CN110332884B - 上、下ccd相机对位引导方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种上、下CCD相机对位引导方法，其包括如下步骤：通过上CCD相机对产品、下CCD相机对基板分别两次拍照，确定产品、基板的实际位置与产品、基板的预设位置的偏差；根据产品实际的位置与角度的偏差与基板实际的位置与角度的偏差确认产品贴附基板所需的偏转的的位置与角度；通过映射方式确定产品相对基板旋转的补偿角度；产品绕着旋转中心旋转角度。与现有技术相比，本发明的有益效果：通过映射的方式，确认两个坐标的偏差，再通过旋转角度的补偿，从而提高了产品贴附的精确性。

Description

上、下CCD相机对位引导方法

技术领域

本发明涉及贴装、搬运设备视觉引导定位技术领域，尤其涉及一种上、下CCD相机对位引导方法。

背景技术

由于电子产品快速发展和广泛应用，对于电路板产品的品质与工艺的要求也越来越高，早期的手工贴装电子元器件、泡棉、标签已无法满足当前人们对电子产品的要求。越来越多的电子产品采用了表面贴装技术生产，因此对于此类生产设备的视觉引导辅助实现高精度的贴装要求也越来越高。传统的做法是由作业员将被贴装的产品放入定位治具中，辅以工业相机观察，手动移动需要贴装的物料，找到最佳位置进行贴装。这种做法极为不便，且产品良率较低，严重制约了生产的效率、速度以及品质。

2017年06月20日公开的中国专利第CN201710015811.2号专利揭露了一种工业相机视场快速对位方法，用于实现第一物体和第二物体的快速对位。该方法包括：在第一物体上设置第一对位标志和第二对位标志，并在第二物体上设置与第一对位标志和第二对位标志对应的第三对位标志和第四对位标志，第三对位标志和第四对位标志之间的距离等于第一对位标志和第二对位标志之间的距离；平移第二物体，使第三对位标志对准第一对位标志；利用第一对位标志和第二对位标志之间的距离、第三对位标志和第四对位标志之间的距离以及第二对位标志与第四对位标志之间的距离计算剩余旋转角度；以第一对位标志为旋转中心朝向第一物体旋转第二物体，第二物体转动的角度等于剩余旋转角度。本发明采用分步对位法，可实现物体的快速对位。该方法虽然能提高产品贴装的速度，但其对位的准确率未能做到更大化。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种上、下CCD相机对位引导方法，以提高贴装的精度，提高生产效率。

为实现上目的，本发明提供如下技术方案：一种上、下CCD相机对位引导方法，其包括如下步骤：

步骤1：通过上CCD相机对产品、下CCD相机对基板分别两次拍照，确定产品、基板的实际位置与产品、基板的预设位置的偏差；

步骤2：根据产品实际的位置与角度的偏差与基板实际的位置与角度的偏差确认产品贴附基板所需的偏转的的位置与角度；

步骤3，通过映射方式通过映射方式确认产品旋转中心，确认产品相对基板旋转的补偿角度，其步骤包括：

步骤31：建立图像坐标和相机坐标，将两个坐标系通过映射方式得出映射坐标，在映射坐标系中，获得图像偏差量相对基板的偏差量；

步骤32：确认的产品旋转中心；

步骤33：通过上CCD相机拍基板，计算得基板相对于上CCD相机模板的X坐标位置、Y坐标位置、角度坐标位置分别为Dx上、Dy上、Dθ上；下CCD相机拍产品，计算两次第一次：计算相对于下CCD相机模板的X坐标值、Y坐标值、角度坐标值为Dx下、Dy下、Dθ下，第二次：将上CCD相机的角度值Dθ上和下CCD相机的角度值的Dθ下相加，得到最终的贴附角度补偿量Dθ总；

步骤4，产品绕着旋转中心旋转Dθ总角度。

上述步骤1中，上CCD相机通过拍照产品的第一特定特征确认产品的位置与角度与预设值的第一次偏差值，下CCD相机通过拍照基板的第一特定特征确认基板的位置与角度预设值的第一次偏差值；

上CCD相机与下CCD相机分别对产品与基板的第二特定特征进行拍照确定产品、基板的第二个特定特征的位置与角度的第二偏差值，获取产品、基板预设值进行确认第二特定特征的第二偏差值；

根据获取的产品的第一次偏差值与第二次偏差值进行加权平均，获取产品实际的位置与角度的偏差值；根据获取的基板的第一次偏差值与第二次偏差值进行加权平均，获取基板实际的位置与角度的偏差值。

上述步骤31中，通过多点拍照方式映射图像坐标和相机坐标。产品移动至上CCD相机，上CCD相机拍产品的一个特定点，上CCD相机移动多个点拍摄产品特定点，获得多个点产品所述特定点的图像坐标。

上述步骤32中，产品移动至下CCD相机拍照位，旋转360°，每次步长10°,进行10次拍照，每旋转一步，下CCD相机拍照一次，抓取产品特征点，最终获得若干个产品特征点的图像坐标，通过这若干个点来拟合圆，找到圆心坐标，即为标定所得旋转中心，产品绕该旋转中心旋转。

与现有技术相比，本发明的有益效果：通过映射的方式，确认两个坐标的偏差，再通过旋转角度的补偿，从而提高了产品贴附的精确性。

附图说明

图1为本发明上、下CCD对位引导方法的作业流程图。

图2为本发明上、下CCD对位引导方法中确认产品、基板的实际位置与产品、基板的预设位置的偏差的流程图。

图3为本发明上、下CCD对位引导方法中映射方式确定产品相对基板旋转的补偿角度的流程图。

具体实施方式：

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂。下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的现实。

图1至图3所示，本发明为一种上、下CCD对位引导方法，运用通过CCD(工业相机)拍照，实现上下两个产品的对位，并通过机械手臂将上下两个产品进行贴装。例如将泡棉贴装至PCB板上。由于在电子行业小型化的趋势，需要对贴装的精度要求更高。

本发明中，通过控制机械手臂抓取产品(例如泡棉)，控制机械手臂上安装上CCD相机，上CCD相机位于待抓取物(待抓取的产品)的上方，用于对待抓取物进行拍照。

本发明中，还具有基板(例如PCB)，用于贴装抓取物。通常下，一个基板上贴装若干个抓取物。流水生产线中，通过一个定位治具对基板进行定位，由于在治具定位过程中，会出现定位偏差。基板的位置与预定的位置具有一定偏差。下CCD相机位于基板的上方，用于对基板进行拍照。

当机械手臂抓取产品至基板上方，上CCD相机与下CCD相机对产品与基板进行拍照，

参照图1至图3所示，本发明为一种上、下CCD相机对产品贴附于基板进行对位引导方法，其引导方法包括如下：

步骤1：通过上CCD相机对产品、下CCD相机对基板分别两次拍照，确定产品、基板的实际位置与产品、基板的预设位置的偏差；具体的，其包括如下步骤：

步骤11：上CCD相机确认产品的位置与角度第一偏差，下CCD相机确认基板的位置与角度的第一偏差；

具体的，通过上CCD相机获取产品的第一位置特征，通过像素比较，确认产品中心坐标与预设的中心位置的偏差、产品偏移位置角度与预设的位置角度的偏差。

上CCD相机与产品同时随机械手臂运动，在运行前，上CCD相机确认产品标准位置与角度(产品贴附基板最佳位置)，由于机械手臂抓取产品到达指定位置时，产品的位置与角度与预设的标准位置与角度均会有一定的偏差。当机械手臂停止时，上CCD相机针对产品进行连续拍照，根据产品某一特定特征的比较，通过像素比较的方式，获取产品的位置要角度的偏差值。

通过下CCD相机获取基板的第一位置特征，通过像素比较，确认基板偏移位置与角度与预设的偏转位置与角度的第一偏差值(⊿X1\⊿Y1\⊿θ1)。

下CCD相机为固定不动，下CCD相机确认基板的标准位置与角度，当待贴附产品的基板不动时，下CCD相机对基板连续拍照，根据基板某一特定特征的比较，通过像素比较的方式，获取基板的位置要角度的第一偏差值(⊿X2\⊿Y2\⊿θ2)。

步骤12：分别对产品与基板的第二特定特征(例如角点、边缘，更加精细特征显著)进行拍照确定产品、基板的第二个特定特征(例如角点、边缘，更加精细特征显著)的位置与角度的第二偏差值，获取产品、基板的目前实际位置值与角度值，根据第二特定特征的预设值进行确认第二特定特征的第二偏差值。

步骤13：根据获取的产品的第一偏差值(⊿X1\⊿Y1\⊿θ1)与第二特定特征的第二偏差值进行加权平均，获取产品实际的位置与角度的偏差值(⊿X3\⊿Y3\⊿θ3)；根据获取的基板的第一偏差值(⊿X2\⊿Y2\⊿θ2)与第二特定特征的第二偏差值进行加权平均，获取基板实际的位置与角度的偏差值(⊿X4\⊿Y4\⊿θ4)。

步骤2，机械手臂根据产品实际的位置与角度的偏差值(⊿X3\⊿Y3\⊿θ3)与基板实际的位置与角度的偏差值(⊿X4\⊿Y4\⊿θ4)确认产品贴附基板所需的偏转的的位置与角度值(⊿X5\⊿Y5\⊿θ5)。⊿X5＝⊿X3+⊿X4；⊿Y5＝⊿Y3+⊿Y4；⊿θ5＝⊿θ3+⊿θ4；

如果按照(⊿X5\⊿Y5\⊿θ5)的结果进行进行转动的话，在贴附时，当产品相对基板转动⊿θ5角度时，其⊿X5\⊿Y值会随偏转⊿θ5进行改变，也就是说，在实际贴附中，会若通过执行命令，产品移动⊿X5\⊿Y5后，会出现与实际的需要贴附的位置有偏差的现象，该偏差对于精密的设备来说，其质量是不符合要求的。因此，需要进行第3步骤。

步骤3，通过映射方式确定产品相对基板旋转的补偿角度，其步骤包括：

步骤31：建立图像坐标和相机坐标，将两个坐标通过映射方式得出映射坐标，在映射坐标系中，获得图像偏差量相对基板的偏差量；

通过多点(9个点)拍照方式映射两个坐标系(图像坐标和相机坐标)，具体的，通过机械手臂移动上CCD相机分别对产品的一个特定点进行拍照，拍照形成的图片按照像素定义为一个坐标值，机械手臂在拍照同时，也具有一个具有一个实际坐标，上CCD相机通过移动多个点(9个点)拍摄产品特定点，获得多个(9个)产品特定点的图像坐标值与机械手臂(上CCD相机)的实际坐标值。通过映射方式(仿射变换方式)，形成两个坐标系的关系进而得出映射坐标，在映射坐标系中，获得图像偏差量相对基板的偏差量(⊿X5\⊿Y5\⊿θ5)。

步骤32：确认的产品旋转中心：

由于当机械手臂带动产品旋转时，会带来新的坐标位置变化。因此需重新确认产品旋转中心，机械手臂吸取产品移动至下CCD相机拍照位，旋转360°(步长10°,进行10次拍照)，每旋转一步，下CCD相机拍照一次，抓取产品特征点，最终获得36个产品特征点的图片坐标，通过这36个点来拟合圆，找到圆心坐标，即为标定所得旋转中心。产品绕该旋转中心旋转。

步骤33：确认产品旋转后新的坐标位置的值，

获取方式：先确认产品的旋转中心在下CCD相机中的图像坐标位置，当上CCD相机拍基板时，通过计算得基板相对于上CCD相机模板的在映射坐系中的X坐标位置、Y坐标位置、角度坐标位置分别为Dx上、Dy上、Dθ上；下CCD相机取得产品以后，计算两次：第一次：计算相对于下CCD相机模板的X坐标位置、Y坐标值、角度坐标值为Dx下、Dy下、Dθ下，第二次：将上CCD相机的角度值Dθ上和下CCD相机的角度值Dθ下相加，得到最终的贴附角度补偿量Dθ总＝Dθ上+Dθ下。

将新得到的图片与下相机模板作比较，计算产品相对映射坐标系的坐标位置为Dx下新，Dy下新。

步骤4，将机械手臂吸取的产品绕着旋转中心旋转Dθ总角度，产品相对基板贴附的位置：

最终贴附位置：Dx总＝⊿X5+Dx上+Dx下新；

Dy总＝⊿Y5+Dy上+Dy下新。

经过贴附位置比对，Dx总与Dy总的位置相对产品贴附基板最佳位置更加靠近，其贴附的精准性相对来说更高。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡如本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种上、下CCD相机对位引导方法，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤1：通过上CCD相机对产品、下CCD相机对基板分别两次拍照，确定产品、基板的实际位置与产品、基板的预设位置的偏差；

步骤2：根据产品实际的位置与角度的偏差与基板实际的位置与角度的偏差确认产品贴附基板所需的偏转的的位置与角度；

步骤3，通过映射方式通过映射方式确认产品旋转中心，确认产品相对基板旋转的补偿角度，其步骤包括：

步骤31：建立图像坐标和相机坐标，将两个坐标系通过映射方式得出映射坐标，在映射坐标系中，获得图像偏差量相对基板的偏差量；

步骤32：确认的产品旋转中心；

步骤33：通过上CCD相机拍基板，计算得基板相对于上CCD相机模板的X坐标位置、Y坐标位置、角度坐标位置分别为Dx上、Dy上、Dθ上；下CCD相机拍产品，计算两次：第一次：计算相对于下CCD相机模板的X坐标值、Y坐标值、角度坐标值为Dx下、Dy下、Dθ下，第二次：将上CCD相机的角度值Dθ上和下CCD相机的角度值的Dθ下相加，得到最终的贴附角度补偿量Dθ总；

步骤4，产品绕着旋转中心旋转Dθ总角度。

2.如权利要求1所述的上、下CCD相机对位引导方法，其特征在于，上述步骤1中，上CCD相机通过拍照产品的第一特定特征确认产品的位置与角度与预设值的第一次偏差值，下CCD相机通过拍照基板的第一特定特征确认基板的位置与角度预设值的第一次偏差值；

上CCD相机与下CCD相机分别对产品与基板的第二特定特征进行拍照确定产品、基板的第二个特定特征的位置与角度的第二偏差值，获取产品、基板预设值进行确认第二特定特征的第二偏差值；

根据获取的产品的第一次偏差值与第二次偏差值进行加权平均，获取产品实际的位置与角度的偏差值；根据获取的基板的第一次偏差值与第二次偏差值进行加权平均，获取基板实际的位置与角度的偏差值。

3.如权利要求1所述的上、下CCD相机对位引导方法，其特征在于，上述步骤31中，通过多点拍照方式确认图像坐标和相机坐标。

4.如权利要求3所述的上、下CCD相机对位引导方法，其特征在于，产品移动至上CCD相机处，上CCD相机拍产品的一个特定点，上CCD相机移动多个点拍摄产品特定点，获得多个点产品所述特定点的图像坐标与对应的相机的坐标。

5.如权利要求1所述的上、下CCD相机对位引导方法，其特征在于，上述步骤32中，产品移动至下CCD相机拍照位，旋转360°，每次步长10°,进行10次拍照，每旋转一步，下CCD相机拍照一次，抓取产品特征点，最终获得若干个产品特征点的图像坐标，通过这若干个点来拟合圆，找到圆心坐标，即为标定所得旋转中心，产品绕该旋转中心旋转。

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