CN118115590A

CN118115590A - 一种基于机器视觉的ctp定位校正方法

Info

Publication number: CN118115590A
Application number: CN202410298775.5A
Authority: CN
Inventors: 张宪明
Original assignee: Dayu Vision Technology Henan Co ltd
Current assignee: Dayu Vision Technology Henan Co ltd
Priority date: 2024-03-15
Filing date: 2024-03-15
Publication date: 2024-05-31

Abstract

一种基于机器视觉的CTP定位校正方法，通过标定过程，建立世界坐标系和图像坐标系之间的映射关系，对AB两个特征点进行拍摄，计算A点的世界坐标和B点的世界坐标，利用A点的世界坐标、B点的世界坐标、旋转中心世界坐标、图像中心世界坐标，从而计算出X、Y、Q轴补偿值，根据得出的X轴补偿值、Y轴补偿值及Q轴补偿值，利用图像采集装置和运动装置进行CTP产品位置校正，实现对工作台上物体位置的准确检测和定位。

Description

一种基于机器视觉的CTP定位校正方法

技术领域

本发明涉及CTP技术领域，具体说的是一种基于机器视觉的CTP定位校正方法。

背景技术

CTP中的FPC，也被称为柔性电路板。这是一种电子电路板，通常由柔性的绝缘材料制成，可以弯曲和卷曲，适用于那些需要曲线或不规则形状的电子设备。FPC主要用于连接电子元件，例如在移动设备、相机、医疗设备和汽车电子中常见。FPC制造过程中可能会出现许多不可见于肉眼的缺陷，如偏位、异物、缺失、不均匀的涂覆等。这些缺陷可能会影响电路的连接性、可靠性和性能。因此，对FPC上的这些微小缺陷进行精确检测变得至关重要。使用自动光学技术对FPC产品进行缺陷检测，可以提高生产效率、减少人为误差并提高检测精度。

在对FPC进行机器视觉缺陷检测前，平台对CTP产品进行上料，在通过坐标进行的位置控制上料中，由于机械误差，CTP产品与工作台行成的世界坐标系中X、Y、Q轴并非垂直关系，会存在角度偏差问题，而图像坐标系中xy是垂直的，世界坐标系与图像坐标系之间的夹角差异可能会导致定位或测量的偏差。因此，对平台上的CTP产品位置校正是不可或缺的一步，以保证后续图像采集的完整性，提高检测的准确性和效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于机器视觉的CTP定位校正方法，通过标定过程，建立世界坐标系和图像坐标系之间的映射关系，从而计算出X、Y、Q轴补偿值，实现对工作台上物体位置的准确检测和定位。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：包括以下具体步骤：

步骤1、将CTP产品放置在具有运动装置的定位平台上，图像采集装置位于定位平台上方可按世界坐标系X轴移动，运动装置可带动定位平台进行世界坐标系Y轴移动或世界坐标系Q轴旋转，驱动图像采集装置移动和/或运动装置在Y轴移动，使CTP产品上侧的两个特征点清楚显示在检测视野中间，调整后的位置作为初始位置；

步骤2、设定初始位置的初始机械坐标，在初始位置利用图像采集装置采集图像，提取图像中特征点的初始图像坐标，根据设定的移动值，依次利用图像采集装置进行世界坐标系X轴移动，利用运动装置进行世界坐标系Y轴移动以及世界坐标系Q轴旋转，图像采集装置和运动装置在移动后回到初始位置，记录分别移动后的机械坐标与移动后特征点的图像坐标，根据世界坐标系下机械坐标的变化映射特征点在图像坐标系下的变化，基于三角函数和勾股定理，得出X方向的像素当量K、Y方向的像素当量K'、世界坐标系X轴与图像坐标系x轴夹角α、世界坐标系Y轴与图像坐标系x轴夹角β、旋转中心的图像坐标(x、y)；

步骤3、依据得出旋转中心的世界坐标(X、Y)，其中，(X',Y')为初始机械坐标；

步骤4、利用图像采集装置获取CTP产品上侧两个特征点A、B的图像坐标，利用公式(1)(2)，获得A点的世界坐标和B点的世界坐标；

Column*K'＝(X”-X')cosα+(Y”-Y')*cosβ (1)

Row*K＝(X”-X')*sinα+(Y”-Y')*sinβ (2)

其中，(Column，Row)为输入的图像坐标，(X”,Y”)为输出的世界坐标；

步骤5、计算A、B点世界坐标连线与世界坐标系X轴的夹角γ，γ作为Q轴的补偿值，计算A点世界坐标与世界坐标系旋转中心连线后与世界坐标系X轴的夹角θ，计算A点与世界坐标系旋转中心连线的长度R，依据公式(3)(4)得到A点旋转后的世界坐标(XA，YA)，获取图像坐标系中心的坐标值，利用公式(1)(2)，得到图像中心世界坐标，再比较A点旋转后的世界坐标和图像中心世界坐标，得出X轴补偿值和Y轴补偿值；

XA＝X+R*cos(θ-γ)-R*sin(θ-γ)/tan(β-α) (3)

YA＝Y+R*sin(θ-γ)/sin(β-α) (4)

步骤6、根据得出的X轴补偿值、Y轴补偿值及Q轴补偿值，利用图像采集装置和运动装置进行CTP产品位置校正。

本发明提取特征点的方法为，若CTP产品有mark点，选择距离FPC安装位置更近的mark点作为特征点，若CTP产品无mark点，打光使CTP产品的玻璃区域与边框区域分界，经图像处理获取玻璃区域的轮廓线，分割轮廓获取直线区域，拟合直线，获取两条拟合直线的交点即产品角点，选择距离FPC安装位置更近的产品角点作为特征点。

本发明有益效果是：在相比于其他定位方式，该方法定位精度高，通用性强，可以对不同尺寸的产品进行定位，且流程简单，无需借助标定板标定。通过该发明的CTP定位方法，可以方便迅速可靠地完成对CTP位置的校正，解决产品位置不正影响后续图像采集以及检测的问题。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的上料装置示意图；

图3为本发明平台旋转补偿示意图；

图4为本发明世界坐标系和图像坐标系的映射关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出发明的较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。这里，将给出相应附图对本发明进行详细说明。需要特别说明的是，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用于限制或限定本发明。

如图2所示，本方法基于的运动装置、图像采集装置和定位平台实现，运动装置安装在定位平台底部，包括Y轴移动部件以及Q轴旋转部件，Y轴移动以带动动定位平台移动实现，Q轴移动以转动定位平台实现，运动装置的移动值由上位机进行控制，图像采集装置包括相机和X轴移动部件，可以采集到CTP产品的两个角的图像，所有数据的计算与传输均传入上位机中，上位机的计算、显示、传输、控制过程及配套设备为常规技术，不再赘述，定位平台用于放置CTP产品，CTP产品为板状结构，其上安装有FPC。

参见图1，一种基于机器视觉的CTP定位校正方法，包括以下步骤：A、准备定位平台，针对有些产品有清晰mark点、有些产品mark点不清晰或没有mark的情况，在定位平台的上方设有点光源以及环形光源；并在定位平台上方采用合适倍率的镜头以及相机，要保证后续标定以及对位拍照时检测产品的一侧两个角点在检测视野中间，可通过移动图像采集装置和运动装置实现，图像采集装置未移动之前所处位置为世界坐标系的原点，移动图像采集装置和运动装置调整后相较于原点到达的位置坐标为初始机械坐标。

B、在初始位置利用图像采集装置采集图像，提取图像中特征点的初始图像坐标，提取特征点进行定位。

B1、有mark点产品首先创建模板，算法使用模板匹配的方式识别mark点在图像中的位置，选择距离FPC安装位置更近的mark点作为特征点；

B2、无mark点产品选择合适的打光方式，使待检测区域一侧的玻璃区域与边框区域分界更明显，使用图像处理算法，对图像进行阈值处理，区分出图像的玻璃区域，获取轮廓线，分割轮廓获取直线区域，拟合直线，即边角的两条边，获取两条拟合直线的交点即产品角点，通过识别角点在图像中的位置进行定位，选择距离FPC安装位置更近的产品角点作为特征点。

C、对机器视觉相机进行标定处理，输出标定文件。为了检测值更准确，需要先对相机进行标定处理，得到标定文件，文件中包括像素当量、旋转中心坐标、世界坐标系与图像坐标系夹角、原点偏移值参数，根据这些参数可建立图像坐标和世界坐标的转换关系。

C1、初始位置机械坐标为(X0,Y0)，图像采集装置拍照获得特征点图像坐标为(X₀′,Y₀′)。

C2、仅移动X轴(图像采集装置)，分别向正方向X+及反方向X-移动设定距离，总移动距离为L1，这样设计可减小平台大小，或向同一方向一次移动直实距离L1。L1可根据定位平台大小进行设定，例如，特征点沿X+方向移动5mm,再沿X-方向移动10mm，真实距离L1为10mm。

以分别向正反方向移动为例，采集两次图像，记录Mark点位置移动第一次图像坐标(X₁′,Y₁′)和机械坐标(X1,Y1)，以及移动第二次的图像坐标(X₂′,Y₂′)和机械坐标(X2,Y2)。根据移动的设定距离，即平移前后的真实距离L1(mm)和图像距离l1(pixel)计算得到x方向像素当量K，以及世界坐标系X轴与图像坐标系x轴夹角AngleA，如下:

C3、复位X轴至初始位置，仅移动Y轴(移动定位平台)，分别向正方向Y+及反方向Y-移动设定距离，总移动距离为L2，或向同一方向一次移动直实距离L2。L2可根据定位平台大小进行设定，例如，特征点沿Y+方向移动5mm,再沿Y-方向移动10mm，真实距离L2为10mm。

以分别向正反方向移动为例，采集两次图像，记录Mark点位置Y向移动第一次图像坐标(X₃′,Y₃′)和机械坐标(X3,Y3)，以及Y向移动第二次的图像坐标(X₄′,Y₄′)和机械坐标(X4,Y4)，根据移动的设定距离，即平移前后的真实距离L2(mm)和图像距离l2(pixel)计算得到y方向像素当量K'，以及世界坐标系Y轴与图像坐标系x轴夹角AngleB,如下。

C4、复位Y轴至初始位置，计算旋转中心的图像坐标：旋转定位平台Q轴两次(顺时针旋转一次，逆时针旋转一次)，采集两次图像，记录旋转角度Angle，Angle可根据定位平台旋转自由度进行设定，记录后复位或在对位前旋转回初始位置，例如，顺时针旋转2度后，逆时针旋转4度，特征点两次位置的旋转角度为4度。

根据图像定位的两次mark点，即特征点旋转的两点确定弦长B(两点连线)，弦长通过特征点两次旋转的图像坐标进行计算，弦中点(X₅′,Y₅′)和原点(X₀′,Y₀′)的角度Tan，计算出来旋转中圆心(centerx,centery)；弦中点(X₅′,Y₅′)为弦长B中心位置。

Radius＝(B/2)/sin(Angle/2)

centerx＝X₅′+(Radius*cos(Angle/2))*sin(Tan)

centery＝Y₅′+(Radius*cos(Angle/2))*cos(Tan)

C5、根据以下公式计算旋转中心的世界坐标:

(x、y)为C4得出旋转中心的图像坐标，(X、Y)为旋转中心的世界坐标，图像坐标系中xy相互垂直，世界坐标中XY会有夹角，其中α为世界坐标系X轴与图像坐标系x轴夹角(C2中求得)，β为世界坐标Y轴与图像坐标x轴的夹角(C3中求得)，K,K'分别为X轴,Y轴方向的像素当量(C2及C3中计算得出)，偏移量X',Y'为初始机械坐标值。

D、对位。如图4所示，分别对产品的AB两个特征点进行拍摄，并通过图像采集装置获取AB两个特征点图像坐标，得到AB两点在图像中的图像坐标(Row,column),结合K、K'、AngleA、AngleB、X'、Y'，通过公式(1)(2)分别将AB两个图像坐标转化到世界坐标系，计算A点的世界坐标和B点的世界坐标。

Column *K'＝ (X”-X')cos(AngleA)+( Y”-Y')*cos(AngleB) (1)

Row *K＝ (X”-X')*sin(AngleA)+( Y”-Y')*sin(AngleB) (2)

E、计算出A与B点世界坐标连线与世界坐标系X轴的夹角γ(参照C2中的夹角计算公式),即最终Q轴需要旋转的角度γ；通过计算世界坐标系的旋转中心到A点连线的长度(旋转半径)R,计算A点世界坐标与世界坐标系旋转中心连线后与世界坐标系X轴的夹角θ(参照C2中的夹角计算公式)，依据公式(3)(4)得到A点旋转后的世界坐标(XA，YA)，如图3所示，利用公式(1)(2)，再将图像的中心坐标转换到世界坐标系中，计算A点旋转后的世界坐标与图像中心世界坐标的偏移值得出X、Y平移量，即图像中心世界坐标x值减去A点旋转后的世界坐标x值为X平移量(补偿值)，图像中心世界坐标y值减去A点旋转后的世界坐标y值为Y平移量(补偿值)。

XA＝X+R*cos(θ-γ)-R*sin(θ-γ)/tan(β-α) (3)

YA＝Y+R*sin(θ-γ)/sin(β-α) (4)

F、输出检测结果，即X、Y轴补偿值以及Q轴的旋转角度补偿值。

G、将F中得出的X、Y轴补偿值以及Q轴的旋转角度补偿值传给运动装置和图像采集装置，进行CTP位置校正。校正后采集相机进行图像采集，用于下一步的缺陷分析。

以上仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制或限定本发明。对于本领域的研究或技术人员来说，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，均应包含在本发明所声明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于机器视觉的CTP定位校正方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

Column *K'＝ (X”-X')cosα+(Y”-Y')*cosβ (1)

Row *K＝ (X”-X')*sinα+(Y”-Y')*sinβ (2)

XA＝X+R*cos(θ-γ)-R*sin(θ-γ)/tan(β-α) (3)

YA＝Y+R*sin(θ-γ)/sin(β-α) (4)

2.如权利要求1所述的基于机器视觉的CTP定位校正方法，其特征在于：提取特征点的方法为，若CTP产品有mark点，选择距离FPC安装位置更近的mark点作为特征点，若CTP产品无mark点，打光使CTP产品的玻璃区域与边框区域分界，经图像处理获取玻璃区域的轮廓线，分割轮廓获取直线区域，拟合直线，获取两条拟合直线的交点即产品角点，选择距离FPC安装位置更近的产品角点作为特征点。