CN105551033A - 元件标记方法、系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种元件标记方法、系统和装置，其中，方法包括：获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息；将所述第二位置信息发送到投影仪，以使得所述投影仪将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

Description

元件标记方法、系统和装置

技术领域

本发明涉及电装生产设备和工具技术领域，特别是涉及一种元件标记方法、系统和装置。

背景技术

现阶段工厂在组装穿孔插件元件时，一般是安排多个工人在流水线上人手组装，每个工人负责安装1到2个元件。这种方式需要人力多，而且经常会发生插错，插反的情况。为了减少工人安放元件的时间，确保元件都放置在正确的位置，减少由于人为原因而造成的错误，有一种现有技术采用智能插件组装工作站，通过在PCB板卡上投影一个激光亮点指示元件的确切位置和方向。

然而，由于单个亮点能够提供的信息量有限，而且每次只能指示一个目标，指示效率低。另外，实现的光学模块价格较高，导致现有的元件标记系统成本高。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术指示效率低、成本高的问题，提供一种元件标记方法、系统和装置。

一种元件标记方法，包括以下步骤：

获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息；

将所述第二位置信息发送到投影仪，以使得所述投影仪将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

一种元件标记系统，包括：

第一获取模块，用于获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

第二获取模块，用于根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息；

投影模块，用于将所述第二位置信息发送到投影仪，以使得所述投影仪将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

一种元件标记装置，包括：

处理器和投影仪；

所述处理器用于获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息，根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送到所述投影仪；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

所述投影仪设于所述第一待测PCB板的上方，与第一待测PCB板呈一定角度放置，用于将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

上述元件标记方法和系统，通过获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息，根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送到投影仪，由所述投影仪将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记，可同时标记多个目标，标记效率高，成本低。上述元件标记装置结构简单，成本低。

附图说明

图1为一个实施例的元件标记方法流程图；

图2为一个实施例的元件标记系统的结构示意图；

图3为一个实施例的元件标记装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的插件组装方法的实施例进行描述。

图1为一个实施例的元件标记方法流程图。如图1所示，所述元件标记方法可包括以下步骤：

S1，获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

在本步骤中，可首先在处理器中预存安置在预设位置处的第一待测PCB板的第一图像。例如，可通过安置于所述第一待测PCB板上方的摄像头拍摄所述第一图像，并将所述第一图像传输到处理器，由处理器对所述第一图像进行存储。然后，可获取所述第一待测PCB板上需要安装的元件在所述第一图像上的第一位置信息。

S2，根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息；

在一个实施例中，可通过以下方式获取所述第二位置信息：

首先，可获取投影仪的成像平面与摄像头的成像平面之间的位置映射关系；

如果设置了步骤S1中所述的摄像头，可获取投影仪的成像平面与摄像头的成像平面之间的位置映射关系，并根据所述第一位置信息与所述位置映射关系获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。摄像机坐标系与世界坐标之间的坐标转换关系和投影仪坐标系与世界坐标之间的坐标转换关系分别为：

${\[R_C,T_C\]}^{-1}{A}_C^{-1}{S}_C{\[x_C,y_C,1\]}^T=X_W---\left(1\right)$

${\[R_P,T_P\]}^{-1}{A}_P^{-1}{S}_P{\[x_P,y_P,1\]}^T=X_W---\left(2\right)$

式中，[R_C,T_C]为摄像机坐标系和世界坐标之间的转换矩阵，[R_P,T_P]为投影仪坐标系和世界坐标之间的转换矩阵。A_C和A_P分别为摄像机和投影仪的内参矩阵。s_C和s_P分别为摄像机和投影仪缩放因子。[x_c,y_c]为摄像头画面中的坐标，[x_P,y_P]为投影机画面中的坐标。X_W＝[x_W,y_W,z_W]^T为物体在世界坐标上的位置。参数R_C、R_P、T_C、T_P、A_C、A_P、s_C和s_P可以通过系统标定而获得。根据公式(1)和公式(2)，可以得到投影仪的成像平面与摄像头的成像平面之间的位置映射关系，即：

$\frac{s_c{A}_p\[R_p,T_p\]{\[R_c,T_p\]}^{-1}{A}_c^{-1}{\[x_c,y_c,1\]}^T}{s_p}={\[x_p,y_p,1\]}^T---\left(3\right)$

然后，可根据所述第一位置信息与所述位置映射关系获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。

在一个实施例中，在获取第二位置信息之前，还可对所述第一位置信息进行配准。然后，可根据配准后的第一位置信息以及所述位置映射关系，获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。可通过以下方式对所述第一位置信息进行配准：

步骤1：接收安置在预设位置处的第二待测PCB板的第二图像；

步骤2：选取所述第二图像中的两个标记点所在的第一位置区域，并记录所述第一位置区域的第三位置信息；

步骤3：获取所述第一图像中与所述第一位置区域对应的第二位置区域的第四位置信息；

步骤4：根据所述第三位置信息和第四位置信息计算所述第二图像与第一图像之间的位置转换矩阵；

在本步骤中，所述位置转换矩阵可记为：

$H=\left[\begin{array}{ccc}scalar\·\cos \mathrm{\θ}& -scalar\·\sin \mathrm{\θ}& x_0\\ scalar\·\sin \mathrm{\θ}& scalar\·\cos \mathrm{\θ}& y_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(4\right)$

其中，

$scalar=\frac{x_{mark2}-x_{mark1}}{x_{mark2}^{\′}\cos \mathrm{\θ}-y_{mark2}^{\′}\sin \mathrm{\θ}-x_{mark1}^{\′}\cos \mathrm{\θ}+y_{mark1}^{\′}\sin \mathrm{\θ}},$

x₀＝x_mark2-(x'_mark2cosθ-y'_mark2sinθ)scalar，

y₀＝y_mark2-(x'_mark2sinθ+y'_mark2cosθ)scalar，

θ＝arctan(y_mark2-y_mark1,x_mark2-x_mark1)-arctan(y'_mark2-y'_mark1,x'_mark2-x'_mark1)

式中，H为位置转换矩阵，scalar为第二图像与第一图像之间的缩放比例，θ为第二图像与第一图像之间的旋转角度，[x₀,y₀]为第二图像与第一图像之间的平移向量，[x_mark1,y_mark1]和[x_mark2,y_mark2]分别为第一图像中两个标记点所在区域的左上角坐标，[x'_mark1,y'_mark1]和[x'_mark2,y'_mark2]为第二图像中两个标记点所在区域的左上角坐标。

步骤5：根据所述位置转换矩阵对所述第一位置信息进行配准。可根据如下公式对所述第一位置信息进行配准：

P_c'＝H·P_c(5)

式中，P_c'为配准后的第一位置信息，H为位置转换矩阵，P_c为配准前的第一位置信息。

S3，将所述第二位置信息发送到投影仪，以使得所述投影仪将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

在一个实施例中，还可获取所述元件的极性信息，方向信息和型号信息，并根据所述极性信息，方向信息和型号信息对所述元件进行标记。具体讲，可将所述极性信息，方向信息和型号信息与所述第一位置信息相关联，并将关联后的极性信息，方向信息和型号信息投影到第一待测PCB板中所述第一位置信息对应的元件上。

所述元件标记方法具有以下优点：

(1)方法简单，易实施。

(2)每次可标记PCB板上的多个元件，标记效率高。

(3)对位置信息进行配准操作，提高了标记的精确度，从而提高了元件组装的正确率。

(4)不仅可指示元件位置，还可指示的极性信息，方向信息和型号信息，进一步方便了元件组装。

下面结合附图对本发明的插件组装系统的实施例进行描述。

图2为一个实施例的元件标记系统的结构示意图。如图2所示，所述元件标记系统可包括：

第一获取模块110，用于获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

可在第一获取模块110中预存安置在预设位置处的第一待测PCB板的第一图像。例如，可通过图像获取模块获取所述第一图像，并将所述第一图像传输到第一获取模块110，由第一获取模块110对所述第一图像进行存储。然后，第一获取模块110可获取所述第一待测PCB板上需要安装的元件在所述第一图像上的第一位置信息。

第二获取模块120，用于根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息；

在一个实施例中，第二获取模块120可包括：

第一获取单元，用于获取投影仪的成像平面与摄像头的成像平面之间的位置映射关系；

如果设置了图像获取模块，可获取投影模块的成像平面与图像获取模块的成像平面之间的位置映射关系，并根据所述第一位置信息与所述位置映射关系获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。图像获取模块的坐标系与世界坐标之间的坐标转换关系和投影模块的坐标系与世界坐标之间的坐标转换关系分别如公式(1)和公式(2)所示。根据公式(1)和公式(2)可以得到所述位置映射关系如公式(3)所示。

第二获取单元，用于根据所述第一位置信息与所述位置映射关系获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。

在一个实施例中，第二获取模块120还可包括配准单元，用于对所述第一位置信息进行配准。第二获取单元可根据配准后的第一位置信息以及所述位置映射关系，获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。所述配准单元可包括：

接收子单元，用于接收安置在预设位置处的第二待测PCB板的第二图像；

记录子单元，用于选取所述第二图像中的两个标记点所在的第一位置区域，并记录所述第一位置区域的第三位置信息；

获取子单元，用于获取所述第一图像中与所述第一位置区域对应的第二位置区域的第四位置信息；

计算子单元，用于根据所述第三位置信息和第四位置信息计算所述第二图像与第一图像之间的位置转换矩阵；所述位置转换矩阵如公式(4)所示。

配准子单元，用于根据所述位置转换矩阵对所述第一位置信息进行配准。所述配准子单元可根据公式(5)所示的方法进行配准。

投影模块130，用于将所述第二位置信息发送到投影仪，以使得所述投影仪将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

在一个实施例中，还可获取所述元件的极性信息，方向信息和型号信息，并根据所述极性信息，方向信息和型号信息对所述元件进行标记。具体讲，投影模块130可将所述极性信息，方向信息和型号信息与所述第一位置信息相关联，并将关联后的极性信息，方向信息和型号信息投影到第一待测PCB板中所述第一位置信息对应的元件上。

所述元件标记系统具有以下优点：

(1)结构简单，成本低。

(2)每次可标记PCB板上的多个元件，标记效率高。

(3)对位置信息进行配准操作，提高了标记的精确度，从而提高了元件组装的正确率。

(4)不仅可指示元件位置，还可指示的极性信息，方向信息和型号信息，进一步方便了元件组装。

下面结合附图对本发明的插件组装装置的实施例进行描述。

图3为一个实施例的元件标记系统的结构示意图。如图3所示，所述元件标记装置可包括：

处理器210和投影仪220；

所述处理器210用于获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息，根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪220的成像平面上的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送到所述投影仪220；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

所述投影仪220设于所述第一待测PCB板230的上方，与第一待测PCB板230呈一定角度放置，用于将指示信号投影到第一待测PCB板230上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

在一个实施例中，所述元件标记装置还可包括：

摄像头240；

所述摄像头240可设于安置在预设位置处的第一待测PCB板230的上方，可用于拍摄所述第一待测PCB板230的第一图像，并可将所述第一图像发送到处理器210。

在标记之前，所述处理器210可获取投影仪220的成像平面与摄像头240的成像平面之间的位置映射关系。摄像机坐标系与世界坐标之间的坐标转换关系和投影仪坐标系与世界坐标之间的坐标转换关系分别如公式(1)和公式(2)所示。

根据公式(1)和公式(2)，可以得到投影仪220的成像平面与摄像头240的成像平面之间的位置映射关系，如公式(3)所示。

在所述处理器210获取投影仪220的成像平面与摄像头240的成像平面之间的位置映射关系之后，可通过摄像头240拍摄安置在预设位置处的第一待测PCB板230的第一图像，并可将所述第一图像发送到处理器210。所述预设位置可以是摄像头240能够拍摄到的任意位置，一般来说，所述预设位置可以是所述摄像头240的正下方。所述摄像头可以是高清摄像头，例如，可采用像素为1000万的摄像头。所述第一图像可以是灰度图像。若所述摄像头240输出的图像为彩色图像，可通过处理器210将所述彩色图像转换为灰度图像。

所述处理器210在接收到所述第一图像之后，可获取所述第一待测PCB板230上需要安装的元件在所述第一图像上的第一位置信息。所述处理器210每次可获取待测PCB板230上的多个需要安装的元件的第一位置信息。

由于每次放置的第一待测PCB板230的位置与预设位置之间可能存在一定偏差，因此所述处理器210在获取第一位置信息之前，可对所述第一位置信息进行配准，并根据配准后的第一位置信息以及投影仪的成像平面与摄像头的成像平面之间的位置映射关系，获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。在一个实施例中，所述处理器210可根据如下方式对所述第一位置信息进行配准：

首先，所述处理器210可接收摄像头拍摄到的安置在预设位置处的第二待测PCB板230的第二图像，选取所述第二图像中的两个标记点所在的第一位置区域，并记录所述第一位置区域的第三位置信息。所述第三位置信息中可包括所述第一位置区域的左上角坐标，宽和高。

然后，所述处理器210可获取所述第一图像中与所述第一位置区域对应的第二位置区域的第四位置信息。

再此之后，所述处理器210可根据所述第三位置信息和第四位置信息计算所述第二图像与第一图像之间的位置转换矩阵。

在一个实施例中，所述处理器210可根据公式(4)计算所述第二图像与第一图像之间的位置转换矩阵。

最后，所述处理器210可根据所述位置转换矩阵对所述第一位置信息进行配准。

在一个实施例中，所述处理器210可根据公式(5)对所述第一位置信息进行配准。

在其他实施例中，所述处理器210还可采用其他方式对所述第一位置信息进行配准。具体的配准方式将不会影响本发明的元件标记，特此说明。

配准之后，所述处理器210可将配准后的第一位置信息代入公式(3)获取所述元件在投影仪220的成像平面上的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送到所述投影仪220。

所述投影仪220可根据所述第二位置信息对第一待测PCB板230上的所述元件进行标记。在一个实施例中，所述投影仪220还可获取所述元件的极性信息，方向信息和型号信息，并根据所述极性信息，方向信息和型号信息对所述元件进行标记。具体讲，所述投影仪220可将所述极性信息，方向信息和型号信息与所述第一位置信息相关联，并将关联后的极性信息，方向信息和型号信息投影到第一待测PCB板230中所述第一位置信息对应的元件上。

所述元件标记装置具有以下优点：

(1)结构简单，成本低。

(2)每次可标记PCB板上的多个元件，标记效率高。

(3)对位置信息进行配准操作，提高了标记的精确度，从而提高了元件组装的正确率。

(4)不仅可指示元件位置，还可指示的极性信息，方向信息和型号信息，进一步方便了元件组装。

本发明的元件标记系统与本发明的元件标记方法一一对应，在上述元件标记方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于元件标记系统的实施例中，特此声明。

本发明的元件标记装置可用于实施所述元件标记方法，特此声明。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种元件标记方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息；

将所述第二位置信息发送到投影仪，以使得所述投影仪将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

2.根据权利要求1所述的元件标记方法，其特征在于，获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息之前，还包括以下步骤：

接收摄像头拍摄到的第一待测PCB板的第一图像；

存储所述第一图像。

3.根据权利要求2所述的元件标记方法，其特征在于，根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息的步骤包括：

获取投影仪的成像平面与摄像头的成像平面之间的位置映射关系；

根据所述第一位置信息与所述位置映射关系获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。

4.根据权利要求3所述的元件标记方法，其特征在于，获取投影仪的成像平面与摄像头的成像平面之间的位置映射关系的步骤包括：

根据如下公式计算所述位置映射关系：

$\frac{s_c{A}_p\[R_p,T_p\]{\[R_c,T_p\]}^{-1}{A}_c^{-1}{\[x_c,y_c,1\]}^T}{s_p}={\[x_p,y_p,1\]}^T,$

其中，

${\[R_C,T_C\]}^{-1}{A}_C^{-1}{S}_C{\[x_C,y_C,1\]}^T=X_W$

${\[R_P,T_P\]}^{-1}{A}_P^{-1}{S}_P{\[x_P,y_P,1\]}^T=X_W$

式中,[R_C,T_C]为摄像机坐标系和世界坐标之间的转换矩阵，[R_P,T_P]为投影仪坐标系和世界坐标之间的转换矩阵。A_C和A_P分别为摄像机和投影仪的内参矩阵。s_C和s_P分别为摄像机和投影仪缩放因子。[x_c,y_c]为摄像头画面中的坐标，[x_P,y_P]为投影机画面中的坐标。X_W为物体在世界坐标上的位置。

5.根据权利要求3所述的元件标记方法，其特征在于，还包括以下步骤：

对所述第一位置信息进行配准；

根据配准后的第一位置信息以及所述位置映射关系，获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息。

6.根据权利要求5所述的元件标记方法，其特征在于，对所述第一位置信息进行配准的步骤包括：

接收安置在预设位置处的第二待测PCB板的第二图像；

选取所述第二图像中的两个标记点所在的第一位置区域，并记录所述第一位置区域的第三位置信息；

获取所述第一图像中与所述第一位置区域对应的第二位置区域的第四位置信息；

根据所述第三位置信息和第四位置信息计算所述第二图像与第一图像之间的位置转换矩阵；

根据所述位置转换矩阵对所述第一位置信息进行配准。

7.根据权利要求6所述的元件标记方法，其特征在于，根据所述第三位置信息和第四位置信息计算所述第二图像与第一图像之间的位置转换矩阵的步骤包括：

根据如下公式计算所述位置转换矩阵：

$H=\left[\begin{array}{ccc}scalar\·\cos \mathrm{\θ}& -scalar\·\sin \mathrm{\θ}& x_0\\ scalar\·\sin \mathrm{\θ}& scalar\·\cos \mathrm{\θ}& y_0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$

其中，

$scalar=\frac{x_{mark2}-x_{mark1}}{x_{mark2}^{\′}\cos \mathrm{\θ}-y_{mark2}^{\′}\sin \mathrm{\θ}-x_{mark1}^{\′}\cos \mathrm{\θ}+y_{mark1}^{\′}\sin \mathrm{\θ}},$

x₀＝x_mark2-(x'_mark2cosθ-y'_mark2sinθ)scalar，

y₀＝y_mark2-(x'_mark2sinθ+y'_mark2cosθ)scalar，

θ＝arctan(y_mark2-y_mark1,x_mark2-x_mark1)-arctan(y'_mark2-y'_mark1,x'_mark2-x'_mark1)

式中，H为位置转换矩阵，scalar为第二图像与第一图像之间的缩放比例，θ为第二图像与第一图像之间的旋转角度，[x₀,y₀]为第二图像与第一图像之间的平移向量，[x_mark1,y_mark1]和[x_mark2,y_mark2]分别为第一图像中两个标记点所在区域的左上角坐标，[x'_mark1,y'_mark1]和[x'_mark2,y'_mark2]为第二图像中两个标记点所在区域的左上角坐标。

8.根据权利要求7所述的元件标记方法，其特征在于，根据所述位置转换矩阵对所述第一位置信息进行配准的步骤包括：

根据如下公式对所述第一位置信息进行配准：

P′_c＝H·P_c

式中，P′_c为配准后的第一位置信息，H为位置转换矩阵，P_c为配准前的第一位置信息。

9.一种元件标记系统，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

第二获取模块，用于根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息；

投影模块，用于将所述第二位置信息发送到投影仪，以使得所述投影仪将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。

10.一种元件标记装置，其特征在于，包括：

处理器和投影仪；

所述处理器用于获取第一待测PCB板上需要安装的元件在预存的第一图像上的第一位置信息，根据所述第一位置信息获取所述元件在投影仪的成像平面上的第二位置信息，并将所述第二位置信息发送到所述投影仪；其中，所述第一图像为所述第一待测PCB板的图像；

所述投影仪设于所述第一待测PCB板的上方，与第一待测PCB板呈一定角度放置，用于将指示信号投影到第一待测PCB板上所述第二位置信息对应的元件上进行标记。