CN111174696A - 一种基于ccd传感器的激光辅助校准方法及装置 - Google Patents

一种基于ccd传感器的激光辅助校准方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法及装置，方法包括根据电路板上焊盘的初步位置，将摄像头从起始位置移动到焊盘所在的坐标，控制位于摄像头一侧的激光头移动到与摄像头相同的坐标位置上，控制激光头扫描焊盘孔洞的边界，并将边界的坐标信息上传到计算模块；根据采集到的多个边界坐标信息拟合，估算孔洞的中心位置；对比中心位置和摄像头的初步位置，计算出偏差数据，根据偏差数据进行校准；本发明基于CCD传感器，利用摄像头对准初次计算的焊盘孔洞坐标，然后通过激光头获取孔洞的边界坐标，然后拟合获得孔洞的中心坐标，然后根据偏差值进行校准，可以有效的提升设备运行的准确度和精度。

Description

一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法及装置
技术领域
本发明涉及一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法及装置。
背景技术
在通过机器视觉计算出电路板上的焊盘坐标后，因为理论计算由于多种干扰导致其坐标会和实际的坐标有一定的偏差，故需要对这个偏差进行校准，使得计算的坐标点和实际的坐标点相匹配。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法及装置，实现对电路板上焊盘位置的校准。
本发明所采用的技术方案是：一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其包括如下步骤：
步骤一，根据电路板上焊盘的初步位置，将摄像头从起始位置移动到焊盘所在的坐标；
步骤二，控制位于摄像头一侧的激光头移动到与摄像头相同的坐标位置上；
步骤三，控制激光头扫描焊盘孔洞的边界，并将边界的坐标信息上传到计算模块；
步骤四，根据采集到的多个边界坐标信息拟合，估算孔洞的中心位置；
步骤五，重复上述过程，将多次拟合估算的孔洞中心值求平均；
步骤六，对比求平均后的中心位置和摄像头在步骤一中移动到的位置，计算出偏差数据，根据偏差数据进行校准。
进一步的，所述焊盘的焊孔内直径大于等于3毫米。
进一步的，所述摄像头位于电路板的正上方且与电路板垂直，所述激光头与摄像头平行。
进一步的，所述摄像头和激光机均通过由步进电机驱动的二维运动装置进行运动。
进一步的，在步骤三中，焊盘孔洞的边界信息通过边界确定法进行确定，通过激光头的测距功能记录距离变短的瞬间所在的坐标数值，该坐标值即位于焊盘孔洞的边界上。
进一步的，边界确定法的具体方法包括：
a.控制激光头移动，当激光由焊盘孔洞位置移动到孔洞边界上时，激光头测得的距离会瞬间变短，记为第一个阶跃点，记录该点的坐标；
b.将第一个阶跃点作为运动的起点，以该点为圆心，R为半径画圆，找到同样发生距离瞬间变短的第二个点，记录该点的坐标；第二个点与起点构成方向向量，由起点指向第二个点；
c.以方向向量的方向为基准，偏离角度θ，以第二个点为起点进行运动，得到第三个点，记录该点的坐标；
d.根据获得的三个点的坐标，即可求得孔洞的中心位置。
进一步的，为了提高计算精度，在步骤c与d之间还包括如下步骤，重复以最新得到的点为起点，偏离角度θ进行运动，记录更多的阶跃点。
进一步的，利用边界确定法拟合焊盘中心位置的精度水平由下式确定，
Q精度＝(1-Y1θ角度+Y2R半径)+Y3K个数
式中，Q精度为精度水平，θ角度为偏离角度，R半径为第一次画圆时的半径，K个数为确定的阶跃点数量，Y1、Y2、Y3为影响系数；
精度数值越大表示精度水平越高。
一种基于CCD传感器的激光辅助校准装置，其包括用于实现在平面上运动的二维运动装置以及固定在二维运动装置下方的摄像头和激光头。
本发明的积极效果为：本发明基于CCD传感器，利用摄像头对准初次计算的焊盘孔洞坐标，然后通过激光头获取孔洞的边界坐标，然后拟合获得孔洞的中心坐标，然后根据偏差值进行校准，可以有效的提升设备运行的准确度和精度。本发明的方法精度相比常规的校准方法有更高的精度，和更低的出错率，可以适用于绝大部分的电路板或与之相似的结构应用范围广，同时配合装置实现了实现全自动控制无需人为干预。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明实施例第一步示意图；
图3为本发明实施例第二步示意图；
图4为本发明实施例第三步示意图；
图5为本发明实施例第五步示意图；
图6为本发明实施例第六步示意图；
图7为本发明实施例第七步示意图。
具体实施方式
本发明的激光辅助校准方法，包括如下步骤：
步骤一，根据计算得到的电路板上焊盘的初步位置，利用二维运动装置将摄像头从起始位置移动到焊盘所在的坐标，焊盘的焊孔内直径大于等于3毫米，摄像头位于电路板的正上方且与电路板垂直。
电路板上焊盘的初步位置是焊盘在电路板上固定后，通过视觉系统采集得到，初步位置与真实位置不会有过大的偏差。
步骤二，通过二维运动装置控制位于摄像头一侧且与其平行的激光头移动到与摄像头相同的坐标位置上。
二维运动装置由步进电机驱动，步进电机可以记录下当前的位置信息，当摄像头移动到位后，会将此处的位置信息传给二维运动装置，二维运动装置会控制激光头运动到指定的位置。二维运动装置用于实现激光头和摄像头在平面上X、Y两个方向上的运动，实现该运动功能的结构在机械领域较为常见，此处不再赘述。
步骤三，利用边界确定法控制激光头扫描焊盘孔洞的边界，并将边界的坐标信息上传到计算模块。
边界确定方法指的是通过激光头的测距功能来记录距离变短的瞬间所在的坐标数值，通过这种数值发生阶跃变化的方式来确定孔洞的边界。
边界可以认为是通过大量的离散点组成的，在本实施例中，首先将激光头向右移动直到触发。
步骤四，根据采集到的多个边界坐标信息拟合，估算孔洞的中心位置；
步骤五，重复上述过程，将多次拟合估算的孔洞中心值求平均；
步骤六，对比求平均后的中心位置和摄像头在步骤一中移动到的位置，计算出偏差数据，根据偏差数据进行校准。
边界确定法的具体方法包括：
a.控制激光头移动，当激光由焊盘孔洞位置移动到孔洞边界上时，激光头测得的距离会瞬间变短，记为第一个阶跃点，记录该点的坐标；
b.将第一个阶跃点作为运动的起点，以该点为圆心，R为半径画圆，找到同样发生距离瞬间变短的第二个点，记录该点的坐标；第二个点与起点构成方向向量，由起点指向第二个点；
c.以方向向量的方向为基准，偏离角度θ，以第二个点为起点进行运动，得到第三个点，记录该点的坐标；重复以最新得到的点为起点，偏离角度θ进行运动，记录更多的阶跃点，直到搜集足够数目的点为止，这个数目由人为确定，但最少为3个，每次的偏转角度也可以人为更改，第二个点确认时的圆圈半径也由人来确定，根据他们的数值不同会有不同的精度产生，精度数值越大表示精度数值越高。
精度水平由下式确定，
Q精度＝(1-Y1θ角度+Y2R半径)+Y3K个数 (1)
式中，Q精度为精度水平，θ角度为偏离角度，R半径为第一次画圆时的半径，K个数为确定的阶跃点数量，Y1、Y2、Y3为影响系数用于表达每次偏转的角度和第一次画圆的半径和运行的个数对精度参数的影响程度，是通过大量试验测算后的经验值。
d.根据获得的点的坐标，即可确定通过这些点的圆，即为孔洞的边界，求得孔洞的中心位置。
如附图1所示，一种基于CCD传感器的激光辅助校准装置，其包括用于实现在平面上运动的二维运动装置以及固定在二维运动装置下方的摄像头1和激光头2。
实施例
第一步，将摄像头对准除此计算的孔洞圆心坐标，如附图2所示，点3为孔洞边界，点4为初次确定的圆心坐标，如图所示，初次确定的圆心坐标和真正的圆心有一定的偏差。
第二步，将激光头移动到初次确定的圆心坐标，然后从这个坐标开始向右边移动直到触发一次阶跃信号。如图3所示点5为触发阶跃信号的点记录下它的坐标信息，直线6为激光头的运动轨迹。
第三步，以点5为圆心，以点7为起点顺时针画圆直到找到第一个阶跃点8并记录下它的坐标信息如图4所示，弧线9为激光头的运动轨迹。
第四步，连接点5和点8确定初始运动方向，该方向为一个向量由点5指向点8。
第五步，如图5所示以点8为起点，按照向量方向逆时针旋转一定度数后按照这个旋转后的新方向移动，直到找到下一个阶跃点10为止，线段11为激光头的运行轨迹。
第六步，如图6所示按照第5步的顺序进行下去直到采集到的指定数目的阶跃点为止。
第七步，如图7所示根据采集到的的阶跃点进行拟合，拟合出的为圆心真实坐标点12，拟合为
Figure BDA0002297568380000051
式中的X1、Y1为采集到的的多个阶跃点的坐标，X心、Y心为最后拟合出的圆心坐标，r真为最后拟合出的圆心半径，将多个阶跃点带入本公式计算出r真和X心、Y心。
公式3中Y拟1,2,3为测算得到的多个偏差数据，Y平均为这三个偏差数据的平均值目的在于减小误差，偏差数值通过拟合的圆心坐标和实际的运动坐标相减得到
第八步，重复上述的步骤，改变起始点位置重复进行3到4次，将采集的拟合点12进行平均计算，计算公式为
Figure BDA0002297568380000052
第九步，重复上述过程选取至少3个圆孔的坐标差异数值。
第十步，计算平均后的拟合点12和点4的坐标差异对所计算的所有点进行校正。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其特征在于其包括如下步骤：
步骤一，根据电路板上焊盘的初步位置，将摄像头从起始位置移动到焊盘所在的坐标；
步骤二，控制位于摄像头一侧的激光头移动到与摄像头相同的坐标位置上；
步骤三，控制激光头扫描焊盘孔洞的边界，并将边界的坐标信息上传到计算模块；
步骤四，根据采集到的多个边界坐标信息拟合，估算孔洞的中心位置；
步骤五，重复上述过程，将多次拟合估算的孔洞中心值求平均；
步骤六，对比求平均后的中心位置和摄像头在步骤一中移动到的位置，计算出偏差数据，根据偏差数据进行校准。
2.根据权利要求1所述的一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其特征在于所述焊盘的焊孔内直径大于等于3毫米。
3.根据权利要求1所述的一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其特征在于所述摄像头位于电路板的正上方且与电路板垂直，所述激光头与摄像头平行。
4.根据权利要求1所述的一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其特征在于所述摄像头和激光机均通过由步进电机驱动的二维运动装置进行运动。
5.根据权利要求1所述的一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其特征在于在步骤三中，焊盘孔洞的边界信息通过边界确定法进行确定，通过激光头的测距功能记录距离变短的瞬间所在的坐标数值，该坐标值即位于焊盘孔洞的边界上。
6.根据权利要求5所述的一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其特征在于边界确定法的具体方法包括：
a.控制激光头移动，当激光由焊盘孔洞位置移动到孔洞边界上时，激光头测得的距离会瞬间变短，记为第一个阶跃点，记录该点的坐标；
b.将第一个阶跃点作为运动的起点，以该点为圆心，R为半径画圆，找到同样发生距离瞬间变短的第二个点，记录该点的坐标；第二个点与起点构成方向向量，由起点指向第二个点；
c.以方向向量的方向为基准，偏离角度θ，以第二个点为起点进行运动，得到第三个点，记录该点的坐标；
d.根据获得的三个点的坐标，即可求得孔洞的中心位置。
7.根据权利要求6所述的一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其特征在于为了提高计算精度，在步骤c与d之间还包括如下步骤，重复以最新得到的点为起点，偏离角度θ进行运动，记录更多的阶跃点。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于CCD传感器的激光辅助校准方法，其特征在于利用边界确定法拟合焊盘中心位置的精度水平由下式确定，
Q精度＝(1-Y1θ角度+Y2R半径)+Y3K个数
式中，Q精度为精度水平，θ角度为偏离角度，R半径为第一次画圆时的半径，K个数为确定的阶跃点数量，Y1、Y2、Y3为影响系数；
精度数值越大表示精度水平越高。
9.一种基于CCD传感器的激光辅助校准装置，其特征在于其包括用于实现在平面上运动的二维运动装置以及固定在二维运动装置下方的摄像头(1)和激光头(2)。
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