CN115100131B - 一种高精度视觉对位方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度视觉对位方法和系统。通过设置对位平台的脉冲当量和对位阈值，脉冲当量＜对位阈值；将物料的目标位置设置在视觉系统对位平台的旋转中心；获取视觉系统在静止状态下多次测得的物料位置信息的角度极差；根据对位阈值和角度极差获取旋转中心到物料当前位置的临界距离；将物料放置在视觉系统对位平台上，记录物料的当前位置；采集视觉系统的对位数据，根据对位数据获取物料当前位置的平移校正量和旋转校正量；建立旋转校正量的分段趋近函数；当旋转中心到物料的当前位置的距离≥临界距离时，根据分段趋近函数计算出物料的实际旋转校正量；根据平移校正量和实际旋转校正量对物料进行位置校正，从而提升机器视觉系统的对位精度。

Description

一种高精度视觉对位方法和系统
技术领域
本发明涉及视觉定位引导技术领域，具体而言，涉及一种高精度视觉对位方法和系统。
背景技术
目前，在如面板、3C、半导体、新能源等生产制造领域，各生产厂家都在致力于提高生产制造的精度。各生产制造环节的相关设备都在大量地使用机器视觉技术进行定位、引导、测量和识别。在定位、引导等与对位贴合相关的设备中，机器视觉系统的精度直接关系着产品质量的好坏。
现有的机器视觉对位系统的精度普遍不高，视觉对位管控阈值一般在±15u至±30u，想要将视觉对位管控阈值控制在±15u以下非常困难。因此，如何提升视觉系统的对位能力，保证视觉系统对位到更小的阈值成为研究的重点。
现有的对位系统算法都是将对位校正量dx、dy和dr当做一个整体。该对位系统算法最常见的问题是：受到对位校正平台旋转中心和产品在平台放料位置的影响，为提高视觉系统的对位能力，角度校正量dr与平移校正量dx、dy需要分开考量，导致当对位过程中平移校正量dx和dy都已经校正到对位OK平移阈值范围内时，角度校正量dr还没有校正到对位OK角度阈值范围内。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有机器视觉系统的对位精度较差。目的在于提供一种高精度视觉对位方法和系统，实现提升现有机器视觉系统的对位精度。
本发明通过下述技术方案实现：
一方面，
本发明提供一种高精度视觉对位方法，包括以下步骤：
设置视觉系统对位平台的脉冲当量和对位阈值，脉冲当量＜对位阈值；将物料目标位置设置在视觉系统对位平台的旋转中心；
将物料放置在视觉系统对位平台上；
控制视觉系统对位平台按照脉冲当量进行多次平移；每平移一次，获取视觉系统在静止状态下测得的物料当前位置，以及视觉系统根据物料目标位置和物料当前位置分析得出的对位数据，得到多个物料当前位置和多个对位数据；
根据多个物料当前位置获取物料当前位置的角度极差；根据对位阈值和角度极差获取旋转中心到物料当前位置的临界距离；
根据多个对位数据获取物料当前位置的平移校正量和旋转校正量；
建立旋转校正量的分段趋近函数；
当旋转中心到物料当前位置的距离≥临界距离时，根据分段趋近函数获取物料的实际旋转校正量；
根据平移校正量和实际旋转校正量对物料进行位置校正，完成视觉对位。
进一步的，
临界距离表示视觉系统不发生对位振荡情况下，旋转中心到物料当前位置的最大距离。
进一步的，
临界距离的获取方法包括以下步骤：
定义临界距离函数表达式
Figure BDA0003700841540000021
其中，L表示临界距离，D表示对位阈值，θ表示角度极差；
利用临界距离函数表达式计算得到临界距离。
进一步的，
分段趋近函数的表达式为：
Figure BDA0003700841540000022
其中，dr’表示物料的实际旋转校正量，m表示旋转校正量调整参数，dr表示视觉系统得到的旋转校正量，d表示物料当前位置在X方向或Y方向上的位置偏差，L’表示旋转中心到物料当前位置的实际距离。
进一步的，
平移校正量和所述旋转校正量的获取方法为：采用解耦的方式将对位数据拆分为平移校正量和旋转校正量。
进一步的，
高精度视觉对位方法还包括以下步骤：将旋转中心的位置信息和物料当前位置信息标定到同一坐标系中。
进一步的，
高精度视觉对位方法还包括以下步骤：当旋转中心到物料的当前位置的距离＜临界距离时，以视觉系统得到的旋转校正量作为物料的实际旋转校正量。
另一方面，
本发明提供一种高精度视觉对位系统，包括：
脉冲当量设置模块，用于设置视觉系统对位平台的脉冲当量；
对位阈值设置模块，用于设置视觉系统对位平台的对位阈值，脉冲当量＜对位阈值；
目标位置设置模块，用于将物料的目标位置设置为视觉系统对位平台的旋转中心位置；
对位平台控制模块，用于控制视觉系统对位平台按照脉冲当量进行多次平移；
物料位置记录模块，用于获取视觉系统在每次平移后处于静止状态下测得的物料当前位置，得到多个物料当前位置；
对位数据采集模块，用于视觉系统根据物料目标位置和物料当前位置分析得出的对位数据，得到多个对位数据
角度极差计算模块，用于根据多个物料当前位置获取物料当前位置的角度极差；
临界距离计算模块，用于根据对位阈值和角度极差计算得到旋转中心到物料当前位置的临界距离；
校正量获取模块，用于根据视觉系统的对位数据采用解耦的方式将对位数据拆分为平移校正量和旋转校正量；
模型构建模块，建立旋转校正量的分段趋近函数；
旋转校正量计算模块，根据分段趋近函数计算出当旋转中心到物料的当前位置的距离≥临界距离时物料的实际旋转校正量；
位置校正模块，用于根据平移校正量和实际旋转校正量对物料进行位置校正，完成视觉对位。
进一步的，
临界距离计算模块包括：临界距离函数构建单元，用于建立临界距离计算表达式。
进一步的，
高精度视觉对位系统还包括：
位置信息标定模块，用于将旋转中心的位置信息和物料当前位置信息标定到同一坐标系中；
旋转校正量赋值模块，用于在旋转中心到物料的当前位置的距离＜临界距离情况下，将视觉系统得到的旋转校正量赋值给物料的实际旋转校正量。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的一种高精度视觉对位方法及系统，通过设置较现有视觉系统的管控阈值更小的对位阈值，将视觉系统的脉冲当量限制在对位阈值范围内，并以视觉系统不发生对位振荡为前提，设置对位平台旋转中心到物料当前位置的临界距离，在临界距离条件下建立旋转校正量的分段趋近函数，进而获得物料的实际旋转校正量，根据视觉系统的平移校正量和获得的实际旋转校正量进行视觉对位，实现提升现有机器视觉系统的对位精度；
2、本发明提供的一种高精度视觉对位方法及系统，可实现在视觉系统对位平台的行程范围内使物料的平移校正量和旋转校正量都能校正到对位阈值范围内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种高精度视觉对位方法流程示意图；
图2为本发明实施例1提供的临界距离、对位阈值与角度极差之间的关系示意图；
图3为本发明实施例1提供的视觉系统发生对位振荡情况下临界距离与旋转中心距物料当前位置的实际距离、物料实际位置偏差与对位阈值之间的关系示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
由于现有的对位系统算法将物料的平移校正量(X方向对位校正量dx、Y方向对位校正量dy)和旋转校正量dr作为一个整体，导致在对位过程中，平移校正量dx、dy已校正到平移阈值范围内时，旋转校正量dr还没有校正到角度阈值范围，从而影响机器视觉对位系统的对位精度。
针对现有技术的缺陷，本实施例提供一种高精度视觉对位方法，其实施流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：设置视觉系统对位平台的脉冲当量和对位阈值，并且设置脉冲当量＜对位阈值。
本实施例的视觉系统对位平台为XYTheta对位平台或UVW对位平台，并且需要保证设置的脉冲当量比对位阈值小。例如，当视觉系统对位平台的对位阈值要求达到±1u，则应将对位平台的一个脉冲走位设置为小于1u，其目的是将对位平台的一次位移量控制在管控阈值范围内，从而确保视觉系统的精度。
步骤2：将物料的目标位置设置在视觉系统对位平台的旋转中心。
步骤3：将物料放置在视觉系统对位平台上。
步骤4：控制视觉系统对位平台按照脉冲当量进行多次平移；每平移一次，获取视觉系统在静止状态下测得的物料当前位置，以及视觉系统根据物料目标位置和物料当前位置分析得出的对位数据，得到多个物料当前位置和多个对位数据。并将旋转中心的位置信息和物料当前位置信息标定到同一坐标系中。
如图2所示，对位平台的旋转中心位置坐标为(X0,Y0)，物料的当前位置坐标为(Xc,Yc,Rc)，二者的位置坐标已标定在同一个坐标系。Rr即静态测量时的角度极差，图2中θ＝Rr，当对位平台的旋转中心到物料当前位置的距离为L且角度极差为θ时，视觉系统的测量结果会在X方向或Y方向上产生距离为D的跳动。如果在对位过程中，视觉系统的测量结果会在X方向或Y方向上产生距离为D的跳动大于设置的对位阈值，则视觉系统会发生振荡现象，此时需多次重复操作才能完成对位，达到对位阈值要求。
步骤5：获取视觉系统在静止状态下多次测得的物料位置信息的角度极差(Rx,Ry,Rr)。
本实施例中视觉系统分别测量了两组物料位置信息，每组物料位置信息包含了32个测量数据，最终得到如表1所示的物料位置信息极差。需说明的是，物料位置信息测量数据的组数可根据实际情况设置。
静态极差 Rx(um) Ry(um) Rr(u°)
1 0.5 0.5 0.8
2 0.5 0.7 0.8
表1物料位置信息极差
步骤6：根据对位阈值和角度极差获取旋转中心到物料当前位置的临界距离。其中，临界距离表示视觉系统不发生对位振荡情况下，旋转中心到物料当前位置的距离的最大值。
包括以下两个步骤：
步骤6.1：定义临界距离函数表达式
Figure BDA0003700841540000051
其中，L表示临界距离，D表示对位阈值，θ表示角度极差；
步骤6.2：利用临界距离函数表达式计算得到临界距离。
步骤7：采集视觉系统的对位数据，根据对位数据获取物料当前位置的平移校正量和旋转校正量。
步骤8：建立旋转校正量的分段趋近函数。分段趋近函数的表达式为：
Figure BDA0003700841540000061
其中，dr’表示物料的实际旋转校正量，m表示旋转校正量调整参数，dr表示视觉系统得到的旋转校正量，d表示物料当前位置在X方向或Y方向上的位置偏差，L’表示旋转中心到物料当前位置的实际距离。当旋转中心到物料的当前位置的距离小临界距离时，以视觉系统得到的旋转校正量作为物料的实际旋转校正量。
设置好对位管控阈值以后，计算出临界距离L，当旋转中心到物料当前位置的距离超过临界距离L时，在对位过程中，采用解耦的方式将对位校正量(dx，dy，dr)拆分为平移校正量(dx,dr)和旋转校正量dr，将旋转校正量采用分段趋近的方式实现。
如图3所示，旋转中心到物料当前位置的距离L’大于临界距离L，且y反向上的跳动D’大于对位阈值。因此通过数据模拟测试的方式得到旋转校正量dr的分段趋近函数，当旋转中心到物料当前位置的距离大于临界距离L时，采用分段趋近函数的表达式计算出物料的实际旋转校正量。
本实施例统计分析了18组数据，如表2所示：
Figure BDA0003700841540000062
Figure BDA0003700841540000071
步骤9：根据平移校正量和实际旋转校正量对物料进行位置校正，完成视觉对位。
根据上述18组数据得到一次对位分析结果见表3：
Figure BDA0003700841540000072
Figure BDA0003700841540000081
表3一次对位分析结果
对位此处统计如表4所示：
对位次数 1 2 3 4
个数 0 12 5 1
占比 0 0.667 0.278 0.056
表4对位次数统计表
综上，在平台精度差于对位管控阈值的情况下，使用本实施例提供的高精度视觉对位方法，能够保证对位校正过程不来回振荡，完成高精度对位，并且视觉对位管控为±1u，经过2-3次对位后收敛。从不同位置进行对位测试，当前位和目标位距离由近到远，只要在UVW平台的行程范围内，都能实现到位。
实施例2
本实施例提供一种用于执行实施例1提供的一种高精度视觉对位方法的系统，包括：
脉冲当量设置模块，用于设置视觉系统对位平台的脉冲当量；
对位阈值设置模块，用于设置视觉系统对位平台的对位阈值，脉冲当量＜对位阈值；
目标位置设置模块，用于将物料的目标位置设置为视觉系统对位平台的旋转中心位置；
对位平台控制模块，用于控制视觉系统对位平台按照脉冲当量进行多次平移；
物料位置记录模块，用于获取视觉系统在每次平移后处于静止状态下测得的物料当前位置，得到多个物料当前位置；
对位数据采集模块，用于视觉系统根据物料目标位置和物料当前位置分析得出的对位数据，得到多个对位数据
角度极差计算模块，用于根据多个物料当前位置获取物料当前位置的角度极差；
临界距离计算模块，用于根据对位阈值和角度极差计算得到旋转中心到物料当前位置的临界距离；
校正量获取模块，用于根据视觉系统的对位数据采用解耦的方式将对位数据拆分为平移校正量和旋转校正量；
模型构建模块，建立旋转校正量的分段趋近函数；
旋转校正量计算模块，根据分段趋近函数计算出当旋转中心到物料的当前位置的距离≥临界距离时物料的实际旋转校正量；
位置校正模块，用于根据平移校正量和实际旋转校正量对物料进行位置校正，完成视觉对位；
位置信息标定模块，用于将旋转中心的位置信息和物料当前位置信息标定到同一坐标系中；
旋转校正量赋值模块，用于在旋转中心到物料的当前位置的距离＜临界距离情况下，将视觉系统得到的旋转校正量赋值给物料的实际旋转校正量。
其中，
临界距离计算模块包括：临界距离函数构建单元，用于建立临界距离计算表达式。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高精度视觉对位方法，其特征在于，包括以下步骤：
设置视觉系统对位平台的脉冲当量和对位阈值，脉冲当量＜对位阈值；将物料目标位置设置在视觉系统对位平台的旋转中心；
将物料放置在视觉系统对位平台上；
控制视觉系统对位平台按照脉冲当量进行多次平移；每平移一次，获取视觉系统在静止状态下测得的物料当前位置，以及视觉系统根据物料目标位置和物料当前位置分析得出的对位数据，得到多个物料当前位置和多个对位数据；
根据多个物料当前位置获取物料当前位置的角度极差；根据对位阈值和角度极差获取旋转中心到物料当前位置的临界距离；所述临界距离的获取方法包括以下步骤：定义临界距离函数表达式
Figure QLYQS_1
；其中，L表示临界距离，D表示对位阈值，
Figure QLYQS_2
表示角度极差；利用临界距离函数表达式计算得到临界距离；
根据多个对位数据获取物料当前位置的平移校正量和旋转校正量；
建立旋转校正量的分段趋近函数；所述分段趋近函数的表达式为：
Figure QLYQS_3
；其中，dr’表示物料的实际旋转校正量，m表示旋转校正量调整参数，dr表示视觉系统得到的旋转校正量，d表示物料当前位置在X方向或Y方向上的位置偏差，L’表示旋转中心到物料当前位置的实际距离；
当旋转中心到物料当前位置的距离≥临界距离时，根据分段趋近函数获取物料的实际旋转校正量；
根据平移校正量和实际旋转校正量对物料进行位置校正，完成视觉对位。
2.根据权利要求1所述的一种高精度视觉对位方法，其特征在于，所述临界距离表示视觉系统不发生对位振荡情况下，旋转中心到物料当前位置的距离的最大值。
3.根据权利要求1所述的一种高精度视觉对位方法，其特征在于，所述平移校正量和所述旋转校正量的获取方法为：采用解耦的方式将对位数据拆分为平移校正量和旋转校正量。
4.根据权利要求1所述的一种高精度视觉对位方法，其特征在于，还包括以下步骤：将旋转中心的位置信息和物料当前位置信息标定到同一坐标系中。
5.根据权利要求1所述的一种高精度视觉对位方法，其特征在于，还包括以下步骤：当旋转中心到物料的当前位置的距离＜临界距离时，以视觉系统得到的旋转校正量作为物料的实际旋转校正量。
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