生偏移，本发明将Mark点的定位功能引入自动焊锡机器人，对PCB板进行固定。
一般的做法是：
1、在编程的时候，首先在夹具上放置好一块参考PCB板，用相机拍摄PCB板中含有Mark点的图像，显示在电脑显示屏上，然后用焊锡机器人软件中自带的截图控件在当前视野中截取该Mark点区域图像，存储在编程文件中，如图2所示。
2、利用步骤1的方法，用相机拍摄PCB板中含有另一个Mark点的图像（注：该Mark点尽量和第一个Mark点在板的同一条对角线上，这样在检测Mark点时就能够更好地确定X轴的偏移量和Y轴的偏移量），显示在电脑显示屏上，然后用焊锡机器人软件中自带的截图控件在当前视野中截取该Mark点所在区域的图像，存储在编程文件中。需要时可以截取多个Mark点所在区域的图像。
3、检测时，将检测PCB板放好到夹具上后，开始焊接前，用相机对检测PCB板中的与编程时选取的两个Mark点位置匹配的点进行拍摄，获取两个待测Mark点的坐标（由于放板时存在的偏移，待测的Mark点有可能已经与基准Mark点错位了）。
4、将步骤1和步骤2中所截取的两个参考Mark点，与步骤3中拍摄的两个检测Mark点坐标进行比较，不偏移说明板位正常，如果存在偏移，则对PCB板进行补偿，补偿算法如下：设
M1：编程时第一Mark点的位置；M1’：检测时第一Mark点的位置；
M2：编程时第二Mark点的位置；M2’：检测时第二Mark点的位置；
α角：编程时两个MARK点连线与X轴正方向的夹角；
β角：检测时两个MARK点连线与X轴正方向的夹角；
A1：编程中的一个焊点位置；
A2：检测时该焊点的水平、垂直偏移的位置；
A3：检测时该焊点的水平、垂直、旋转偏移的位置；
γ角：相机旋转角度；
则校正焊点A1的水平、垂直、旋转偏移步骤如下：
1）由图像匹配算法得出M1’相对于M1的偏移量（RX1，RY1）：
RX1=XM1’-XM1
RY1=YM1’-YM1
2）补偿相机的旋转偏移量：
设ε是以虚拟空间上的一个点为原点，XY方向的偏移量分别为△X1、△Y1的一个虚拟点的极值坐标夹角，则：
△X1=RX1×Cosγ+RY1×Sinγ
△Y1=RY1×Cosγ-RX1×Sinγ
3）补偿焊点A1的水平、垂直偏移，即A2点的坐标：
XA2=XA1+△X1
YA2=YA1+△Y1
4）求出补偿焊点A2的旋转偏移：
①计算PCB板的旋转角度：
α=atan[(XM2–XM1)/(YM2–YM1)]
β=atan[(XM2’–XM1’)/(YM2’–YM1’)]
φ=β–α；
②假设A2与M1’之间连线与X正方向夹角为θ，A2与M1’之间的直线距离为R，则以M1’为原点A2的极值坐标表达式（RCosθ，RSinθ）,将A2旋转φ角度得出公式：
OXA2=RCos(θ+φ)
=RCosθ×Cosφ–RSinθ×Sinφ
OYA2=RSin(θ+φ)
=RSinθ×Cosφ+RCosθ×Sinφ
5）求出A3补偿后机器物理坐标CX：表示相机光心到焊嘴中心的X方向距离（通过系统标定过程获取，属于系统安装参数）；
CY：表示相机光心到焊嘴中心的Y方向距离（通过系统标定过程获取，属于系统安装参数）；则
XA3=XM1’+CX+OXA2
YA3=YM1’+CY+OYA2
即为补偿后焊点的位置。
注：做程序时放在夹具上的PCB板和检测时放在夹具上的PCB板是两个不同的操作过程。且这两个过程中，做程序时、放在夹具上的PCB板的位置和检测时、放在夹具上的PCB板的位置极有可能不相同，这是因为每次人工放PCB板到夹具上时，不可能不存在旋转或者放偏的情况。存在这种情况后，检测时，就不能准确检测。为了使每次都能够准确的检测，我们以做程序时所截取的PCB板上的两个Mark点为参考点，以检测时PCB板上的两个Mark点为检测点。发现检测板存在偏移后，就需要对偏移进行补偿。
Claims (2)
1.一种利用mark点定位功能固定PCB板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）首先在编程时，用相机获取参考PCB板上的两个Mark点的图像；
2）检测时，用相机获取检测PCB板上的两个与编程时选取的两个Mark点位置匹配的Mark点的图像；
3）将步骤1）和步骤2）中所截取的两组Mark点进行比较，不偏移说明板位正常，如果存在偏移，则对PCB板进行补偿，补偿算法如下：设
M1：编程时第一Mark点的位置；M1’：检测时第一Mark点的位置；
M2：编程时第二Mark点的位置；M2’：检测时第二Mark点的位置；
α角：编程时两个MARK点连线与X轴正方向的夹角；
β角：检测时两个MARK点连线与X轴正方向的夹角；
A1：编程中的一个焊点位置；
A2：检测时该焊点的水平、垂直偏移的位置；
A3：检测时该焊点的水平、垂直、旋转偏移的位置；
γ角：相机旋转角度；
则校正焊点A1的水平、垂直、旋转偏移步骤如下：
①由图像匹配算法得出M1’相对于M1的偏移量（RX1，RY1）：
RX1=XM1’-XM1
RY1=YM1’-YM1
②补偿相机的旋转偏移量：
设ε是以虚拟空间上的一个点为原点，XY方向的偏移量分别为△X1、△Y1的一个虚拟点的极值坐标夹角，则：
△X1=RX1×Cosγ+RY1×Sinγ
△Y1=RY1×Cosγ-RX1×Sinγ
③补偿焊点A1的水平、垂直偏移，即A2点的坐标：
XA2=XA1+△X1
YA2=YA1+△Y1
④求出补偿焊点A2的旋转偏移：
ⅰ）计算PCB板的旋转角度：
α=atan[(XM2–XM1)/(YM2–YM1)]
β=atan[(XM2’–XM1’)/(YM2’–YM1’)]
φ=β–α；
ⅱ）假设A2与M1’之间连线与X正方向夹角为θ，A2与M1’之间的直线距离为R，则以M1’为原点A2的极值坐标表达式（RCosθ，RSinθ）,将A2旋转φ角度得出公式：
OXA2=RCos(θ+φ)
=RCosθ×Cosφ–RSinθ×Sinφ
OYA2=RSin(θ+φ)
=RSinθ×Cosφ+RCosθ×Sinφ
⑤求出A3补偿后机器物理坐标：
CX：表示相机光心到焊嘴中心的X方向距离，通过系统标定过程获取，属于系统安装参数；
CY：表示相机光心到焊嘴中心的Y方向距离，通过系统标定过程获取，属于系统安装参数；则：
XA3=XM1’+CX+OXA2
YA3=YM1’+CY+OYA2
即为补偿后焊点的位置。
2.根据权利要求1所述的利用mark点定位功能固定PCB板的方法，其特征在于，步骤1）、2）中，拍摄的两个Mark点都为在板面同一对角线上的两个点。
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