CN112529969A - 贴片机xy轴定位补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种贴片机XY轴定位补偿方法，包括如下步骤：确定下视相机与机械坐标的转换关系；获取第二标定板上四个角上的标定点的第二影像坐标以及所对应的下视相机的相机中心点的第二机械坐标，遍历整张第二标定板的边界条件；依次获取除四个角上的标定点以外的其余标定点的第三影像坐标以及所对应的下视相机的相机中心点的第四机械坐标；建立坐标查找链表；通过双线性插值法计算当前机械坐标与第一机械坐标的差值，以得到X轴、Y轴的补偿值。与现有技术相比，达到精确定位的效果，与单轴标定方法比较，避免了由于机械误差而造成的精度不够的问题，能很好的满足高精度贴附需求。

Description

贴片机XY轴定位补偿方法
技术领域
本发明涉及一种贴片机，特别涉及一种多吸杆的贴片机XY轴定位补偿方法。
背景技术
由于龙门式的多吸杆贴片机XY轴行程较大，为保证所有工作区域贴装精度一致性，要求整个工作区域内XY轴定位精度必须达到一定量级，这就需要两方面来保证，一在硬件方面，设计和安装机械结构部件必须达到一定的强度与精度；二在软件方面，具有XY轴定位补偿算法。目前软件定位补偿算法普遍采用XY轴单独标定补偿的方法，此方法不能解决由于机械安装的非线性带来的整个加工平面补偿精度不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种贴片机XY轴定位补偿方法，要解决的技术问题是通过对XY轴的行程进行补偿，提高定位精度。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案实现：一种贴片机XY轴定位补偿方法，包括如下步骤：
步骤一、在贴片机工作前，采用相机标定法通过第一标定板确定下视相机与机械坐标的转换关系；
步骤二、获取第二标定板上四个角上的标定点的第二影像坐标以及所对应的下视相机的相机中心点的第二机械坐标，通过步骤一中的转换关系换算出四个角的标定点的第三机械坐标并作为下视相机遍历整张第二标定板的边界条件；
步骤三、以第二标定板中除四个角的标定点以外的其余任意一个标定点作为起点，按照设定距离控制下视相机分别在X轴和Y轴方向按顺序移动，依次获取除四个角上的标定点以外的其余标定点的第三影像坐标以及所对应的下视相机的相机中心点的第四机械坐标；
步骤四、根据第二标定板上每个标定点的第三影像坐标与对应的第四机械坐标，建立坐标查找链表；
步骤五、当贴片机工作时，通过将下视相机的相机中心点的当前机械坐标在坐标查找链表中查找出与当前机械坐标最邻近的至少两个标定点的第三影像坐标以及第四机械坐标，通过双线性插值法计算当前机械坐标与第一机械坐标的差值，以得到X轴、Y轴的补偿值。
进一步地，步骤一中通过第一标定板确定下视相机与机械坐标的转换关系具体为，将第一标定板放置在贴片机的加工平台上，移动下视相机，使下视相机的相机中心点对准第一标定板上各标定点中心，获取第一标定板上各标定点的第一影像坐标(u,v)与对应的下视相机的相机中心点的第一机械坐标(Xw,Yw,Zw)，按照顺序分别获取各标定点的第一影像坐标与第一机械坐标，通过下式
Figure BDA0002852969360000021
计算出第一影像坐标与第一机械坐标的转换关系。
进一步地，步骤四中通过CArray类建立坐标查找链表。
进一步地，在步骤三中，按照设定距离控制下视相机分别在X轴和Y轴方向顺序移动具体采用分别在X轴与Y轴方向根据第二标定板上每行或每列中相邻两个标定点的圆心之间的距离移动下视相机。
进一步地，步骤一中相机标定法采用9点相机标定法。
进一步地，步骤五中通过将下视相机的相机中心点的当前机械坐标在坐标查找链表中查找出与当前机械坐标最邻近的至少四个标定点的第三影像坐标以及第四机械坐标，通过双线性插值法计算当前机械坐标与第一机械坐标的差值，以得到X轴、Y轴的补偿值。
进一步地，步骤五中通过将下视相机的相机中心点的当前机械坐标在坐标查找链表中查找出与当前机械坐标最邻近的四个标定点的第三影像坐标以及第四机械坐标。
进一步地，第二标定板为81点标定板。
进一步地，第二标定板的有效面积为400mm×400mm，标定点为圆形黑色。
进一步地，标定点设有9行9列，每行或每列中相邻两个标定点的圆心之间的距离为40mm；标定点的直径为5mm。
本发明与现有技术相比，通过获取第一标定板中标定点的第一影像坐标以及第一机械坐标并计算得到第一影像坐标与和第一机械坐标的比例关系、获取第二标定板四个角的标定点的第二影像坐标和第二机械坐标，通过比例关系换算出四个角上的标定点的第三机械坐标并作为边界条件；遍历第二标定板上的标定点得到第三影像坐标以及第四机械坐标并建立坐标变换表；最后在使用时通过在坐标变换表中查找与当前机械坐标相邻近的至少两个标定点的第三影像坐标以及第四影像坐标，通过双线性插值法计算当前机械坐标与第一机械坐标的差值，以得到X轴、Y轴的补偿值，从而达到精确定位的效果，与单轴标定方法比较，避免了由于机械误差而造成的精度不够的问题，能很好的满足高精度贴附需求。
附图说明
图1是本发明使用的9点标定板的示意图。
图2是本发明使用的81点标定板的示意图。
图3是本发明通过下视相机对第二平面标定板的四个角上的标定点进行拍摄记录的示意图。
图4是本发明通过下视相机对第二标定板上的标定点进行遍历的示意图。
图5是本发明的通过与当前机械坐标相邻近的4个标定点的坐标关系求出标定坐标的关系示意图。
图6是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图6所示，本发明公开了一种贴片机XY轴定位补偿方法，包括如下步骤：
步骤一、在贴片机工作前，采用相机标定法通过第一标定板确定下视相机与机械坐标的转换关系。
具体地，将第一标定板放置在贴片机的加工平台上，移动下视相机，使下视相机的相机中心点对准第一标定板上各标定点中心，获取第一标定板上各标定点的第一影像坐标(u,v)与对应的下视相机的相机中心点的第一机械坐标(Xw,Yw,Zw)，按照顺序分别获取各标定点的第一影像坐标与第一机械坐标，通过下式计算出第一影像坐标与第一机械坐标的转换关系；
Figure BDA0002852969360000041
式中，Zc为比例因子，u0,v0为影像坐标，fx\fy为下视相机的焦距,R为3×3的旋转矩阵，T为3×1的平移矢量，Xw、Yw、Zw为相机中心点的X、Y、Z轴的机械坐标。
在步骤一中，第一标定板采用9点标定板(图1所示)，相应地，如图1所示，步骤一中相机标定法采用9点相机标定法实现。9点标定法较4点标定法与更多点标定法相比在标定精度上和标定时间中比较折中并且合理，在满足标定精度的基础上，所花费的时间相对较少。
步骤二、将第二标定板放置在贴片机的加工平台上，通过下视相机获取第二标定板上四个角上的标定点的第二影像坐标以及所对应的下视相机的相机中心点的第二机械坐标，通过步骤一中的转换关系换算出四个角的标定点的第三机械坐标并作为下视相机遍历整张第二标定板的边界条件。
如图3所示，通过贴片机的下视相机拍摄并获取第二标定板上四个角上的标定点的第二影像坐标以及第二影像坐标所对应的下视相机的相机中心点的第二机械坐标，根据四个标定点的第二影像坐标、第二机械坐标与步骤一得出的第一影像坐标和第一机械坐标的比例关系分别计算出四个角上的标定点所对应的下视相机的相机中心点的第三机械坐标，将四个第三机械坐标作为下视相机遍历整张第二标定板的边界条件。
如图3所示，步骤二中通过贴片机的下视相机拍摄四个角上的标定点时，下视相机的相机中心点与标定点的圆心位于同一直线上。
在本发明中，第二标定板采用81点标定板(图2所示)。
本发明中，第二标定板的面积大于下视相机的行程范围，也就是说，标定板的长、宽大于下视相机的的X轴、Y轴的移动距离。具体地，第二标定板的有效面积为400mm×400mm，标定点为圆形黑色；优选地，标定点设有9行9列，每行或每列中相邻两个标定点的圆心之间的距离为40mm；标定点的直径为5mm。
步骤三、以第二标定板中除四个角的标定点以外的其余任意一个标定点作为起点，按照设定距离控制下视相机分别在X轴和Y轴方向按顺序移动，依次获取除四个角上的标定点以外的其余标定点的第三影像坐标以及所对应的下视相机的相机中心点的第四机械坐标。
在本发明中，设定距离为第二标定板中相邻两个标定点的圆心之间的距离。
如图4所示，在第二标定板的四个角上的标定点之间的方位内，将贴片机的下视相机的相机中心点移动到第二标定板的任意一个标定点(起点)，下视相机的相机中心点对准起点的中心，按照设定距离分别在X轴和Y轴方向上移动下视相机，遍历整张第二标定板，通过下视相机依次拍摄并获取第二标定板上除四个角上的标定点之外的其余标定点所对应的第三影像坐标以及第三影像坐标所对应的下视相机的相机中心点的第四机械坐标。
如图4所示，在步骤三中，在第二标定板的四个角上的标定点之间的方位内，按照设定距离控制下视相机分别在X轴和Y轴方向顺序移动具体采用分别在X轴与Y轴方向根据第二标定板上每行或每列中相邻两个标定点的圆心之间的距离移动下视相机，当标定板上的每行或每列中相邻两个标定点的圆心之间的距离为10mm时，下视相机每次移动的距离为10mm。通过下视相机依次拍摄并获取标定板上除四个角的标定点之外的其余标定点时，下视相机的相机中心点与标定点的中心位置位于同一直线上。
步骤四、根据第二标定板上每个标定点的第三影像坐标(Xr，yr)与对应的第四机械坐标(xl，yl)，通过CArray类建立坐标查找链表，坐标查找链表保存了所有标定点的第三影像坐标(Xr，yr)与第四机械坐标(xl，yl)，以用于补偿算法查找使用；
步骤五、当贴片机工作时，通过将下视相机的相机中心点的当前机械坐标在坐标查找链表中查找出与当前机械坐标最邻近的至少两个标定点的第三影像坐标以及第四机械坐标，通过双线性插值法计算当前机械坐标与第一机械坐标的差值，以得到X轴、Y轴的补偿值。在此步骤中，双线性插值法由于在图像的仿射变换中的插值效果好且运算速度较块，因此能够准确快速的计算出补偿值。
具体地，如图5所示，当贴片机的下视相机的相机中心机械坐标处于标定板的标定点之间时，通过在坐标查找链表中查找出与当前下视相机的相机中心机械坐标最邻近的至少四个标定点的第三影像坐标以及对应的第四机械坐标结合当前机械坐标，通过双线性插值法计算出当前机械坐标与第一机械坐标的差值，从而得到即X轴、Y轴的补偿值。
如图5所示，在步骤五通过双线性插值法计算出当前机械坐标与第一机械坐标的差值具体为，当下视相机的相机中心点的当前机械坐标位于第二标定板的相邻两个标定点之间时，使用双线性插值法，通过在坐标变换表中找到与当前机械坐标最邻近的四个标定点的第三影像坐标(Xr1，yr1)、(Xr2，yr2)、(Xr3，yr3)、(Xr4，yr4)以及对应的第四机械坐标(xl1，yl1)、(xl2，yl2)、(xl3，yl3)、(xl4，yl4)，通过下式计算出当前下视相机X轴和Y轴的补偿后的机械坐标(Xr，yr)，
yr＝((yr3+yr4)/2-(yr1+yr2)/2)×(yl-(yl1+yl2)/2)/((yl3+yl4)/2-(yl1+yl2)/2)+(yr1+yr2)/2)；
Xr＝((Xr2+Xr3)/2-(Xr1+Xr4)/2)×(xl-(xl1+xl4)/2)/((xl2+xl3)/2-(xl1+xl4)/2)+(Xr1+Xr4)/2)。
在得到当前下视相机X轴和Y轴的补偿后的机械坐标(Xr，yr)后，根据该机械坐标对下视相机进行微调。
本发明通过视觉标定与设备软件补偿的办法，达到贴片机吸杆的精确定位的效果，与单轴标定方法比较，避免由于机械误差而造成的精度不够的问题，以满足高精度贴附需求。

Claims (10)

1.一种贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在贴片机工作前，采用相机标定法通过第一标定板确定下视相机与机械坐标的转换关系；
步骤二、获取第二标定板上四个角上的标定点的第二影像坐标以及所对应的下视相机的相机中心点的第二机械坐标，通过步骤一中的转换关系换算出四个角的标定点的第三机械坐标并作为下视相机遍历整张第二标定板的边界条件；
步骤三、以第二标定板中除四个角的标定点以外的其余任意一个标定点作为起点，按照设定距离控制下视相机分别在X轴和Y轴方向按顺序移动，依次获取除四个角上的标定点以外的其余标定点的第三影像坐标以及所对应的下视相机的相机中心点的第四机械坐标；
步骤四、根据第二标定板上每个标定点的第三影像坐标与对应的第四机械坐标，建立坐标查找链表；
步骤五、当贴片机工作时，通过将下视相机的相机中心点的当前机械坐标在坐标查找链表中查找出与当前机械坐标最邻近的至少两个标定点的第三影像坐标以及第四机械坐标，通过双线性插值法计算当前机械坐标与第一机械坐标的差值，以得到X轴、Y轴的补偿值。
2.根据权利要求1所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：步骤一中通过第一标定板确定下视相机与机械坐标的转换关系具体为，将第一标定板放置在贴片机的加工平台上，移动下视相机，使下视相机的相机中心点对准第一标定板上各标定点中心，获取第一标定板上各标定点的第一影像坐标(u,v)与对应的下视相机的相机中心点的第一机械坐标(Xw,Yw,Zw)，按照顺序分别获取各标定点的第一影像坐标与第一机械坐标，通过下式
Figure FDA0002852969350000011
计算出第一影像坐标与第一机械坐标的转换关系。
3.根据权利要求1所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：步骤四中通过CArray类建立坐标查找链表。
4.根据权利要求1所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：在步骤三中，按照设定距离控制下视相机分别在X轴和Y轴方向顺序移动具体采用分别在X轴与Y轴方向根据第二标定板上每行或每列中相邻两个标定点的圆心之间的距离移动下视相机。
5.根据权利要求1所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：步骤一中相机标定法采用9点相机标定法。
6.根据权利要求1所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：步骤五中通过将下视相机的相机中心点的当前机械坐标在坐标查找链表中查找出与当前机械坐标最邻近的至少四个标定点的第三影像坐标以及第四机械坐标，通过双线性插值法计算当前机械坐标与第一机械坐标的差值，以得到X轴、Y轴的补偿值。
7.根据权利要求6所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：步骤五中通过将下视相机的相机中心点的当前机械坐标在坐标查找链表中查找出与当前机械坐标最邻近的四个标定点的第三影像坐标以及第四机械坐标。
8.根据权利要求1所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：第二标定板为81点标定板。
9.根据权利要求8所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：第二标定板的有效面积为400mm×400mm，标定点为圆形黑色。
10.根据权利要求9所述的贴片机XY轴定位补偿方法，其特征在于：标定点设有9行9列，每行或每列中相邻两个标定点的圆心之间的距离为40mm；标定点的直径为5mm。
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