CN105323977B - 基于机器视觉的贴装坐标获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于机器视觉的贴装坐标获取方法，包括：将装配好的待贴装载体夹具放置于表面贴装设备的输送平台上；控制输送平台在坐标系的一个轴方向进行移动并使其移动到工作区域内，使用视觉装置来捕获Mark图像；制作贴装坐标目录并分配物料；将Mark图像、贴装坐标、物料分配和物料数据制作成设备贴装文件；在输送平台上放置待贴装载体，并将设备设定为自动运行模式；依据贴装文件识别当前Mark，计算当前Mark位置与设定Mark位置的偏移量，修正当前物料的贴装坐标，并逐个扫描识别修正后的每个贴装坐标。实施本发明的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，具有以下有益效果：能对特殊贴装载体进行贴装、贴装精度较高。

Description

基于机器视觉的贴装坐标获取方法

技术领域

本发明涉及贴装领域，特别涉及一种基于机器视觉的贴装坐标获取方法。

背景技术

表面贴装设备是指在设备内通过机械拾取放置装置，将特定物料(如电子元件等)从物料供给装置处拾取并放置于待贴装物体(如PCB)上的机械设备。常使用的全自动表面贴装设备的工作方式如下：1)将PCB板放置于设备的输送导轨(平台)的进板位置，设备进板；2)操作员操作设备，利用设备贴装头部的视觉装置，捕获Mark图像(光学定位标识)；3)操作员利用设备的视觉装置，采用捕获或者导入PCB坐标文件等方式制作贴装坐标目录并分配物料；4)操作员将Mark、贴装坐标、物料分配、物料等数据制作成设备贴装文件；5)当设备装载贴装文件并处于自动运行模式时，在进板位置放置PCB；6)设备自动进板，根据贴装文件识别Mark，计算当前Mark位置与原Mark位置的偏移量，据此修改此次物料放置(贴装)的实际坐标；7)设备根据修改后的贴装坐标进行贴装作业，完成后将PCB输送至出板位置；8)当设备进板位置继续放置PCB时，设备执行进板、识别Mark、贴装、出板，以此循环直至操作员中断设备的自动运行。在半自动表面贴装设备中，其设备的自动运行模式不会循环，即装载PCB后操作员点击自动运行按钮，设备自动识别Mark，贴装完成出板后就终止自动运行。

传统的表面贴装设备方法中存在以下要求：1)需在贴装载体上制作光学定位标记(mark)，或用其它标记替代使用；2)在mark与贴装坐标间的相对位置出现偏差时，无法实现自动修正；3)在部分无mark的载体上无法使用光学定位。

另外，由于部分贴装载体(指需将器件安放于其上的物体，如PCB、FPC等)采用将导线缠绕于模具表面，导线与导线之间安放器件的方式，且多次工艺后位置误差较大。传统的贴装方式无法适应对其的高精度贴装。同时由于其贴装载体的特殊性，使得大部分设备无法进行贴装，或贴装不精准。

对现有情况进行分析可得出如下问题：1)贴装载体的导线缠绕起始位置不一致；2)贴装载体的导线与导线之间的间距不一致；3)贴装载体无标准的光学定位标记。因此，想要完成贴装工作，需对每个贴装坐标进行扫描修正，同时由于上述原因，贴装坐标与贴装坐标之间的影像差异较大，传统视觉识别方法采用截取完整的贴装坐标图像作为对比时亦存在以下问题：1)受焊点上的焊接材料影响，且有多个焊点时其影响也会增加；2)受焊点间距影响，且由于识别区域有限(太大的识别区域会造成错误识别)无法完整获得影像。既使通过修改参数等方式降低识别要求而使识别通过，但无法保证位置的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述对特殊贴装载体无法进行贴装、贴装精度不高的缺陷，提供一种能对特殊贴装载体进行贴装、贴装精度较高的基于机器视觉的贴装坐标获取方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于机器视觉的贴装坐标获取方法，包括如下步骤：

A)将装配好的待贴装载体夹具放置于表面贴装设备的输送平台上；所述表面贴装设备设置有视觉装置；

B)控制所述输送平台在事先建立的坐标系的一个轴方向进行移动并使其移动到工作区域内，使用所述视觉装置来捕获其Mark图像；

C)利用所述视觉装置制作贴装坐标目录并分配物料；

D)将所述Mark图像、贴装坐标、物料分配和物料数据制作成设备贴装文件；

E)在所述输送平台上放置待贴装载体，并将所述表面贴装设备设定为自动运行模式；

F)依据所述贴装文件来识别当前Mark，计算当前Mark位置与设定Mark位置的偏移量，依据所述偏移量来修正当前物料的贴装坐标，并逐个扫描识别修正后的每个贴装坐标。

在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，所述步骤F)进一步包括：

F1)依据所述贴装文件中的贴装坐标计算每行第一焊点位置的Mark坐标；

F2)识别并计算每行起始位置；

F3)计算并修正所有贴装坐标位置的偏移；

F4)根据所述修正后的坐标逐个扫描识别并再次修正贴装坐标。

在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，在所述步骤F4)中，当满足预先设定的单个焊点识别条件及两个焊点的间距误差条件时，所述两个焊点的中心坐标即是贴装坐标。

在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，所述步骤C)中的视觉装置是通过采用捕获或坐标计算方式来制作所述贴装坐标目录的。

在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，所述单个焊点识别条件为当前焊点与录入的焊点的Mark相似率大于或等于设定值。

在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，所述视觉装置为PCB相机。

在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，所述步骤B)中的工作区域是所述事先建立的坐标系的两个轴构成的区域，所述轴方向为坐标系的横轴方向。

在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，在所述步骤F)之后还包括如下步骤：

G)所述表面贴装设备依据修改后的贴装坐标进行贴装作业，在完成后将所述输送平台移动至出板位置，并终止所述自动运行模式。

在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，当所述输送平台继续放置待贴装载体时，操作员设定自动运行、执行进板、识别Mark、贴装、出板和停止程序，并按照此程序进行循环。

实施本发明的无在本发明所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法中，具有以下有益效果:由于对修正后的每个贴装坐标逐个扫描识别，这样就减小了贴装坐标与坐标之间的无规律误差，所以其能对特殊贴装载体进行贴装、贴装精度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于机器视觉的贴装坐标获取方法一个实施例中的流程图；

图2为所述实施例中修正当前物料的贴装坐标，并逐个识别修正后的每个贴装坐标的具体流程图；

图3为所述实施例中贴装坐标识别的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明基于机器视觉的贴装坐标获取方法实施例中，其流程图如图1所示。图1中，该基于机器视觉的贴装坐标获取方法包括如下步骤：

步骤S01将装配好的待贴装载体夹具放置于表面贴装设备的输送平台上：本步骤中，将装配好的待贴装载体夹具放置于表面贴装设备的输送平台上，该表面贴装设备设置有视觉装置，该视觉装置位于表面贴装设备的贴装头部，本实施例中的视觉装置为PCB相机。上述待贴装载体可以是PCB或FPC等等。表面贴装设备可根据实际需要选择相应型号的设备，例如：可以使用ELM180系列表面贴装设备改进型ELM180NS。

步骤S02控制输送平台在事先建立的坐标系的一个轴方向进行移动并使其移动到工作区域内，使用视觉装置来捕获其Mark图像：本步骤中，操作员操作表面贴装设备，控制输送平台在事先建立的坐标系中一个轴方向进行移动，并使输送平台移动到工作区域内，该工作区域指的是上述事先建立的坐标系的两个轴构成的区域，本实施例中，输送平台移动的方向是该坐标系的横轴方向，例如：如果坐标系的两个轴分别是X轴和Y轴，则控制设备输送平台与X轴平行移动，这样来捕获其Mark图像(光学定位标识)。值得一提的是，光学识别标记是通过设备贴装头部安装的视觉装置(如PCB相机)选择并获取一幅包含焊点特征的图形。对于光学识别标记，传统设备不但要求Mark图形特征的稳定性，对其与贴装坐标的相对误差亦有较高的要求及依赖性，贴装坐标的坐标通常为与Mark的相对坐标。而本实施例中的方法不记录Mark的坐标，所以在获取图形特征时并不强调焊点的位置，也就是说在贴装区域内的每个能完整表述其特征的焊点都可以作为识别标记，所以这样增加了灵活性。

步骤S03利用视觉装置制作贴装坐标目录并分配物料：本步骤中，操作员利用表面贴装设备的视觉装置制作贴装坐标目录并分配物料，该视觉装置可以通过采用捕获或坐标计算方式来制作贴装坐标目录。

步骤S04将Mark图像、贴装坐标、物料分配、物料数据制作成设备贴装文件：本步骤中，操作员将Mark图像、贴装坐标、物料分配和物料等数据制作成设备贴装文件。

步骤S05在输送平台上放置待贴装载体，并将表面贴装设备设定为自动运行模式：本步骤中，操作员在表面贴装设备的输送平台上放置待贴装载体后，将表面贴装设备设定为自动运行模式。

步骤S06依据贴装文件来识别当前Mark，计算当前Mark位置与设定Mark位置的偏移量，依据偏移量来修正当前物料的贴装坐标，并逐个扫描识别修正后的每个贴装坐标：本步骤中，表面贴装设备自动移动输送平台与贴装头部，依据贴装文件来识别Mark，计算当前Mark位置与设定Mark位置(理论Mark位置)的偏移量，根据此偏移量来修改此次物料放置(贴装)的实际坐标，换句话说，依据偏移量来修正当前物料的贴装坐标，然后逐个扫描识别修正后的每个贴装坐标。由于对修正后的每个贴装坐标逐个扫描识别，这样就减小了贴装坐标与坐标之间的无规律误差，所以其能对特殊贴装载体进行贴装、贴装精度较高。关于本步骤中如何具体的扫描识别，稍后会进行详细描述。在执行上述步骤后，本实施例中的表面贴装设备还执行如下步骤:

步骤S07表面贴装设备依据修改后的贴装坐标进行贴装作业，在完成后将输送平台移动至出板位置，并终止自动运行模式：本步骤中，表面贴装设备依据修改后的贴装坐标进行贴装作业，在完成后将输送平台移动至出板位置，并终止自动运行模式。值得一提的是，当输送平台继续放置待贴装载体时，操作员设定自动运行、执行进板、识别Mark、贴装、出板和停止程序，表面贴装设备后续按照此程序进行循环。

对于本实施例而言，上述步骤S06还可进一步细化，其细化后的流程图如图2所示。图2中，上述步骤S06进一步包括：

步骤S61依据贴装文件中的贴装坐标计算每行第一焊点位置的Mark坐标：由于待贴装载体预先放置于夹具中，输送平台同时输送多个待贴装载体，并且在装载导线时起始位置存在偏差，所以在工作时先扫描每行的首个焊点坐标，具体到本步骤，就是依据贴装文件中的贴装坐标计算每行第一焊点位置的Mark坐标，以此作为后续步骤S62中的原始数据。

步骤S62识别并计算每行起始位置：传统设备只需识别少数几个Mark，单其依赖贴装件的自身精度维持其鲁棒性，而本实施例的方法采用PCB相机识别，本步骤中，根据每行第一焊点位置的Mark的原始坐标识别并计算偏移量，以此计算每行起始位置。

步骤S63计算并修正所有贴装坐标位置的偏移：本步骤中，根据上述步骤S62计算出的坐标值，计算并修正所有贴装坐标位置的偏移，此偏移是由贴装件的放置与前端工艺中的误差引起的。

步骤S64根据修正后的坐标逐个扫描识别并再次修正贴装坐标：本步骤中，PCB相机根据贴装坐标识别方法逐个识别修正后的每个贴装坐标，这样就可以解决贴装坐标与坐标之间的无规律误差。此时采用的本实施例中的方法不是只获取一个焊点坐标，而是根据识别要求计算两焊点间的坐标并确定最终的贴装坐标。对贴装坐标的识别方法，具体来讲，事先设定好单个焊点识别条件和两个焊点的间距误差条件，当满足预先设定的单个焊点识别条件及两个焊点的间距误差条件时，两个焊点的中心坐标即是贴装坐标。上述单个焊点识别条件可以设定为当前焊点与录入的焊点的Mark相似率大于或等于设定值，这个设定值可根据实际需要来设定其大小。由于其焊接触点的特殊性，在识别贴装坐标时，采用识别多个焊点(Mark)，在识别范围内，满足单个焊点的识别条件后，还需满足两个焊点的间距误差条件，方可识别为贴装坐标。举例来说，如图3所示，图3是本实施例中贴装坐标识别的示意图，图3中，c1和c2分别为单个焊点，c3为c1与c2之间的间距，例如：录入的焊点是A，在扫描中对比c1、c2与A的灰度、形态和面积等特征(如，A是圆点，c1是有10％缺口的圆点，不考虑其它判断条件且相似率设定＝<90％时可被识别)，满足匹配条件(此项可控，Mark相似率)后计算c1和c2之间的距离(若标准间距为1mm，误差为0.5mm，那么0.5-1.5mm间距内可被接受)，以此计算的中心坐标即是贴装坐标。值得一提的是，在识别过程中的各个识别条件，用户可通过参数设定的方式来进行修改，以达到最大兼容的效果。

总之，在本实施例中，当表面贴装设备开始贴装时，待贴装件移动至工作区域，表面贴装设备通过PCB相机识别Mark以计算此次的贴装坐标，解决了坐标识别时由于焊点大小、间距误差引起的识别错误。同时解决了单一识别修正方式的兼容问题。现有技术中受焊点等影响在识别图像时的不利因素太多，该基于机器视觉的贴装坐标获取方法利用不同的控制参数对识别过程中的数据进行过滤，从而达到灵活应用的效果，尽可能地降低了前段工艺误差对后段工艺的影响。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)将装配好的待贴装载体夹具放置于表面贴装设备的输送平台上；所述表面贴装设备设置有视觉装置；

B)控制所述输送平台在事先建立的坐标系的一个轴方向进行移动并使其移动到工作区域内，使用所述视觉装置来捕获其Mark图像；

C)利用所述视觉装置制作贴装坐标目录并分配物料；

D)将所述Mark图像、贴装坐标、物料分配和物料数据制作成设备贴装文件；

E)在所述输送平台上放置待贴装载体，并将所述表面贴装设备设定为自动运行模式；

F)依据所述贴装文件来识别当前Mark，计算当前Mark位置与设定Mark位置的偏移量，依据所述偏移量来修正当前物料的贴装坐标，并逐个扫描识别修正后的每个贴装坐标。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，所述步骤F)进一步包括：

F1)依据所述贴装文件中的贴装坐标计算每行第一焊点位置的Mark坐标；

F2)识别并计算每行起始位置；

F3)计算并修正所有贴装坐标位置的偏移；

F4)根据所述修正后的坐标逐个扫描识别并再次修正贴装坐标。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，在所述步骤F4)中，当满足预先设定的单个焊点识别条件及两个焊点的间距误差条件时，所述两个焊点的中心坐标即是贴装坐标。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，所述步骤C)中的视觉装置是通过采用捕获或坐标计算方式来制作所述贴装坐标目录的。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，所述单个焊点识别条件为当前焊点与录入的焊点的Mark相似率大于或等于设定值。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，所述视觉装置为PCB相机。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，所述步骤B)中的工作区域是所述事先建立的坐标系的两个轴构成的区域，所述轴方向为坐标系的横轴方向。

8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，在所述步骤F)之后还包括如下步骤：

G)所述表面贴装设备依据修改后的贴装坐标进行贴装作业，在完成后将所述输送平台移动至出板位置，并终止所述自动运行模式。

9.根据权利要求8所述的基于机器视觉的贴装坐标获取方法，其特征在于，当所述输送平台继续放置待贴装载体时，操作员设定自动运行、执行进板、识别Mark、贴装、出板和停止程序，并按照此程序进行循环。