CN108955530B - 一种机械式光学位置便捷标定系统及其标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开并提供了提供一种机械式光学位置便捷标定系统及其标定方法。本发明通过机台上机械定位的基准进行相对坐标系内位置的精密标定，不需要额外的相机模组和标定工装，仅仅利用机台正常运行所需的模组即可完成标定；标定基准结构更简洁，并可通过机械结构的加工和检测精度管控，控制整机台的标定精度；可不受限于软件算法精度，和图片质量，以及光照的环境影响，仅仅根据机械结构的精度辅助进行标定。本发明适用于电子、光学或半导体测试与自动化领域。

Description

一种机械式光学位置便捷标定系统及其标定方法

技术领域

本发明涉及一种机械式光学位置便捷标定系统及其标定方法。

背景技术

在传统SMT行业，已有成熟的吸嘴模组标定装置，主要通过上下两个不同的相机（一个用于俯拍，一个用于仰拍），对同一定位基准进行拍照并将相对坐标系换算成机台绝对坐标系，然后再计算相对精确位置。此方法涉及到多个操作步骤，且除了需要上下两个相机以外，还需要专门的标定结构工装。而相机模组，包括仰拍和俯拍相机，在正常机台运行中则可能是闲置的，仅仅在机台安装和调试初期进行标定使用。

传统SMT设备标定装置同时依赖于仰拍和俯拍相机模组，并且需要专用的标定工装（参考 CN201410822825.1）。同时需要通过不同相机转换多个不同坐标系，容易引入转换的系统偏差并且进行累计。而且依赖于视觉算法精度，软件对图片处理的精确度决定了标定精度，受图片质量、光学环境和光学成像效果影响较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种机械式光学位置便捷标定系统及其标定方法。本发明通过机台上机械定位的基准进行相对坐标系内位置的精密标定，不需要额外的相机模组和标定工装，仅仅利用机台正常运行所需的模组即可完成标定；标定基准结构更简洁，并可通过机械结构的加工和检测精度管控，控制整机台的标定精度；可不受限于软件算法精度，和图片质量，以及光照的环境影响，仅仅根据机械结构的精度辅助进行标定。

本发明所采用的技术方案是：本发明中的机械式光学位置便捷标定系统包括Y轴运动轨、X轴运动轨、Z轴运动轨、Z轴定位组件、Z轴相机以及机台校准基准块，所述Y轴运动轨固定设置在机台上，所述X轴运动轨通过Y向滑动块11活动设置在所述Y轴运动轨上，所述Z轴运动轨通过X向滑动块21活动设置在所述X轴运动轨上，所述Z轴运动轨上设置有连接块31，所述Z轴定位组件以及所述Z轴相机并列设置在所述连接块31上，所述机台校准基准块设置在机台工作面上并置于所述Z轴定位组件以及所述Z轴相机的下方，所述机台校准基准块与所述Z轴定位组件相适配。

所述Z轴定位组件为精密探针，所述机台校准基准块上设置有与所述精密探针相适配的精密定位针孔，所述精密探针与所述精密定位针孔间隙配合。

所述机台校准基准块与机台工作面之间设置有基准块微调限位块，所述机台校准基准块上沿所述精密定位针孔的周边设置有与所述精密探针相适配的导向角。

所述Z轴定位组件为精密压力传感探头，所述机台校准基准块上设置有与所述精密压力传感探头相适配的定位孔，所述精密压力传感探头为半球形并与所述定位孔过盈配合，所述Z轴运动轨上连接设置有压力传感器，所述压力传感器与所述精密压力传感探头相连接。

所述Z轴定位组件为取放料精密吸嘴，所述机台校准基准块为产品放置槽台，所述产品放置槽台固定设置在机台工作面上。

根据上述的机械式光学位置便捷标定系统来实现的一种机械式光学位置便捷标定方法，它包括以下步骤：

A. 所述Z轴相机拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述精密探针与所述机台校准基准块的相对坐标系转换公式，从而得到所述精密探针的理论移动坐标；

B.在XY两轴的带动下，所述精密探针被移动至所述机台校准基准块的上方，然后在Z轴的带动下降，通过所述导向角慢慢插进所述精密定位针孔内直至与所述精密定位针孔间隙配合，此过程中所述机台校准基准块在所述基准块微调限位块的限定范围内作位置微调，方便所述定位针孔的落位；

C.通过所述精密探针与所述精密定位针孔的间隙配合，达到标定所述精密探针与所述机台校准基准块的精确坐标值的目的。

更优选，根据上述的机械式光学位置便捷标定系统来实现的一种机械式光学位置便捷标定方法，它包括以下步骤：

D. 所述Z轴相机拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述精密压力传感探头与所述机台校准基准块的相对坐标系转换公式，从而得到所述精密压力传感探头的理论移动坐标；

E. 在XY两轴的带动下，所述精密压力传感探头被移动至所述机台校准基准块的上方，并同时在所述机台校准基准块的上方虚拟一个以所述台校准基准块的理论坐标为中心的十字线；

F.每次由所述精密压力传感探头选取十字线上的若干个点，分别在每个点上下降，与所述定位孔进行匹配尝试，一旦所述精密压力传感探头与实体接触压力传感器值会有陡然增高，此时Z轴运动轨停止下降并回到初始Z轴位置；

G.经过多次循环压力检测，可以获得压力-位置变化曲线，根据不同曲线中心值偏差计算获得理论定位孔中心坐标，并进一步以理论中心值做十字线压力检测，最终获得的位置点即为定位孔的精密中心坐标。

更优选，根据上述的机械式光学位置便捷标定系统来实现的一种机械式光学位置便捷标定方法，它包括以下步骤：

H. 所述Z轴相机拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述取放料精密吸嘴与所述产品放置槽台的相对坐标系转换公式，从而得到所述取放料精密吸嘴的理论移动坐标；

I. 所述产品放置槽台位置固定不动，所述取放料精密吸嘴拾取单个产品，然后移动至所述产品放置槽台的位置，将产品缓慢放置在所述产品放置槽台中，此时对产品的XY位置进行精密校对，校对后产品在所述取放料精密吸嘴上的位置发生偏移，但却与产品放置槽台保持一致，此时所述产品放置槽台的坐标为精准坐标；

J.只需保证释放产品的容器根据产品放置槽台的坐标标定完成即可进行高精密的取放料动作。

本发明的有益效果是：本发明方法可用于运动机构包含XYZ直线运动或旋转运动中，高精密的取放料位置标定，或者相对位置精确标定。通过机台上机械定位的基准进行相对坐标系内位置的精密标定，不需要额外的相机模组和标定工装，仅仅利用机台正常运行所需的模组即可完成标定。标定基准结构更简洁，并可通过机械结构的加工和检测精度管控，控制整机台的标定精度。可不受限于软件算法精度，和图片质量，以及光照的环境影响，仅仅根据机械结构的精度辅助进行标定。通过对机台台面精密孔结构进行高精密吻合确定相对位置坐标，高精密吻合判定方法则有精密压力传感探头与孔洞的配合程度。通过机台上微活动定位块与探针的重定位配合，来辅助标定。并不采用统一的标定基准，而是通过机台台面上固定的精密凹槽作为校准基准，对每个取放的产品进行单次位置纠偏。。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的机械式光学位置便捷标定系统包括包括Y轴运动轨1、X轴运动轨2、Z轴运动轨3、Z轴定位组件4、Z轴相机5以及机台校准基准块6，所述Y轴运动轨1固定设置在机台上，所述X轴运动轨2通过Y向滑动块11活动设置在所述Y轴运动轨1上，所述Z轴运动轨3通过X向滑动块21活动设置在所述X轴运动轨2上，所述Z轴运动轨3上设置有连接块31，所述Z轴定位组件4以及所述Z轴相机5并列设置在所述连接块31上，所述机台校准基准块6设置在机台工作面上并置于所述Z轴定位组件4以及所述Z轴相机5的下方，所述机台校准基准块6与所述Z轴定位组件4相适配。

具体实施例1，所述Z轴定位组件4为精密探针，所述机台校准基准块6上设置有与所述精密探针相适配的精密定位针孔，所述精密探针与所述精密定位针孔间隙配合。

所述机台校准基准块6与机台工作面之间设置有基准块微调限位块，所述机台校准基准块6上沿所述精密定位针孔的周边设置有与所述精密探针相适配的导向角。

根据上述机械式光学位置便捷标定系统来实现的机械式光学位置便捷标定方法，它包括以下步骤：

A. 所述Z轴相机5拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述精密探针与所述机台校准基准块6的相对坐标系转换公式，从而得到所述精密探针的理论移动坐标；

B.在XY两轴的带动下，所述精密探针被移动至所述机台校准基准块6的上方，然后在Z轴的带动下降，通过所述导向角慢慢插进所述精密定位针孔内直至与所述精密定位针孔间隙配合，此过程中所述机台校准基准块6在所述基准块微调限位块的限定范围内作位置微调，方便所述定位针孔的落位；

C.通过所述精密探针与所述精密定位针孔的间隙配合，达到标定所述精密探针与所述机台校准基准块6的精确坐标值的目的。

具体实施例2，所述Z轴定位组件4为精密压力传感探头，所述机台校准基准块6上设置有与所述精密压力传感探头相适配的定位孔，所述精密压力传感探头为半球形并与所述定位孔过盈配合，所述Z轴运动轨3上连接设置有压力传感器，所述压力传感器与所述精密压力传感探头相连接。

根据上述机械式光学位置便捷标定系统来实现的机械式光学位置便捷标定方法，它包括以下步骤：

D. 所述Z轴相机5拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述精密压力传感探头与所述机台校准基准块6的相对坐标系转换公式，从而得到所述精密压力传感探头的理论移动坐标；

E. 在XY两轴的带动下，所述精密压力传感探头被移动至所述机台校准基准块6的上方，并同时在所述机台校准基准块6的上方虚拟一个以所述台校准基准块6的理论坐标为中心的十字线；

F.每次由所述精密压力传感探头选取十字线上的若干个点，分别在每个点上下降，与所述定位孔进行匹配尝试，一旦所述精密压力传感探头与实体接触压力传感器值会有陡然增高，此时Z轴运动轨3停止下降并回到初始Z轴位置；

G.经过多次循环压力检测，可以获得压力-位置变化曲线，根据不同曲线中心值偏差计算获得理论定位孔中心坐标，并进一步以理论中心值做十字线压力检测，最终获得的位置点即为定位孔的精密中心坐标。

具体实施例3，所述Z轴定位组件4为取放料精密吸嘴，所述机台校准基准块6为产品放置槽台，所述产品放置槽台固定设置在机台工作面上。

根据上述机械式光学位置便捷标定系统来实现的机械式光学位置便捷标定方法，它包括以下步骤：

H. 所述Z轴相机5拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述取放料精密吸嘴与所述产品放置槽台的相对坐标系转换公式，从而得到所述取放料精密吸嘴的理论移动坐标；

I. 所述产品放置槽台位置固定不动，所述取放料精密吸嘴拾取单个产品，然后移动至所述产品放置槽台的位置，将产品缓慢放置在所述产品放置槽台中，此时对产品的XY位置进行精密校对，校对后产品在所述取放料精密吸嘴上的位置发生偏移，但却与产品放置槽台保持一致，此时所述产品放置槽台的坐标为精准坐标；

J.只需保证释放产品的容器根据产品放置槽台的坐标标定完成即可进行高精密的取放料动作。

本发明适用于电子、光学或半导体测试与自动化领域。

Claims (8)

1.一种机械式光学位置便捷标定系统，其特征在于：它包括Y轴运动轨（1）、X轴运动轨（2）、Z轴运动轨（3）、Z轴定位组件（4）、Z轴相机（5）以及机台校准基准块（6），所述Y轴运动轨（1）固定设置在机台上，所述X轴运动轨（2）通过Y向滑动块（11）活动设置在所述Y轴运动轨（1）上，所述Z轴运动轨（3）通过X向滑动块（21）活动设置在所述X轴运动轨（2）上，所述Z轴运动轨（3）上设置有连接块（31），所述Z轴定位组件（4）以及所述Z轴相机（5）并列设置在所述连接块（31）上，所述机台校准基准块（6）设置在机台工作面上并置于所述Z轴定位组件（4）以及所述Z轴相机（5）的下方，所述机台校准基准块（6）与所述Z轴定位组件（4）接触式适配。

2.根据权利要求1所述的一种机械式光学位置便捷标定系统，其特征在于：所述Z轴定位组件（4）为精密探针，所述机台校准基准块（6）上设置有与所述精密探针相适配的精密定位针孔，所述精密探针与所述精密定位针孔间隙配合。

3.根据权利要求2所述的一种机械式光学位置便捷标定系统，其特征在于：所述机台校准基准块（6）与机台工作面之间设置有基准块微调限位块，所述机台校准基准块（6）上沿所述精密定位针孔的周边设置有与所述精密探针相适配的导向角。

4.根据权利要求1所述的一种机械式光学位置便捷标定系统，其特征在于：所述Z轴定位组件（4）为精密压力传感探头，所述机台校准基准块（6）上设置有与所述精密压力传感探头相适配的定位孔，所述精密压力传感探头为半球形并与所述定位孔过盈配合，所述Z轴运动轨（3）上连接设置有压力传感器，所述压力传感器与所述精密压力传感探头相连接。

5.根据权利要求1所述的一种机械式光学位置便捷标定系统，其特征在于：所述Z轴定位组件（4）为取放料精密吸嘴，所述机台校准基准块（6）为产品放置槽台，所述产品放置槽台固定设置在机台工作面上。

6.一种根据权利要求3所述的一种机械式光学位置便捷标定系统来实现的一种机械式光学位置便捷标定方法，其特征在于，它包括以下步骤：

A. 所述Z轴相机（5）拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述精密探针与所述机台校准基准块（6）的相对坐标系转换公式，从而得到所述精密探针的理论移动坐标；

B.在XY两轴的带动下，所述精密探针被移动至所述机台校准基准块（6）的上方，然后在Z轴的带动下降，通过所述导向角慢慢插进所述精密定位针孔内直至与所述精密定位针孔间隙配合，此过程中所述机台校准基准块（6）在所述基准块微调限位块的限定范围内作位置微调，方便所述定位针孔的落位；

C.通过所述精密探针与所述精密定位针孔的间隙配合，达到标定所述精密探针与所述机台校准基准块（6）的精确坐标值的目的。

7.一种根据权利要求4所述的一种机械式光学位置便捷标定系统来实现的一种机械式光学位置便捷标定方法，其特征在于，它包括以下步骤：

D. 所述Z轴相机（5）拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述精密压力传感探头与所述机台校准基准块（6）的相对坐标系转换公式，从而得到所述精密压力传感探头的理论移动坐标；

E. 在XY两轴的带动下，所述精密压力传感探头被移动至所述机台校准基准块（6）的上方，并同时在所述机台校准基准块（6）的上方虚拟一个以所述台校准基准块（6）的理论坐标为中心的十字线；

F.每次由所述精密压力传感探头选取十字线上的若干个点，分别在每个点上下降，与所述定位孔进行匹配尝试，一旦所述精密压力传感探头与实体接触压力传感器值会有陡然增高，此时Z轴运动轨（3）停止下降并回到初始Z轴位置；

G.经过多次循环压力检测，可以获得压力-位置变化曲线，根据不同曲线中心值偏差计算获得理论定位孔中心坐标，并进一步以理论中心值做十字线压力检测，最终获得的位置点即为定位孔的精密中心坐标。

8.一种根据权利要求5所述的一种机械式光学位置便捷标定系统来实现的一种机械式光学位置便捷标定方法，其特征在于，它包括以下步骤：

H. 所述Z轴相机（5）拍下机台工作面的照片，然后进行图像识别进而获得所述取放料精密吸嘴与所述产品放置槽台的相对坐标系转换公式，从而得到所述取放料精密吸嘴的理论移动坐标；

I. 所述产品放置槽台位置固定不动，所述取放料精密吸嘴拾取单个产品，然后移动至所述产品放置槽台的位置，将产品缓慢放置在所述产品放置槽台中，此时对产品的XY位置进行精密校对，校对后产品在所述取放料精密吸嘴上的位置发生偏移，但却与产品放置槽台保持一致，此时所述产品放置槽台的坐标为精准坐标；

J.只需保证释放产品的容器根据产品放置槽台的坐标标定完成即可进行高精密的取放料动作。