CN111275761A - 一种自适应高度的视觉定位激光标刻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应高度的视觉定位激光标刻方法，包括：对视觉标刻系统的影像系统进行校正，使影像系统与标刻系统重合；在激光相纸上打印相互垂直的直线阵列；调节光源亮度，采集激光相纸图片；对图片进行预处理，检测角点的亚像素坐标；基于二次函数模型进行系统标定，得到图像坐标系与实际标刻坐标系之间的关系；根据图像坐标获取实际标刻位置坐标数据；根据标刻物件的高度对实际标刻位置进行补偿。本发明的标刻方法可自适应标刻物件高度，可完美兼容目前市面上的视觉标刻机；有效抑制光学镜片以及拍摄角度不垂直引入的线性和非线性误差，提高标刻精度；可以对每个标刻对象均进行位置补偿，更进一步提高了激光标刻的精度和适用范围。

Description

一种自适应高度的视觉定位激光标刻方法

技术领域

本发明涉及激光精密加工技术领域，具体涉及一种自适应高度的视觉定位激光标刻方法。

背景技术

随着生产技术的进步，激光标刻面临着新的要求和挑战，需要进行标刻的面积越来越小，而精度要求越来越高。其中具有代表性的是微电子技术中的集成电路技术，其集成度越来越高，电子元件尺寸越来越小，对电子元件的标刻精度要求也日益增高。市面上普通激光标刻机需要通过高精度的工装对标刻物件进行固定来保证标刻精度，且不同物件需要定制不同的工装，不仅极大地增加了生产成本，同时降低了生产效率。

普通激光标刻机面对市场已经逐步落后，不能适用于高精度要求的高端产品的标刻要求，基于视觉定位的自动化激光标刻机已经成为当今时代的必然趋势。现有基于机器视觉的激光标刻系统，其识别平面与标刻平面重合，但实际应用中标刻物件高度各不相同，标刻平面也不尽相同。在识别平面相同的情况下，标刻物件存在一定的高度，激光在传播过程中标刻平面阻挡激光传播到识别平面，减少激光传播光程，降低识别标刻精度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种自适应高度的视觉定位激光标刻方法，可以针对不同高度标刻物件进行定位精度自动补偿，极大地提高了识别标刻的精度和适用范围。

本发明公开了一种自适应高度的视觉定位激光标刻方法，包括：

对视觉标刻系统的影像系统进行校正，使影像系统与标刻系统重合；

在激光相纸上打印相互垂直的直线阵列；

调节光源亮度，采集激光相纸图片；

对图片进行预处理，检测角点的亚像素坐标；

基于二次函数模型进行系统标定，得到图像坐标系与实际标刻坐标系之间的关系；

根据图像坐标获取实际标刻位置坐标数据；

根据标刻物件的高度对实际标刻位置进行补偿。

作为本发明的进一步改进，所述在激光相纸上打印相互垂直的直线阵列，包括：

在视觉标刻软件中输入间隔一定、相互垂直的直线阵列；

调整所述直线矩阵的直线间隔，使直线交点覆盖整个标刻范围，并打印在所述激光相纸上。

作为本发明的进一步改进，对图片的预处理包括：图像增强和亮度调节。

作为本发明的进一步改进，检测角点的亚像素坐标的方法为：

利用亚像素角点检测方法得到所有角点的亚像素坐标。

作为本发明的进一步改进，基于二次函数模型的最小二乘法进行系统标定。

作为本发明的进一步改进，图像坐标系(x，y)与实际标刻坐标系(x’,y’)之间的关系表示为：

x'＝a*x²+b*y²+c*x*y+d*x+e*y+f

y'＝g*x²+h*y²+i*x*y+j*x+k*y+l

式中，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l为坐标转换系数。

作为本发明的进一步改进，根据标刻物件的高度对实际标刻位置进行补偿的补偿值为：

ΔL＝Lh/2f

式中，ΔL为补偿数值，L为标刻物件到标刻中心的水平距离，h为标刻物件的厚度，f为场镜的焦距。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的标刻方法可自适应标刻物件高度，从而可完美兼容目前市面上的视觉标刻机，无需添加新的硬件装置，可以直接对普通视觉激光标刻机进行升级；

2、本发明的标刻方法采用二次函数模型对系统进行标定，可以有效抑制光学镜片以及拍摄角度不垂直引入的线性和非线性误差，提高标刻精度；

3、本发明的标刻方法对每个标刻对象均进行位置补偿，且补偿值与标刻对象高度及位置有一一对应关系，更进一步提高了激光标刻的精度和适用范围。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的自适应高度的视觉定位激光标刻方法的流程图；图2为本发明一种实施例公开的标刻物件高度与位置偏移之间关系示意图；

图3为本发明一种实施例公开的系统标定的相互垂直的直线阵列示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图2所示的标刻物件高度与位置偏移之间关系，其中，标刻物件上表面即为标刻平面，标刻物件的厚度中心平面为识别平面，标刻平面位于识别平面上方h/2处，其中h为标刻物件的厚度。

如图1所示，本发明提供一种自适应高度的视觉定位激光标刻方法，包括：

步骤1、对视觉标刻系统的影像系统进行校正，实现标刻系统与影像系统的高精度校正，使影像系统与标刻系统的高精度重合。

步骤2、在激光相纸上打印相互垂直的直线阵列；其中，

在视觉标刻软件中输入间隔一定、相互垂直的直线阵列；调整直线矩阵的直线间隔，使直线交点覆盖整个标刻范围，并打印在激光相纸上；

如图3所示，本发明在视觉标刻软件中输入间隔为10mm、相互垂直的11行×11列直线阵列，并打印在激光相纸上。

步骤3、调节光源亮度，采集激光相纸图片。

步骤4、对图片进行预处理，检测角点的亚像素坐标；其中，

对图片进行图像增强、亮度调节等一系列预处理，利用亚像素角点检测方法得到所有角点的亚像素坐标。

步骤5、基于二次函数模型最小二乘法进行系统标定，得到图像坐标系与实际标刻坐标系之间的关系；其中，

图像坐标系(x，y)与实际标刻坐标系(x’,y’)之间的关系表示为：

x'＝a*x²+b*y²+c*x*y+d*x+e*y+f

y'＝g*x²+h*y²+i*x*y+j*x+k*y+l

式中，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l为坐标转换系数；

该方程组包含12各未知数，因此至少需要6个点才能求出转换参数。实际实施过程中采用121点，可以得到如下方程组：

利用最小二乘法求解上述超定方程得到转换参数a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l。

步骤6、根据图像坐标获取实际标刻位置坐标数据。

步骤7、根据标刻物件的高度对实际标刻位置进行补偿；其中，

根据标刻物件的高度对实际标刻位置进行补偿的补偿值为：

ΔL＝Lh/2f

式中，ΔL为补偿数值，L为标刻物件到标刻中心的水平距离，h为标刻物件的厚度，f为场镜的焦距。

本发明的优点为：

1、本发明的标刻方法可自适应标刻物件高度，从而可完美兼容目前市面上的视觉标刻机，无需添加新的硬件装置，可以直接对普通视觉激光标刻机进行升级；

2、本发明的标刻方法采用二次函数模型对系统进行标定，可以有效抑制光学镜片以及拍摄角度不垂直引入的线性和非线性误差，提高标刻精度；

3、本发明的标刻方法对每个标刻对象均进行位置补偿，且补偿值与标刻对象高度及位置有一一对应关系，更进一步提高了激光标刻的精度和适用范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自适应高度的视觉定位激光标刻方法，其特征在于，包括：

对视觉标刻系统的影像系统进行校正，使影像系统与标刻系统重合；

在激光相纸上打印相互垂直的直线阵列；

调节光源亮度，采集激光相纸图片；

对图片进行预处理，检测角点的亚像素坐标；

基于二次函数模型进行系统标定，得到图像坐标系与实际标刻坐标系之间的关系；

根据图像坐标获取实际标刻位置坐标数据；

根据标刻物件的高度对实际标刻位置进行补偿。

2.如权利要求1所述的视觉定位激光标刻方法，其特征在于，所述在激光相纸上打印相互垂直的直线阵列，包括：

在视觉标刻软件中输入间隔一定、相互垂直的直线阵列；

调整所述直线矩阵的直线间隔，使直线交点覆盖整个标刻范围，并打印在所述激光相纸上。

3.如权利要求1所述的视觉定位激光标刻方法，其特征在于，对图片的预处理包括：图像增强和亮度调节。

4.如权利要求1所述的视觉定位激光标刻方法，其特征在于，检测角点的亚像素坐标的方法为：

利用亚像素角点检测方法得到所有角点的亚像素坐标。

5.如权利要求1所述的视觉定位激光标刻方法，其特征在于，基于二次函数模型的最小二乘法进行系统标定。

6.如权利要求5所述的视觉定位激光标刻方法，其特征在于，图像坐标系(x，y)与实际标刻坐标系(x’,y’)之间的关系表示为：

x'＝a*x²+b*y²+c*x*y+d*x+e*y+f

y'＝g*x²+h*y²+i*x*y+j*x+k*y+l

式中，a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l为坐标转换系数。

7.如权利要求1所述的视觉定位激光标刻方法，其特征在于，根据标刻物件的高度对实际标刻位置进行补偿的补偿值为：

ΔL＝Lh/2f

式中，ΔL为补偿数值，L为标刻物件到标刻中心的水平距离，h为标刻物件的厚度，f为场镜的焦距。

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