CN106289062B - 一种基准相机偏移量的校正方法 - Google Patents

Abstract

一种基准相机偏移量的校正方法，本发明涉及基准相机偏移量的校正方法。本发明的目的是为了解决现有贴片机的贴装精度低的问题。具体过程为：一、将标定玻璃板背面放在固定相机镜头上，再移动基准相机到固定相机中心位置上方，此时标定玻璃板的正面在基准相机视野中心；二、得到标定玻璃板背面1号、2号、3号、4号圆点在固定相机坐标系中的位置；三、得到5号圆点在基准相机坐标系中的位置，并记录此时贴片头坐标系的原点在贴片机坐标系中的位置；四、计算得到标定玻璃板背面的中心圆心在固定相机坐标系中的位置；五、计算出标定玻璃板的中心在贴片机坐标系中的位置；六、得到基准相机偏移量。本发明用于基准相机偏移量领域。

Description

一种基准相机偏移量的校正方法

技术领域

本发明涉及基准相机偏移量的校正方法。

背景技术

在贴片机贴装之前，会用基准相机检测PCB板上的基准点位置，计算出基准点的精确位置之后，再用吸嘴头吸取芯片贴装到板子上。由这个过程可以看出，基准相机安装是否水平和基准相机在贴片头坐标系中的位置是否精确对贴片机的贴装精度有着极大的影响。如果不进行校正，直接进行贴装会导致贴装精度大大的降低。因此，为了提高芯片的贴装精度，必须对基准相机的偏移量进行校正。

在安装过程中，由于人工误差不可避免，极有可能导致基准相机下表面与贴片机坐标系的水平面不平行，且基准相机在贴片机坐标系中的实际位置不准确，因此直接进行贴装会降低芯片的贴装精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有贴片机的贴装精度低的问题，而提出一种基准相机偏移量的校正方法。

一种基准相机偏移量的校正方法具体是按照以下步骤来实现的：

步骤一、将标定玻璃板背面放在固定相机镜头上，再移动基准相机到固定相机中心位置上方，此时标定玻璃板的正面在基准相机视野中心；

步骤二、得到标定玻璃板背面1号圆点(左侧外圆)在固定相机坐标系中的位置为(x₁,y₁)；重复执行，依次得到标定玻璃板背面2号圆点(右侧外圆)在固定相机坐标系中的位置为(x₂,y₂)；标定玻璃板背面3号圆点(下侧外圆)在固定相机坐标系中的位置为(x₃,y₃)；标定玻璃板背面4号圆点(上侧外圆)在固定相机坐标系中的位置为(x₄,y₄)，位置坐标的单位都是像素；

步骤三、得到标定玻璃板正面中心5号圆点在基准相机坐标系中的位置为(x₅,y₅)，并记录此时贴片头坐标系的原点(即1号贴片头)在贴片机坐标系中的位置坐标为(x_{1号头-设备},y_{1号头-设备})；

步骤四、计算得到标定玻璃板背面的中心圆心在固定相机坐标系中的位置为(X_{玻璃板中心-固定相机},Y_{玻璃板中心-固定相机})；

步骤五、固定相机在贴片机坐标系中的位置记为(X_{固定相机-设备},Y_{固定相机-设备})；通过坐标系之间的相互转换公式，计算出标定玻璃板的中心在贴片机坐标系中的位置，记为(X_{玻璃板中心-设备},Y_{玻璃板中心-设备})；

步骤六、通过坐标系之间的相互转换公式，将标定玻璃板的正面中心在基准相机坐标系坐标值转换到贴片机坐标系中，为(x₅′,y₅′)，再根据贴片头坐标系的原点(即一号贴片头)在贴片机坐标系中的位置坐标(x_{1号头-设备},y_{1号头-设备})，所以基准相机偏移量的精确计算公式如下：

本发明的有益效果为：

本发明目的是校正基准相机相对于贴片头的位置关系，贴片头与标定玻璃板没有任何关系。标定玻璃板放在固定相机上，分别用基准相机和固定相机计算其上下表面的中心位置，这两个位置在空间上是一个点，以此原理来计算基准相机相对于贴片头坐标系的位置坐标；本发明能够显著提高芯片的贴装精度，可以精确到小数点后三位。校正的结果见图11，图12和图13的贴装精度对比图，图12为校正之前的贴装精度图，图13为校正之后的贴装精度图。

附图说明

图1为具体实施方式一提出的标定玻璃板正面(朝向基准相机)示意图；

图2为具体实施方式一提出的标定玻璃板背面(朝向固定相机)示意图；

图3为具体实施方式一提出的贴片机全部坐标系统相对位置关系示意图；

图4为具体实施方式一提出的将标定玻璃板放到固定相机上，标定玻璃板背面初始位置示意图；

图5为具体实施方式一提出的将标定玻璃板放到固定相机上，经过调整后，标定玻璃板下表面位置示意图；

图6为具体实施方式一提出的固定相机检测标定玻璃板背面(左侧外圆)1号原点在固定相机坐标系中的位置示意图；

图7为具体实施方式一提出的固定相机检测标定玻璃板背面2号原点(右侧外圆)在固定相机坐标系中的位置示意图；

图8为具体实施方式一提出的固定相机检测标定玻璃板背面4号原点(上侧外圆)在固定相机坐标系中的位置示意图；

图9为具体实施方式一提出的固定相机检测标定玻璃板背面3号原点(下侧外圆)在固定相机坐标系中的位置示意图；

图10为具体实施方式一提出的基准相机检测标定玻璃板正面中心点5号原点在基准相机坐标系中的位置示意图；

图11为具体实施方式一提出的基准相机偏移量的结果。左侧为未校正之前的基准相机偏移量的不精确的值，右侧为校正之后的基准相机偏移量的精确的值；

图12为校正之前的贴装精度图；

图13为校正之后的贴装精度图；

图14为图像处理程序代码中部分1图；

图15为图像处理程序代码中部分2图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10说明本实施方式，本实施方式的一种基准相机偏移量的校正方法具体是按照以下步骤来实现的：

步骤一、将标定玻璃板背面放在固定相机镜头上，再移动基准相机到固定相机中心位置上方，此时标定玻璃板的正面在基准相机视野中心；

步骤二、调用图像处理程序(图像处理程序是编写的代码，目的是为了检测某个点在一张图片中位置坐标，代码如

传递固定相机ID号、检测框的左上角位置和检测框的长与宽，得到标定玻璃板背面1号圆点(左侧外圆)在固定相机坐标系中的位置为(x₁,y₁)；重复执行，依次得到标定玻璃板背面2号圆点(右侧外圆)在固定相机坐标系中的位置为(x₂,y₂)；标定玻璃板背面3号圆点(下侧外圆)在固定相机坐标系中的位置为(x₃,y₃)；标定玻璃板背面4号圆点(上侧外圆)在固定相机坐标系中的位置为(x₄,y₄)，位置坐标的单位都是像素；

步骤三、调用图像处理程序(图像处理程序是编写的代码，目的是为了检测某个点在一张图片中位置坐标)，传递基准相机ID号、检测框的左上角位置和检测框的长与宽，得到标定玻璃板正面中心5号圆点在基准相机坐标系中的位置为(x₅,y₅)，并记录此时贴片头坐标系的原点(即1号贴片头)在贴片机坐标系中的位置坐标为(x_{1号头-设备},y_{1号头-设备})；

贴片头位于贴片机上；

贴片机坐标系以贴片机上一个固定的点为原点，横梁为y轴，垂直横梁方向为x轴；贴片机坐标系是固定的，不动的；

贴片头与基准相机安装在一起，见图3，本发明目的是校正基准相机相对于贴片头的位置关系，贴片头与标定玻璃板没有任何关系。标定玻璃板放在固定相机上，分别用基准相机和固定相机计算其上下表面的中心位置，这两个位置在空间上是一个点，以此原理来计算基准相机相对于贴片头坐标系的位置坐标；

步骤四、计算得到标定玻璃板背面的中心圆心在固定相机坐标系中的位置为(X_{玻璃板中心-固定相机},Y_{玻璃板中心-固定相机})；

步骤五、固定相机在贴片机坐标系中的位置记为(X_{固定相机-设备},Y_{固定相机-设备})；通过坐标系之间的相互转换公式，计算出标定玻璃板的中心在贴片机坐标系中的位置，记为(X_{玻璃板中心-设备},Y_{玻璃板中心-设备})；

由于固定相机在贴片机坐标系中的位置是已知的，具体过程为：一：初始化贴片机相机设置，设置固定相机校正时贴片头的移动长度A，单位为mm，1号贴片头从ANC吸嘴头槽吸取标定吸嘴头以后，移动到固定相机视野正上方，所述标定吸嘴头是校正的目标物；二：将此刻1号贴片头在设备坐标系中的位置设为初始位置，先将1号贴片头沿着设备坐标系的x轴负方向移动A/2长度，再调用图像检测程序，得到标定吸嘴头中心在固定相机中的位置坐标，记为D1(x₁,y₁)；接着将1号贴片头移回初始位置，再将1号贴片头沿着设备坐标系的x轴正方向移动A/2长度，调用图像检测程序，得到标定吸嘴头中心在固定相机中的位置坐标，记为D2(x₂,y₂)；将1号贴片头移回初始位置，再将1号贴片头沿着设备坐标系的y轴负方向移动A/2长度，调用图像检测程序，得到标定吸嘴头中心在固定相机中的位置坐标，记为D3(x₃,y₃)；接着将1号贴片头移回初始位置，再将1号贴片头沿着设备坐标系的y轴正方向移动A/2长度，调用图像检测程序，得到标定吸嘴头中心在固定相机中的位置坐标，记为D4(x₄,y₄)，所述位置坐标的单位是mm；三：将1号贴片头移回步骤二中定义的初始位置，将1号贴片头分别旋转至所述设备坐标系中的0°、90°、180°和270°位置，调用图像检测程序，根据所述的旋转4个角度，得到标定吸嘴头中心圆点在固定相机中的位置坐标，分别记为(x₀,y₀)、(x₉₀,y₉₀)、(x₁₈₀,y₁₈₀)和(x₂₇₀,y₂₇₀)，单位均为像素；并记录下此时1号贴片头在设备坐标系中的位置坐标(x_设备,y_设备)，单位为mm，所述1号贴片头为贴片头坐标系的原点；

四：将1号贴片头旋转至所述设备坐标系中的360°位置，即步骤二中定义的初始位置，重复步骤二，得到4组位置坐标D1′(x′₁,y′₁)、D2′(x′₂,y′₂)、D3′(x′₃,y′₃)、D4′(x′₄,y′₄)，单位为像素；

五：根据二和四获得的贴片头的8个移动位置坐标，计算得到4个旋转角度θ₁、θ₂、θ₁′和θ₂′，最终固定相机坐标系在设备坐标系下的旋转角度为具体过程为：五一：计算D₁、D₂点和D₃、D₄点组成直线在图像坐标系中的角度：

五二：计算D1′、D2′点和D3′、D4′点组成直线在设备坐标系中的角度：

五三：θ₁、θ₂、θ₁′和θ₂′应大致相等，计算固定相机在设备坐标系中的旋转角度：

步骤六、通过坐标系之间的相互转换公式，将标定玻璃板的正面中心在基准相机坐标系坐标值转换到贴片机坐标系中，为(x₅′,y₅′)，再根据贴片头坐标系的原点(即一号贴片头)在贴片机坐标系中的位置坐标(x_{1号头-设备},y_{1号头-设备})，所以基准相机偏移量的精确计算公式如下：

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中将标定玻璃板背面放在固定相机镜头上，具体过程为：

(1)标定玻璃板背面中心的圆心与固定相机坐标系的原点一致，尽可能的接近，这样能提高基准相机偏移量的计算结果精度；

(2)需要不断调整标定玻璃板，使得标定玻璃板背面外圈的四个小圆即1号圆点、2号圆点、3号圆点、4号圆点分别与固定相机镜头中的坐标系轴相交。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤四中计算得到标定玻璃板背面的中心圆心在固定相机坐标系中的位置为(X_{玻璃板中心-固定相机},Y_{玻璃板中心-固定相机})，计算公式如下：

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤四中标定玻璃板背面的中心圆心与标定玻璃板正面的中心圆心是重合的。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤五中通过坐标系之间的相互转换公式，计算出标定玻璃板的中心在贴片机坐标系中的位置，记为(X_{玻璃板中心-设备},Y_{玻璃板中心-设备})；其计算公式如下：

式中：

*为乘号；

(X_{固定相机-设备},Y_{固定相机-设备})为固定相机在贴片机坐标系中的位置，单位是像素；

ω_{固定相机x}为固定相机坐标系x轴到贴片机坐标系的轴的缩放比例，单位是mm/pixel，mm为毫米，pixel为像素；

ω_{固定相机y}为固定相机坐标系y轴到贴片机坐标系的轴的缩放比例，单位是mm/pixel；

θ_固定相机是固定相机坐标系相对于贴片机坐标系的旋转角度，单位是“°”。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述步骤六中通过坐标系之间的相互转换公式，将标定玻璃板的正面中心在基准相机坐标系坐标值转换到贴片机坐标系中，为(x₅′,y₅′)，其计算公式如下：

x₅′＝ω_{基准相机x}*x₅*cosθ_基准相机-ω_{基准相机y}*y₅*sinθ_基准相机

y₅′＝ω_{基准相机x}*x₅*sinθ_基准相机+ω_{基准相机y}*y₅*cosθ_基准相机

式中：

ω_{基准相机x}为基准相机坐标系x轴到贴片机坐标系的轴的缩放比例，单位是mm/pixel；

ω_{基准相机y}为基准相机坐标系y轴到贴片机坐标系的轴的缩放比例，单位是mm/pixel；

θ_基准相机是基准相机坐标系相对于贴片机坐标系的旋转角度，单位是“°”。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

Claims (1)

1.一种基准相机偏移量的校正方法，其特征在于：一种基准相机偏移量的校正方法具体是按照以下步骤来实现的：

步骤一、将标定玻璃板背面放在固定相机镜头上，再移动基准相机到固定相机中心位置上方，此时标定玻璃板的正面在基准相机视野中心；

步骤二、得到标定玻璃板背面1号圆点在固定相机坐标系中的位置为(x₁,y₁)；重复执行，依次得到标定玻璃板背面2号圆点在固定相机坐标系中的位置为(x₂,y₂)；标定玻璃板背面3号圆点在固定相机坐标系中的位置为(x₃,y₃)；标定玻璃板背面4号圆点在固定相机坐标系中的位置为(x₄,y₄)，位置坐标的单位都是像素；

步骤三、得到标定玻璃板正面中心5号圆点在基准相机坐标系中的位置为(x₅,y₅)，并记录此时贴片头坐标系的原点在贴片机坐标系中的位置坐标为(x_{1号头-设备},y_{1号头-设备})；

步骤四、计算得到标定玻璃板背面的中心圆心在固定相机坐标系中的位置为(X_{玻璃板中心-固定相机},Y_{玻璃板中心-固定相机})；

步骤五、固定相机在贴片机坐标系中的位置记为(X_{固定相机-设备},Y_{固定相机-设备})；通过坐标系之间的相互转换公式，计算出标定玻璃板背面中心圆的圆心在贴片机坐标系中的位置，记为(X_{玻璃板中心-设备},Y_{玻璃板中心-设备})；

步骤六、通过坐标系之间的相互转换公式，将标定玻璃板的正面中心在基准相机坐标系坐标值转换到贴片机坐标系中，为(x₅′,y₅′)，再根据贴片头坐标系的原点在贴片机坐标系中的位置坐标(x_{1号头-设备},y_{1号头-设备})，所以基准相机偏移量的精确计算公式如下：

所述步骤一中将标定玻璃板背面放在固定相机镜头上，具体过程为：

(1)标定玻璃板背面中心的圆心与固定相机坐标系的原点一致；

(2)需要不断调整标定玻璃板，使得标定玻璃板背面的四个小圆即1号圆点、2号圆点、3号圆点、4号圆点分别与固定相机镜头中的坐标系轴相交；

所述步骤四中计算得到标定玻璃板背面的中心圆心在固定相机坐标系中的位置为(X_{玻璃板中心-固定相机},Y_{玻璃板中心-固定相机})，计算公式如下：

所述步骤四中标定玻璃板背面的中心圆心与标定玻璃板正面的中心圆心是重合的；

所述步骤五中通过坐标系之间的相互转换公式，计算出标定玻璃板背面中心圆的圆心在贴片机坐标系中的位置，记为(X_{玻璃板中心-设备},Y_{玻璃板中心-设备})；其计算公式如下：

式中：

*为乘号；

(X_{固定相机-设备},Y_{固定相机-设备})为固定相机在贴片机坐标系中的位置，单位是像素；

ω_{固定相机x}为固定相机坐标系x轴到贴片机坐标系的轴的缩放比例，单位是mm/pixel，mm为毫米，pixel为像素；

ω_{固定相机y}为固定相机坐标系y轴到贴片机坐标系的轴的缩放比例，单位是mm/pixel；

θ_固定相机是固定相机坐标系相对于贴片机坐标系的旋转角度，单位是“°”；

所述步骤六中通过坐标系之间的相互转换公式，将标定玻璃板的正面中心在基准相机坐标系坐标值转换到贴片机坐标系中，为(x₅′,y₅′)，其计算公式如下：

x₅′＝ω_{基准相机x}*x₅*cosθ_基准相机-ω_{基准相机y}*y₅*sinθ_基准相机

y₅′＝ω_{基准相机x}*x₅*sinθ_基准相机+ω_{基准相机y}*y₅*cosθ_基准相机

式中：

ω_{基准相机x}为基准相机坐标系x轴到贴片机坐标系的轴的缩放比例，单位是mm/pixel；

ω_{基准相机y}为基准相机坐标系y轴到贴片机坐标系的轴的缩放比例，单位是mm/pixel；

θ_基准相机是基准相机坐标系相对于贴片机坐标系的旋转角度，单位是“°”。