视觉对位控制装置以及校准方法与流程

本发明涉及PCB技术领域，尤其涉及一种视觉对位控制装置以及校准方法。

背景技术：

在锡膏印刷与贴合行业中，经常需要到高精度重复对位，特别是随着近年来，手机市场的火热，在玻璃印刷与手机膜贴合中，提出了更高的精度与效率要求。传统的销钉、夹具定位已经很难达到工艺要求。

人们逐渐将目光转移到机器视觉自动对位上，开始使用角度固定的两个CCD摄像机在产品上的两个位置识别点之间移动，这样的一套设备仅能够针对特定类型的产品，不能够在多种类型的产品中广泛应用。

此外，现有技术中在标定时对位平台和视觉系统通信连接，在对位平台运动至一个位置后，摄像机需要接收来自对位平台发送的停止信号后才会对位置识别点的坐标进行记录。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种视觉对位控制装置以及校准方法，旨在提高视觉对位控制装置以及校准方法的通用性且加速对摄像机的标定。

为实现上述目的，本发明提供的一种视觉对位控制装置，所述视觉对位控制装置包括四个摄像机、视觉控制器、对位平台、标准样品和计算模块，其中四个所述摄像机中包括在对位校准时工作的工作摄像机，所述标准样品固定于所述对位平台上，所述标准样品上设置有多个位置识别点，所述工作摄像机朝向所述对位平台设置并抓取视野范围内的所述位置识别点，所述视觉控制器用于控制所述工作摄像机记录下所述位置识别点在X-Y坐标平面上运动过程中的坐标，所述计算模块与所述工作摄像机电连接用于根据不同位置的所述位置识别点的位置坐标计算出四个摄像机的坐标系与对位平台坐标系的转换关系和四个所述摄像机的中心坐标。

优选地，所述视觉对位控制装置还包括设置模块和移动模块，其中：

所述设置模块，用于设置标准样品在X-Y坐标平面的移动定量；

所述移动模块，用于在所述标准样品固定于所述对位平台上后，将所述标准样品上设置的位置识别点移动至所述工作摄像机的视野范围内。

优选地，所述对位平台包括平移模块和旋转模块，其中：

所述平移模块，用于带动所述标准样品在X-Y坐标平面做定量的平移运动；

所述旋转模块，用于带动所述标准样品在X-Y坐标平面做定量的旋转运动。

优选地，所述平移模块包括X方向运动单元和Y方向运动单元，其中：

所述X方向运动单元，用于在X-Y坐标平面的X轴正方向和负方向以固定位移进行平移；

所述Y方向运动单元，用于在X-Y坐标平面的Y轴正方向和负方向以固定位移进行平移。

优选地，所述视觉控制器包括检测模块、判断模块和记录模块，其中：

所述检测模块，用于控制所述工作摄像机周期性地检测所述位置识别点的位置坐标；

所述判断模块，用于判断所述位置识别点是否到达指定位置；

所述记录模块，用于在所述位置识别点到达指定位置后记录所述位置识别点的位置坐标。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种视觉对位校准方法，所述视觉对位校准方法包括如下步骤：

四个摄像机朝向对位平台设置，其中，对位校准时工作的摄像机为工作摄像机；

标准样品固定于所述对位平台上，所述标准样品上设置有多个位置识别点，所述工作摄像机抓取视野范围内的位置识别点；

所述对位平台在X-Y坐标平面上运动，视觉控制器控制所述工作摄像机记录所述位置识别点在运动过程中的坐标，通过计算不同位置的所述位置识别点的位置坐标，得出四个摄像机的坐标系与对位平台坐标系的转换关系和四个所述摄像机的中心坐标。

优选地，所述标准样品固定于所述对位平台上，所述标准样品上设置有多个位置识别点，所述工作摄像机抓取视野范围内的位置识别点包括：

设置标准样品在X-Y坐标平面的移动定量；

所述标准样品固定于所述对位平台上后，将所述标准样品上设置的多个位置识别点移动至所述工作摄像机的图像中心位置；

所述工作摄像机抓取视野范围内的位置识别点。

优选地，所述对位平台在X-Y坐标平面上运动步骤包括：

所述对位平台在X-Y坐标平面上做定量的平移运动；

所述对位平台在X-Y坐标平面上做定量的旋转运动。

优选地，所述对位平台在X-Y坐标平面上做定量的平移依次包括将所述对位平台在X-Y平面上移动以下路径：

正X方向平移一个固定位移；

负X方向平移一个固定位移；

正Y方向平移一个固定位移；

负Y方向平移一个固定位移；共得到9个位置坐标。

优选地，所述视觉控制器控制所述工作摄像机记录所述位置识别点在运动过程中的坐标包括：

视觉控制器控制所述工作摄像机周期性地检测所述位置识别点的位置坐标；

视觉控制器判断所述位置识别点是否到达指定位置；

在所述位置识别点到达指定位置记录所述位置识别点的位置坐标。

本发明通过四个摄像机朝向对位平台方向设置，可以针对产品灵活的选择工作摄像机的数量和角度，从而更好地抓取和记录位置识别点的坐标，提高摄像机对位校准的通用性和准确度。此外，本发明通过摄像机和视觉控制器配合检测位置识别点的位置坐标来判断对位平台的运动情况，不依赖于与对位平台进行通信而抓取所述位置识别点，能够简化和加速对摄像机的标定。

附图说明

图1为本发明视觉对位控制装置第一实施例的结构示意图；

图2为本发明视觉对位控制装置第二实施例的功能模块示意图；

图3为本发明视觉对位控制装置第三实施例中对位平台的细化功能模块示意图；

图4为本发明视觉对位控制装置第四实施例中视觉控制器的细化功能模块示意图；

图5为本发明视觉对位校准方法第一实施例的流程示意图；

图6为本发明视觉对位校准方法第二实施例中步骤S20的细化流程示意图；

图7为本发明视觉对位校准方法第三实施例中对位平台在X-Y坐标平面上运动步骤的细化流程示意图；

图8为本发明视觉对位校准方法第四实施例中工作摄像机记录所述位置识别点步骤的细化流程示例图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种视觉对位控制装置。

请参照图1，在第一实施例中，本发明提供的视觉对位控制装置100包括：四个摄像机10、视觉控制器50、对位平台20、标准样品30和计算模块40，其中四个所述摄像机10中包括在对位校准时工作的工作摄像机11，所述标准样品30固定于所述对位平台20上，所述标准样品30上设置有多个位置识别点31，所述工作摄像机11朝向所述对位平台20设置并抓取视野范围内的所述位置识别点31，所述视觉控制器50用于控制所述工作摄像机11记录下所述位置识别点31在X-Y坐标平面上运动过程中的坐标，所述计算模块40与所述工作摄像机11电连接用于根据不同位置的所述位置识别点31的位置坐标计算出对位平台20坐标系与四个摄像机10的坐标系的转换关系和四个所述摄像机10的中心坐标。

四个摄像机10朝向对位平台20设置，不同摄像机10都有不同的朝向角度，更便于抓取位置识别点31。根据产品的特点从四个摄像机10中选取一定数量的摄像机10用于作为在对位校准时工作的工作摄像机11。

将标准样品30置于所述对位平台20的台面上，所述标准样品30上设置有多个位置识别点31，所述工作摄像机11抓取视野范围内对应的位置识别点31。

所述对位平台20可以本身就处于X-Y坐标平面，也可以通过旋转后处于X-Y坐标平面上。在对位平台20处于X-Y坐标平面后在X-Y平面上运动，所述视觉控制器50控制所述工作摄像机11在抓取所述标准样品30的位置识别点31的过程中记录所述位置识别点31在运动过程中的坐标值，具体地，通过设定多个运动段，在每段间隔的停止时间进行抓取。

通过不同位置的所述位置识别点31的位置坐标，从而计算出所述对位平台20坐标系与四个所述摄像机10坐标系的转换关系和四个所述摄像机10的中心坐标。

在之后的产品对位过程中，包括如下步骤：确定所述对位平台20的基准位置；产品经生产线进入所述对位平台20；四个所述摄像机10拍摄所述位置识别点31的位置，所述视觉控制器记录下对应的位置坐标；将产品位置进行修正以使所述产品落入相对于所述基准位置允许的误差范围内。其中，修正过程包括旋转角度的修正和平移的修正，二者可同时进行也可单独进行。

本实施例中，所述视觉对位控制装置100在对位平台20周围布置了众多摄像机10，可以针对产品灵活的选择工作摄像机11的数量和角度，从而更好地抓取和记录位置识别点31的坐标，提高摄像机10对位校准的通用性和准确度。

进一步地，所述摄像机10设置于所述对位平台20的上方或下方。只要能够确保所述工作摄像机11能够抓取到固定在所述对位平台20上所述标准样品30的位置识别点31即可。4个所述摄像机10可根据需求全部使用，或者任选两个使用，其中，两两组合有6种方式可供选择，提高了应对不同产品的灵活性。

进一步地，请参照图2，基于本发明视觉对位控制装置第一实施例，在本发明视觉对位控制装置第二实施例中，上述视觉对位控制装置100还包括设置模块60和移动模块70，其中：

所述设置模块60，用于设置标准样品30在X-Y坐标平面的移动定量；

设定一个适合所述工作摄像机11记录的移动定量，不会使所述位置识别点31超出所述工作摄像机11的视野范围，便于所述工作摄像机11记录所述位置识别点31的坐标。

所述移动模块70，用于在所述标准样品30固定于所述对位平台20上后，将所述标准样品30上设置的多个位置识别点31移动至所述工作摄像机11的视野范围内。

在对所述标准样品30进行检测之前，将所述标准样品30的位置识别点31移动至所述工作摄像机11的视野范围内，该位置是本实施例中所述视觉对位控制装置100的起始位置。

本实施例中，通过对所述标准样品30的移动定量进行设置，并在对位校准之前将所述位置识别点31设置在所述工作摄像机11的视野范围内，能够保证在对位校准过程中所述位置识别点31不会超过所述工作摄像机11的视野范围，避免出现抓取不到某个所述位置识别点31的问题。

进一步地，参照图3，基于本发明视觉对位控制装置第一实施例，在本发明视觉对位控制装置第三实施例中，上述所述对位平台20包括平移模块21和旋转模块23，其中：

所述平移模块21，用于带动所述标准样品30在X-Y坐标平面做定量的平移运动；

所述平移模块21带动所述标准样品在X-Y坐标平面上做定量的平移运动，包括沿X轴方向的定量平移、Y轴方向上的定量平移、与X轴呈角度的直线定量平移或者角度变化的曲线定量平移等。

所述旋转模块23，用于带动所述标准样品30在X-Y坐标平面做定量的旋转运动。

所述旋转模块23带动所述标准样品30在X-Y坐标平面上做定量的旋转运动，包括沿X-Y坐标平面的原点以顺/逆时针方向转动定量的角度，或者X-Y坐标平面的任意一点以顺/逆时针方向转动定量的角度。具体地，所述对位平台20从基准位置向顺时针方向转动θ°后记录下所述位置识别点31的位置坐标；所述对位平台20从基准位置向逆时针方向转动θ°后记录下所述位置识别点31的位置坐标；所述对位平台20以所述位置识别点31为中心顺时钟方向转动θ°后记录下所述位置识别点31的位置坐标；所述对位平台20以所述位置识别点31为中心逆时钟方向转动θ°后记录下所述位置识别点31的位置坐标。

本实施例中，通过将所述标准样品30通过在X-Y坐标平面上做定量的平移和旋转运动，便于所述工作摄像机11对所述位置识别点31进行记录。

进一步地，所述工作摄像机11记录同一所述位置识别点31在X-Y坐标平面上旋转过程中不同位置的坐标数量至少为三个。

在旋转过程中抓取的同一位置识别点31不同位置坐标的数量越多，对于通过位置识别点31变化的坐标计算出的四个所述工作摄像机11的中心坐标就越精确。

本实施例中，保证所述工作摄像机11在所述旋转过程中抓取的同一位置识别点31在不同位置的坐标数量在三个以上，提高了在之后计算四个所述工作摄像机11的中心坐标的准确性。

进一步地，上述所述平移模块21包括：X方向运动单元和Y方向运动单元，其中：

所述X方向运动单元，用于在X-Y坐标平面的X轴正方向和负方向以固定位移进行平移；

所述Y方向运动单元，用于在X-Y坐标平面的Y轴正方向和负方向以固定位移进行平移。

二者共同使所述对位平台20在X-Y平面上按正X方向平移一个固定位移—负Y方向平移一个固定位移—负X方向平移一个固定位移—负X方向平移一个固定位移—正Y方向平移一个固定位移—正Y方向平移一个固定位移—正X方向平移一个固定位移—正X方向平移一个固定位移的路径移动8次。

本实施例中，通过对所述平移运动进行了具体的说明，并围绕X-Y坐标平面的中心进行移动，使得所述工作摄像机11更容易抓取位置识别点31的坐标，便于计算所述工作摄像机11坐标系与所述对位平台20坐标系的转换关系。

进一步地，参照图4，基于本发明视觉对位控制装置上述实施例，在本发明视觉对位控制装置第四实施例中，所述视觉控制器50包括检测模块51、判断模块52和记录模块53，其中：

所述检测模块51，用于控制所述工作摄像机11周期性地检测所述位置识别点31的位置坐标；

所述检测模块51每隔预设时间就对所述位置识别点31进行一次检测来获得所述位置识别点31的坐标，具体地，所述预设时间为500ms。

所述判断模块52，用于判断所述位置识别点31是否到达指定位置；

具体地，包括用于判断所述工作摄像机11所检测到的当前位置坐标与前一位置坐标是否在第一预设像素之内，所述第一预设像素为10像素，即若相邻两个位置坐标的差值大于10像素，则可以认为所述对位平台20带动所述位置识别点31移动了；还用于判断预设次数中所述工作摄像机11所检测到的所述位置坐标是否在第二预设像素之内，所述预设次数为3次、所述第二预设像素为3像素，即在连续三次获取的位置坐标之间的差值小于3像素，则认为所述对位平台20带动所述位置识别点31到达指定位置了。

所述记录模块14，用于在所述位置识别点到达指定位置记录所述位置识别点31的位置坐标。

在所述判断模块13确认所述位置识别点31移动到位后则记录下所述位置识别点31在该位置的位置坐标。

本实施例中，通过所述摄像机10和所述视觉控制器50配合对所述位置识别点31的状态进行判断，来确定抓取所述位置识别点31的位置坐标，无需与所述对位平台20进行通信从而节省了外部通信的时间，简化和加速了对摄像机的标定。

本发明还提供一种视觉对位校准方法。

参照图5，在第一实施例中，该视觉对位校准方法包括如下步骤：

步骤S10，四个摄像机朝向对位平台方向设置，其中，对位校准时工作的摄像机为工作摄像机；

四个摄像机朝向对位平台设置，不同摄像机都有不同的朝向角度，更便于抓取位置识别点。根据产品的特点从四个摄像机中选取一定数量的摄像机用于作为在对位校准时工作的工作摄像机。

步骤S20，标准样品固定于所述对位平台上，所述标准样品上设置有多个的位置识别点，所述工作摄像机抓取视野范围内的位置识别点；

将标准样品置于所述对位平台的台面上，所述标准样品上设置有多个位置识别点，所述工作摄像机抓取视野范围内对应的位置识别点。

步骤S30，所述对位平台在X-Y坐标平面上运动，视觉控制器控制所述工作摄像机记录所述位置识别点在运动过程中的坐标，通过计算位置识别点的变化，得出四个摄像机的坐标系与对位平台坐标系的转换关系和四个所述摄像机的中心坐标。

所述对位平台可以本身就处于X-Y坐标平面，也可以通过旋转后处于X-Y坐标平面上。在对位平台处于X-Y坐标平面后在X-Y平面上运动，所述视觉控制器控制所述工作摄像机在抓取所述标准样品的位置识别点的过程中记录所述位置识别点在运动过程中的坐标值，具体地，通过设定多个运动段，在每段间隔的停止时间进行抓取。

通过不同位置的所述位置识别点的位置坐标，从而计算出所述对位平台坐标系与四个所述摄像机坐标系的转换关系和四个所述摄像机的中心坐标。

在之后的产品对位过程中，包括如下步骤：确定所述对位平台的基准位置；产品经生产线进入所述对位平台；四个所述摄像机拍摄所述位置识别点的位置，所述视觉控制器记录下对应的位置坐标；将产品位置进行修正以使所述产品落入相对于所述基准位置允许的误差范围内。其中，修正过程包括旋转角度的修正和平移的修正，二者可同时进行也可单独进行。

本实施例中，所述视觉对位校准方法在对位平台周围布置了众多摄像机，可以针对产品灵活的选择工作摄像机的数量和角度，从而更好地抓取和记录位置识别点的坐标，提高摄像机对位校准的通用性和准确度。

进一步地，所述摄像机设置于所述对位平台的上方或下方。只要能够确保所述工作摄像机能够抓取到固定在所述对位平台上所述标准样品的位置识别点即可。4个所述摄像机可根据需求全部使用，或者任选两个使用，其中，两两组合有6种方式可供选择，提高了应对不同产品的灵活性。

进一步地，请参阅图6，基于本发明第一实施例的视觉对位校准方法，在本发明视觉对位校准方法第二实施例中，步骤S20包括：

步骤S21，设置标准样品在X-Y坐标平面的移动定量；

设定一个适合所述工作摄像机记录的移动定量，不会使所述位置识别点超出所述工作摄像机的视野范围，便于所述工作摄像机记录所述位置识别点的坐标。

步骤S22，所述标准样品固定于所述对位平台上后，将所述标准样品上设置的多个位置识别点移动至所述工作摄像机的视野范围内；

在对所述标准样品进行检测之前，将所述标准样品的位置识别点移动至所述工作摄像机的视野范围内，该位置是本实施例中所述视觉对位校准方法的起始位置。

步骤S23，所述工作摄像机抓取视野范围内的位置识别点。

本实施例中，通过对所述标准样品的移动定量进行设置，并在对位校准之前将所述位置识别点设置在所述工作摄像机的视野范围内，能够保证在对位校准过程中所述位置识别点不会超过所述工作摄像机的视野范围，避免出现抓取不到某个所述位置识别点的问题。

进一步地，请参阅图7，基于本发明第一实施例的视觉对位校准方法，在本发明视觉对位校准方法第三实施例中，所述对位平台在X-Y坐标平面上运动步骤包括：

步骤S31，所述对位平台在X-Y坐标平面上做定量的平移运动；

所述对位平台带动所述标准样品在X-Y坐标平面上做定量的平移运动，包括沿X轴方向的定量平移、Y轴方向上的定量平移、与X轴呈角度的直线定量平移或者角度变化的曲线定量平移等。

步骤S32，所述对位平台在X-Y坐标平面上做定量的旋转运动。

所述对位平台带动所述标准样品在X-Y坐标平面上做定量的旋转运动，包括沿X-Y坐标平面的原点以顺/逆时针方向转动定量的角度，或者X-Y坐标平面的任意一点以顺/逆时针方向转动定量的角度。具体地，所述对位平台20从基准位置向顺时针方向转动θ°后记录下所述位置识别点31的位置坐标；所述对位平台20从基准位置向逆时针方向转动θ°后记录下所述位置识别点31的位置坐标；所述对位平台20以所述位置识别点31为中心顺时钟方向转动θ°后记录下所述位置识别点31的位置坐标；所述对位平台20以所述位置识别点31为中心逆时钟方向转动θ°后记录下所述位置识别点31的位置坐标。

本实施例中，通过将所述标准样品通过在X-Y坐标平面上做定量的平移和旋转运动，便于所述工作摄像机对所述位置识别点进行记录。

进一步地，所述工作摄像机记录所述位置识别点在运动过程中的坐标步骤包括：记录所述位置识别点在X-Y坐标平面上旋转过程中的坐标，其中，同一所述位置识别点在不同位置的坐标数量至少为三个。

在旋转过程中抓取的同一位置识别点的不同位置坐标的数量越多，对于通过位置识别点变化的坐标计算出的四个所述工作摄像机的中心坐标就越精确。

本实施例中，保证所述工作摄像机在所述旋转过程中抓取的同一位置识别点在不同位置的坐标数量在三个以上，提高了在之后计算四个所述工作摄像机的中心坐标的准确性。

进一步地，所述对位平台在X-Y坐标平面上做定量的平移包括：所述对位平台在X-Y平面上按正X方向平移一个固定位移—负Y方向平移一个固定位移—负X方向平移一个固定位移—负X方向平移一个固定位移—正Y方向平移一个固定位移—正Y方向平移一个固定位移—正X方向平移一个固定位移—正X方向平移一个固定位移的路径移动8次，得到9个位置坐标。

本实施例中，通过对所述平移运动进行了具体的说明，并围绕X-Y坐标平面的中心进行移动，使得所述工作摄像机更容易抓取位置识别点的坐标，便于计算所述工作摄像机坐标系与所述对位平台坐标系的转换关系。

进一步地，参照图8，基于本发明上述实施例的视觉对位校准方法，在本发明视觉对位校准方法第四实施例中，步骤30中的所述工作摄像机记录所述位置识别点在运动过程中的坐标包括：

步骤S33，所述视觉控制器控制所述工作摄像机周期性地检测所述位置识别点的位置坐标；

每隔预设时间就对所述位置识别点进行一次检测来获得所述位置识别点31的坐标，具体地，所述预设时间为500ms。

步骤S34，所述视觉控制器判断所述位置识别点是否到达指定位置；

具体地，包括用于判断所述工作摄像机所检测到的当前位置坐标与前一位置坐标是否在第一预设像素之内，所述第一预设像素为10像素，即若相邻两个位置坐标的差值大于10像素，则可以认为所述对位平台带动所述位置识别点移动了；还用于判断预设次数中所述工作摄像机所检测到的所述位置坐标是否在第二预设像素之内，所述预设次数为3次、所述第二预设像素为3像素，即在连续三次获取的位置坐标之间的差值小于3像素，则认为所述对位平台带动所述位置识别点到达指定位置了。

步骤S35，在所述位置识别点到达指定位置记录所述位置识别点的位置坐标。

所述预设次数为3次、所述第二预设像素为3像素，即在连续三次获取的位置坐标之间的差值小于3像素，则认为所述对位平台带动所述位置识别点移动到位了。

本实施例中，通过所述摄像机和所述视觉控制器配合对所述位置识别点的状态进行判断来确定抓取所述位置识别点的位置坐标，无需与所述对位平台进行通信从而节省了外部通信的时间，简化和加速摄像机的标定。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。