专利名称：基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法
技术领域：
本发明属于半导体自动化加工领域，主要涉及一种基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法。
背景技术：
集成电路(IC)是电子信息产业的核心，是推动国民经济和社会信息化发展的最主要的高新技术之一。国家在十五“863”计划中，将集成电路制造装备列入了重大专项计划，实现我国集成电路制造装备的局部突破和IC装备产业的跨越式发展。洁净机器人是IC制造设备的重要组成部分，可实现晶圆的自动化传输，晶圆极易破碎，这要求机械手臂连同晶圆托盘实现较高精度的定位，但是由于制造工艺、装配误差的原因，机械手臂的长度和初始位置与设定值之间存在差距，使得机械手臂上的晶圆托盘在晶圆位置处不能与晶圆很好的重合，带来一些潜在的危害。在现有的技术中，专利名称为CN 200910105902，采用设有坐标系和标定孔的标定板，在机械手上设置感应器件，在固定有关关节的情况下使机械手运动，感应器件相应地作圆周运动，通过位于圆周轨迹上的标定孔的坐标计算机械手各关节臂的实际臂长、各关节臂角度方向。采用本发明方法可准确测定机械手各关节臂的实际臂长、各关节臂角度方向，这样可以纠正机械手加工、安装过程中的误差，提高机械手控制的位置精度，有利于机械手的精确定位。此种方法需要在机械手臂上安装感应元件，对于洁净机器人来说，安装感应元件使其洁净环境遭到破坏，另外感应元件作为负载使得机械手臂的力学特性和伺服控制电机的运动参数发生改变，对使标定存在误差。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，其可克服现有的缺陷，能实现全自动无接触式标定机械手臂。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:一种基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，将激光发射器与相机，固设于一固定平台上，所述的激光发射器发射的激光与所述的固定平台垂直，所述相机拍射的图片，传输到图像处理模块中进行处理；该标定方法，包括以下步骤:a.将待标定的机器人放置于相机的下方,使机器人本体坐标系的原点被激光照射到；b.通过图像模块对相机采集的图像进行处理，获取所述的激光发射器所发射的激光光心的位置；c.将激光光心的位置作为标定计算的坐标原点，获取所述的激光光心原点与机器人本体坐标系原点之间的位置变换矩阵T ；d.对机器人的机械手臂进行操作，同时，由相机拍射机械手臂的运动过程，然后对相机采集到的图像进行处理，获取托盘最远端点的位置；
e.计算得到各个时刻实际与设计值之间的偏差；f.通过变换矩阵T将这些偏差变换到机器人本体坐标系中，变换后的偏差数据记录在机器人运动控制模块中。上述的基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，在步骤b中，激光发射器的光心位置，是利用光点与周围的亮度差提取光点的边缘，再采用最小二乘法拟合得到。上述的基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，在步骤d中，对机器人的机械手臂进行三种方式的操作:第一种，机械手臂由基准位置向后运动到Home点；第二种，机械手臂由Home点向前运动到最长距离；第三种，机械手臂在最长距离的位置进行左右旋转。上述的基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，在步骤e中，是根据机械手臂设计的参数和电机控制的位置参数计算出运动中每一时刻机械手臂实际位置与设计位
置的偏差。优选地，在步骤d中，上述的图像处理模块根据相机拍摄的机械手臂运动图像进行边缘提取，计算出机械手臂的末端的最远端点以及上述末端的特征点，每幅图像对相应特征点进行映射以找到上述末端的最远端点，并将最远端点的位置信息记录下来。采用上述技术方案后，通过将变换后的偏差数据记录在机器人运动控制模块的寄存器中，在实际控制洁净机器人的机械手臂的时候，将这些参数作为运动的补偿，以实现精确控制机械手臂的位置。本发明，使用后，能使测量精度达0.2_，可实现机械手臂的准确标定；另外，自动化程度高:测量和标定全由计算机完成，最后存储在机器人运动控制模块中。
图1是本发明标定装置的结构示意图。图2是本发明标定方法的流程框图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。参考图1所示，本发明公开了一种基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，该标定装置包括:激光发射器1、相机2及图像处理模块3，其中:激光发射器I与相机2，固定设置在一固定平台4上。其两者间的距离是固定的，激光发射器I的激光光线正好垂直于固定平台4。相机2拍照后，由处理模块3进行处理。如图2所示，该标定方法，包括以下步骤:a.将待标定的机器人放置于相机的下方,使机器人本体坐标系的原点被激光照射到；此时，相机2同时采集激光发射器I的激光的图像。b.通过图像模块对相机采集的图像进行处理，获取所述的激光发射器所发射的激光光心的位置；在此步骤中，激光发射器I的光心位置，是利用光点与周围的亮度差提取光点的边缘，再采用最小二乘法拟合得到。c.将激光光心的位置作为标定计算的坐标原点，获取所述的激光光心原点与机器人本体坐标系原点之间的位置变换矩阵T ；设
权利要求
1.一种基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，其特征在于:将激光发射器与相机，固设于一固定平台上，所述的激光发射器发射的激光与所述的固定平台垂直，所述相机拍射的图片，传输到图像处理模块中进行处理；该标定方法，包括以下步骤: a.将待标定的机器人放置于相机的下方,使机器人本体坐标系的原点被激光照射到； b.通过图像模块对相机采集的图像进行处理，获取所述的激光发射器所发射的激光光心的位置； c.将激光光心的位置作为标定计算的坐标原点，获取所述的激光光心原点与机器人本体坐标系原点之间的位置变换矩阵T ； d.对机器人的机械手臂进行操作，同时，由相机拍射机械手臂的运动过程，然后对相机采集到的图像进行处理，获取托盘最远端点的位置； e.计算得到各个时刻实际与设计值之间的偏差； f.通过变换矩阵T将这些偏差变换到机器人本体坐标系中，变换后的偏差数据记录在机器人运动控制模块中。
2.根据权利要求1所述的基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，其特征在于:在步骤b中，激光发射器的光心位置，是利用光点与周围的亮度差提取光点的边缘，再采用最小二乘法拟合得到。
3.根据权利要求1或2所述的基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，其特征在于:在步骤d中，对机器人的机械手臂进行三种方式的操作:第一种，机械手臂由基准位置向后运动到Home点；第二种，机械手臂由Home点向前运动到最长距离；第三种，机械手臂在最长距离的位置进行左右旋转。
4.根据权利要求3所述的基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，其特征在于:在步骤e中，是根据机械手臂设计的参数和电机控制的位置参数计算出运动中每一时刻机械手臂实际位置与设计位置的偏差。
5.根据权利要求3所述的基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，其特征在于:在步骤d中，所述的图像处理模块根据相机拍摄的机械手臂运动图像进行边缘提取，计算出机械手臂的末端的最远端点以及所述末端的特征点，每幅图像对相应特征点进行映射以找到所述末端的最远端点，并将最远端点的位置信息记录下来。
全文摘要
本发明公开了一种基于图像视觉的洁净机器人自动化标定方法，包括以下步骤a.将待标定的机器人放置于相机的下方，使机器人本体坐标系的原点被激光照射到；b.获取激光发射器所发射的激光光心的位置；c.获取激光光心原点与机器人本体坐标系原点之间的位置变换矩阵T；d.对机器人的机械手臂进行操作，获取托盘最远端点的位置；e.计算得到各个时刻实际与设计值之间的偏差；f.通过变换矩阵T将这些偏差变换到机器人本体坐标系中，变换后的偏差数据记录在机器人运动控制模块中。本发明，使用后，能使测量精度达0.2mm，可实现机械手臂的准确标定；另外，自动化程度高测量和标定全由计算机完成，最后存储在机器人运动控制模块中。
文档编号B25J9/16GK103192386SQ20121000371
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者邹风山, 曲道奎, 徐方, 宋吉来, 李崇, 刘晓帆, 王金涛, 郑春晖 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司