CN104819690B - 一种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法 - Google Patents

Abstract

一种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法，包括利用两个相机采集表面贴装元件的图像的过程，其中，设置可在水平方向上平移和旋转的托盘平台，在托盘平台上方设置两个相机，在相机和计算机之间设置图像数据传送通道，首先进行一个校准步骤，然后进行待加工工件的定位步骤。利用两个相机拍摄图像，采集一系列定位运动数据，从而得到一个通过视觉采集两点定位的坐标系统，通过对工件上的一定距离的两点进行采样，将测量基数扩大了一个数量级，使图像的误差几乎可以忽略，并且避免了对于特征点的形状及视觉算法的依赖性，适用面更广，精度更高。

Description

一种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法

技术领域:

本发明涉及电学领域，尤其涉及电子元件的表面贴装技术，特别是一种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法。

背景技术:

表面贴装技术产业由于产品精度高，工件情况复杂而多变等原因，用传统定位办法无法精准而高速地生产。现有技术中，采用视觉定位方法提高了表面贴装元件在加工托盘平台的定位效率。但是，现有的视觉定位技术通过模板图像分析获得的位置，具体地说，就是由目标工件上的一个有一定辨识度的矢量图形，经过视觉运算找出它的角度及位置。这种方法不够精确，尤其是在角度的测算上，由于视觉取样的时候是通过像素计算的，像素没有浮点数这一概念，所以不可避免地出现精度的缺失，导致存在误差。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法，所述的这种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法要解决现有技术中通过模板图像分析获得位置的视觉定位技术存在精度缺失和误差的技术问题。

本发明的这种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法，包括一个利用相机采集和分析表面贴装元件的图像的过程，其中，在所述的利用相机采集和分析表面贴装元件的图像的过程中，设置一个可在水平方向上平移和旋转的托盘平台，在所述的托盘平台的上方设置一个第一相机和一个第二相机，并将所述的第一相机和第二相机均设置在一个导轨上，在第一相机和第二相机与所述的导轨之间设置驱动机构，将所述的驱动机构的控制端连接一个伺服控制器，在第一相机和第二相机与一个计算机之间设置图像数据传送通道，首先进行一个校准步骤，然后进行待加工工件的定位步骤，在所述的校准步骤中，在托盘平台中制作一个圆形特征点并将其放置到第一相机视场的中心位置，然后将托盘平台分别进行X方向和Y方向的平移，利用第一相机采集两个以上位置的圆形特征点的图像，再结合每个图像对应移动的托盘平台的坐标，利用每次定位的托盘平台的坐标位置及对应求出的图像中的像素位置，计算出第一相机相片中像素位置与坐标的数值关系，再将圆形特征点放置到第二相机视场的中心位置，然后再将托盘平台分别进行X方向和Y方向的平移，利用第二相机采集两个以上位置的圆形特征点的图像，再结合每个图像对应移动的托盘平台的坐标，利用每次定位的托盘平台的坐标位置及对应求出的图像中的像素位置，计算出第二相机相片中像素位置与坐标的数值关系，再进行以下步骤：

步骤一，沿X方向和Y方向平移托盘平台，使圆形特征点放置在第一相机视场中心位置，并使圆形特征点远离托盘平台旋转中心，

步骤二，将托盘平台向顺时针方向或者逆时针方向旋转1度，

步骤三，再沿X方向和Y方向平移托盘平台，使圆形特征点重新位于第一相机视场中心位置，

步骤四，记录托盘平台当前X、Y方向的坐标，

步骤五，重复步骤二到步骤四，到托盘平台累计旋转角度大于60°时停止，

步骤六，将步骤一到步骤五采集到的托盘平台坐标序列通过最小二乘法计算出中心坐标，该坐标为第一相机视场中心位置所对应的托盘平台的实际坐标，

步骤七，沿X方向和Y方向平移托盘平台，使圆形特征点放置在第二相机视场中心位置，并使圆形特征点远离托盘平台旋转中心，

步骤八，将托盘平台向顺时针方向或者逆时针方向旋转1度，

步骤九，再沿X方向和Y方向平移托盘平台，使圆形特征点重新位于第二相机视场中心位置，

步骤十，记录托盘平台当前X、Y方向的坐标，

步骤十一，重复步骤八到步骤十，到托盘平台累计旋转角度大于60°时停止，

步骤十二，将步骤七到步骤十一采集到的托盘平台坐标序列通过最小二乘法计算出中心坐标，该坐标为第二相机视场中心位置所对应的托盘平台的实际坐标，

在所述的待加工工件的定位步骤中，将待加工工件置于托盘平台上，并移动托盘平台使待加工工件位于标准加工位置，在待加工工件上设置一个第一特征点和一个第二特征点，移动托盘平台，使第一特征点和第二特征点同时出现在第一相机视场和第二相机视场中，这时利用第一相机采集相片，根据相片中第一特征点的像素位置，以及校准流程中得到的第一相机视场中心坐标，得出第一特征点的标准加工坐标，同时利用第二相机采集相片，根据相片中第二特征点的像素位置，以及校准流程中得到的第二相机视场中心坐标，得出第二特征点的标准加工坐标，记录此时的第一特征点的标准加工坐标、第二相机视场中心坐标和托盘平台的旋转角度，作为正常加工时的观测位置，将后续待加工工件放置到托盘平台上并在后续待加工工件上设置第一特征点和第二特征点，利用第一相机和第二相机分别采集相片，根据相片中第一特征点和第二特征点的图像中的像素位置，以及第一相机和第二相机的视场中心坐标，分别计算得到第一特征点和第二特征点的实际位置的坐标。

进一步的，在计算得到后续待加工工件中第一特征点和第二特征点的实际位置的坐标之后，根据第一特征点和第二特征点的标准坐标位置和实际位置的坐标，计算获得实际位置与标准位置的 x、y方向的偏差以及旋转的角度偏差值，然后控制托盘平台根据x、y方向的偏差以及旋转的角度偏差值进行移动，实现工件位置的校正。

进一步的，第一相机和第二相机采用相同型号的相机。

本发明和现有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明利用两个工业相机拍摄图像，采集一系列定位运动数据，从而得到一个通过视觉采集两点定位的坐标系统，通过对工件上的一定距离的两点进行采样，将测量基数扩大了一个数量级，使图像的误差几乎可以忽略，并且避免了对于特征点的形状及视觉算法的依赖性，适用面更广，精度更高。

附图说明：

图1是本发明一种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法的原理图。

具体实施方式:

实施例1：

如图1所示，本发明一种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法，包括一个利用相机采集和分析表面贴装元件的图像的过程，其中，在所述的利用相机采集和分析表面贴装元件的图像的过程中，设置一个可在水平方向上平移和旋转的托盘平台1，在所述的托盘平台1的上方设置一个第一相机2和一个第二相机3，并将所述的第一相机2和第二相机3均设置在一个导轨(图中未示)上，在第一相机2和第二相机3与所述的导轨之间设置驱动机构(图中未示)，将所述的驱动机构的控制端连接一个伺服控制器(图中未示)，在第一相机2和第二相机3与一个计算机(图中未示)之间设置图像数据传送通道，首先进行一个校准步骤，然后进行待加工工件的定位步骤，在所述的校准步骤中，在托盘平台1中制作一个圆形特征点并将其放置到第一相机2视场的中心位置，然后将托盘平台1分别进行X方向和Y方向的平移，利用第一相机2采集两个以上位置的圆形特征点的图像，再结合每个图像对应移动的托盘平台1的坐标，利用每次定位的托盘平台1的坐标位置及对应求出的图像中的像素位置，计算出第一相机2相片中像素位置与坐标的数值关系，再将圆形特征点放置到第二相机3视场的中心位置，然后再将托盘平台1分别进行X方向和Y方向的平移，利用第二相机3采集两个以上位置的圆形特征点的图像，再结合每个图像对应移动的托盘平台1的坐标，利用每次定位的托盘平台1的坐标位置及对应求出的图像中的像素位置，计算出第二相机3相片中像素位置与坐标的数值关系，再进行以下步骤：

步骤一，沿X方向和Y方向平移托盘平台1，使圆形特征点放置在第一相机2视场中心位置，并使圆形特征点远离托盘平台1旋转中心，

步骤二，将托盘平台1向顺时针方向或者逆时针方向旋转1度，

步骤三，再沿X方向和Y方向平移托盘平台1，使圆形特征点重新位于第一相机2视场中心位置，

步骤四，记录托盘平台1当前X、Y方向的坐标，

步骤五，重复步骤二到步骤四，到托盘平台1累计旋转角度大于60°时停止，

步骤六，将步骤一到步骤五采集到的托盘平台1坐标序列通过最小二乘法计算出中心坐标，该坐标为第一相机2视场中心位置所对应的托盘平台1的实际坐标，

步骤七，沿X方向和Y方向平移托盘平台1，使圆形特征点放置在第二相机3视场中心位置，并使圆形特征点远离托盘平台1旋转中心，

步骤八，将托盘平台1向顺时针方向或者逆时针方向旋转1度，

步骤九，再沿X方向和Y方向平移托盘平台1，使圆形特征点重新位于第二相机3视场中心位置，

步骤十，记录托盘平台1当前X、Y方向的坐标，

步骤十一，重复步骤八到步骤十，到托盘平台1累计旋转角度大于60°时停止，

步骤十二，将步骤七到步骤十一采集到的托盘平台1坐标序列通过最小二乘法计算出中心坐标，该坐标为第二相机3视场中心位置所对应的托盘平台1的实际坐标，

在所述的待加工工件的定位步骤中，将待加工工件4置于托盘平台1上，并移动托盘平台1使待加工工件4位于标准加工位置，在待加工工件4上设置一个第一特征点B1和一个第二特征点B2，移动托盘平台1，使第一特征点B1和第二特征点B2同时出现在第一相机2视场和第二相机3视场中，这时利用第一相机2采集相片，根据相片中第一特征点B1的像素位置，以及校准流程中得到的第一相机2视场中心坐标，得出第一特征点B1的标准加工坐标，同时利用第二相机3采集相片，根据相片中第二特征点B2的像素位置，以及校准流程中得到的第二相机3视场中心坐标，得出第二特征点B2的标准加工坐标，记录此时的第一特征点B1的标准加工坐标、第二相机3视场中心坐标和托盘平台1的旋转角度，作为正常加工时的观测位置，将后续待加工工件4放置到托盘平台1上并在后续待加工工件4上设置第一特征点B1和第二特征点B2，利用第一相机2和第二相机3分别采集相片，根据相片中第一特征点B1和第二特征点B2的图像中的像素位置，以及第一相机2和第二相机3的视场中心坐标，分别计算得到第一特征点B1和第二特征点B2的实际位置的坐标。

进一步的，在计算得到后续待加工工件4中第一特征点B1和第二特征点B2的实际位置的坐标之后，根据第一特征点B1和第二特征点B2的标准坐标位置和实际位置的坐标，计算获得实际位置与标准位置的 x、y方向的偏差以及旋转的角度偏差值，然后控制托盘平台1根据x、y方向的偏差以及旋转的角度偏差值进行移动，实现工件位置的校正。

进一步的，第一相机2和第二相机3采用相同型号的相机。

具体的，在本实施例中，第一特征点B1和第二特征点B2均采用十字型图案。

Claims (3)

1.一种表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法，包括一个利用相机采集和分析表面贴装元件的图像的过程，其特征在于：在所述的利用相机采集和分析表面贴装元件的图像的过程中，设置一个可在水平方向上平移和旋转的托盘平台，在所述的托盘平台的上方设置一个第一相机和一个第二相机，并将所述的第一相机和第二相机均设置在一个导轨上，在第一相机和第二相机与所述的导轨之间设置驱动机构，将所述的驱动机构的控制端连接一个伺服控制器，在第一相机和第二相机与一个计算机之间分别设置有一个图像数据传送通道，首先进行一个校准步骤，然后进行待加工工件的定位步骤，在所述的校准步骤中，在托盘平台中制作一个圆形特征点并将其放置到第一相机视场的中心位置，然后将托盘平台分别进行X方向和Y方向的平移，利用第一相机采集两个以上位置的圆形特征点的图像，再结合每个图像对应移动的托盘平台的坐标，利用每次定位的托盘平台的坐标位置及对应求出的图像中的像素位置，计算出第一相机相片中像素位置与坐标的数值关系，再将圆形特征点放置到第二相机视场的中心位置，然后再将托盘平台分别进行X方向和Y方向的平移，利用第二相机采集两个以上位置的圆形特征点的图像，再结合每个图像对应移动的托盘平台的坐标，利用每次定位的托盘平台的坐标位置及对应求出的图像中的像素位置，计算出第二相机相片中像素位置与坐标的数值关系，再进行以下步骤：

步骤一，沿X方向和Y方向平移托盘平台，使圆形特征点放置在第一相机视场中心位置，并使圆形特征点远离托盘平台旋转中心，

步骤二，将托盘平台向顺时针方向或者逆时针方向旋转1度，

步骤三，再沿X方向和Y方向平移托盘平台，使圆形特征点重新位于第一相机视场中心位置，

步骤四，记录托盘平台当前X、Y方向的坐标，

步骤五，重复步骤二到步骤四，到托盘平台累计旋转角度大于60°时停止，

步骤六，将步骤一到步骤五采集到的托盘平台坐标序列通过最小二乘法计算出中心坐标，该坐标为第一相机视场中心位置所对应的托盘平台的实际坐标，

步骤七，沿X方向和Y方向平移托盘平台，使圆形特征点放置在第二相机视场中心位置，并使圆形特征点远离托盘平台旋转中心，

步骤八，将托盘平台向顺时针方向或者逆时针方向旋转1度，

步骤九，再沿X方向和Y方向平移托盘平台，使圆形特征点重新位于第二相机视场中心位置，

步骤十，记录托盘平台当前X、Y方向的坐标，

步骤十一，重复步骤八到步骤十，到托盘平台累计旋转角度大于60°时停止，

步骤十二，将步骤七到步骤十一采集到的托盘平台坐标序列通过最小二乘法计算出中心坐标，该坐标为第二相机视场中心位置所对应的托盘平台的实际坐标，

在所述的待加工工件的定位步骤中，将待加工工件置于托盘平台上，并移动托盘平台使待加工工件位于标准加工位置，在待加工工件上设置一个第一特征点和一个第二特征点，移动托盘平台，使第一特征点和第二特征点同时出现在第一相机视场和第二相机视场中，这时利用第一相机采集相片，根据相片中第一特征点的像素位置，以及校准流程中得到的第一相机视场中心坐标，得出第一特征点的标准加工坐标，同时利用第二相机采集相片，根据相片中第二特征点的像素位置，以及校准流程中得到的第二相机视场中心坐标，得出第二特征点的标准加工坐标，记录此时的第一特征点的标准加工坐标、第二相机视场中心坐标和托盘平台的旋转角度，作为正常加工时的观测位置，将后续待加工工件放置到托盘平台上并在后续待加工工件上设置第一特征点和第二特征点，利用第一相机和第二相机分别采集相片，根据相片中第一特征点和第二特征点的图像中的像素位置，以及第一相机和第二相机的视场中心坐标，分别计算得到第一特征点和第二特征点的实际位置的坐标。

2.如权利要求1所述的表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法，其特征在于：在计算得到后续待加工工件中第一特征点和第二特征点的实际位置的坐标之后，根据第一特征点和第二特征点的标准坐标位置和实际位置的坐标，计算获得实际位置与标准位置的x、y方向的偏差以及旋转的角度偏差值，然后控制托盘平台根据x、y方向的偏差以及旋转的角度偏差值进行移动，实现工件位置的校正。

3.如权利要求1所述的表面贴装元件的双相机机器视觉定位方法，其特征在于：第一相机和第二相机采用相同型号的相机。