CN113423191A - 一种贴片机mark点相机的校正方法及*** - Google Patents

一种贴片机mark点相机的校正方法及*** Download PDF

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金长明
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Abstract

本发明公开了一种贴片机MARK点相机的校正方法及***，建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式；利用MARK点相机获取包含固定标志点的多幅图像，记录每幅图像对应的当前贴装头坐标系原点在贴片机坐标系中的XY轴坐标；计算每幅图像中固定标志点圆心在MARK点相机坐标系下的像素坐标；根据每幅图像的XY轴坐标和像素坐标，拟合转换关系式中的待求解参数，得到确定的转换关系式；通过所述确定的转换关系式，对MARK点相机坐标系向贴片机坐标系转换进行有效校正；该校正方法操作灵活性高、图像数量多，可以获得高精度贴装。

Description

一种贴片机MARK点相机的校正方法及***
技术领域
本发明涉及贴片机技术领域，尤其涉及一种贴片机MARK点相机的校正方法及***。
背景技术
MARK点相机安装在贴装头上，随贴装头沿贴片机的XY轴移动。MARK点相机相当于贴片机的眼睛，贴片机工作时，MARK点相机的主要作用为识别PCB板上的固定标志点位置，根据坐标转换计算出固定标志点的精确位置后，用吸嘴吸取元件贴装到PCB板上。
传统中，贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式的推导过程中涉及到MARK点相机相关的参数需要准确的标定，否则根据MARK点相机所获取的在MARK点相机坐标系下的图像坐标对应计算出的贴片机坐标系下的坐标是不准的，也就无法进行高精度贴装。
目前有一些关于贴片机MARK点相机校正的方案，这些方案都是根据实际物理意义建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式，关系式中涉及相机标尺(每个像素在实际视野中所对应的物理尺寸)和旋转角度(MARK点相机坐标系相对于贴片机坐标系的旋转角度)，分别沿X轴和Y轴移动固定距离A去拍摄4副关于固定标志点的图像，然后利用标志点的像素坐标和移动距离A计算标尺和角度，具有操作灵活性差、图像数量过少难以获得高精度贴装的缺点。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种贴片机MARK点相机的校正方法及***，操作灵活性高、图像数量多，可以获得高精度贴装。
本发明提出的一种贴片机MARK点相机的校正方法，包括：
建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式；
利用MARK点相机获取包含固定标志点的多幅图像，记录每幅图像对应的当前贴装头坐标系原点在贴片机坐标系中的XY轴坐标；
计算每幅图像中固定标志点圆心在MARK点相机坐标系下的像素坐标；
根据每幅图像的XY轴坐标和像素坐标，拟合转换关系式中的待求解参数，得到确定的转换关系式；
通过所述确定的转换关系式，对MARK点相机坐标系向贴片机坐标系转换进行有效校正。
进一步地，在所述建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式中，包括：
S11：假设一个固定标志点M，M在贴片机坐标系下的设备坐标为(XM，YM)，贴装头坐标系下的坐标为(xm，ym)，贴装头坐标系的原点在贴片机坐标系中的坐标为(Xt，Yt)，则贴片机坐标系与贴装头坐标之间的关系为：
XM＝Xt+xm
YM＝Yt+ym
S12：固定标志点M在MARK点相机坐标系中的图像坐标为(ux，vy)，MARK点相机坐标系的原点在贴装头坐标系中的坐标为固定值，记为(a0，b0)，贴装头坐标为(xm，ym)与坐标(ux，vy)的映射关系如下：
xm＝a1ux+a2vy+a0
ym＝b1ux+b2vy+b0
其中，a1、a2、b1、b2为待求解参数。
S13：根据步骤S11和S12中的公式可以得出所述转换关系式：
XM＝Xt+a1ux+a2vy+a0
YM＝Yt+b1ux+b2vy+b0
进一步地，在根据每幅图像的XY轴坐标和像素坐标，拟合转换关系式中的待求解参数，得到确定的转换关系式中，具体计算公式如下：
S41：根据步骤S13中的公式可以得出所述转换关系式：
Xi＝a1ux+a2vy+A
Yi＝b1ux+b2vy+B
其中，Xi＝-Xt、Yi＝-Yt、A＝a0-XM、B＝b0-YM；XY轴坐标(Xi，Yi)和像素坐标(uxi，vyi)；
S42：对于待求解参数a1、a2，采用最小二乘法估计获得的样本回归模型为：
Figure BDA0003180534360000031
其中，
Figure BDA0003180534360000032
和
Figure BDA0003180534360000033
分别表示a1、a2的参数估量，
Figure BDA0003180534360000034
分别表示b1、b2的参数估量，
Figure BDA0003180534360000035
表示A的参数估量；
则参数估计量
Figure BDA0003180534360000036
对应的残差平方和为：
Figure BDA0003180534360000037
S43：使残差平方和最小，即可求解出
Figure BDA0003180534360000038
Figure BDA0003180534360000039
S44：参照步骤S41～S43，可求解出参数估量
Figure BDA00031805343600000310
Figure BDA00031805343600000311
进一步地，所述多幅图像是MARK点相机在任意不同位置拍摄固定标志点的图像。
一种贴片机MARK点相机的校正***，包括公式建立模块、图像获取标记模块、计算模块、数据拟合模块和校正模块；
所述公式建立模块用于建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式；
所述图像获取标记模块用于利用MARK点相机获取包含固定标志点的多幅图像，记录每幅图像对应的当前贴装头坐标系原点在贴片机坐标系中的XY轴坐标；
所述计算模块用于计算每幅图像中固定标志点圆心在MARK点相机坐标系下的像素坐标；
所述数据拟合模块用于根据每幅图像的XY轴坐标和像素坐标，拟合转换关系式中的待求解参数，得到确定的转换关系式；
所述校正模块用于通过所述确定的转换关系式，对MARK点相机坐标系向贴片机坐标系转换进行有效校正。
一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如上所述的校正方法。
本发明提供的一种贴片机MARK点相机的校正方法及***的优点在于：本发明结构中提供的一种贴片机MARK点相机的校正方法及***，MARK点相机可以在任意位置拍摄固定标志点，实时过程灵活性高，同时可以采用多张图像用于校正，标定精度高，最终可以获得高精度贴装。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为贴片机坐标系与MARK点相机坐标系的相对位置关系示意图；
图3为MARK点相机在不同位置拍摄到的固定标志点。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1至3所示，本发明提出的一种贴片机MARK点相机的校正方法，包括如下步骤S1至S5：
S1：建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式；具体包括步骤S11至S13：
S11：假设一个固定标志点M，M在贴片机坐标系下的设备坐标为(XM，YM)，贴装头坐标系下的坐标为(xm，ym)，贴装头坐标系的原点在贴片机坐标系中的坐标为(Xt，Yt)，则贴片机坐标系与贴装头坐标之间的关系为：
XM＝Xt+xm (1)
YM＝Yt+ym (2)
S12：固定标志点M在MARK点相机坐标系中的图像坐标为(ux，vy)，因为MARK点相机固定在贴装头上，因此MARK点相机坐标系的原点在贴装头坐标系中的坐标为固定值，记为(a0，b0)，贴装头坐标为(xm，ym)与坐标(ux，vy)存在映射关系，可用多项式表示，以一次为例：
xm＝a1ux+a2vy+a0 (3)
ym＝b1ux+b2vy+b0 (4)
其中，a1、a2、b1、b2为待求解参数，该映射关系不局限于上述所列的一次多项式形式，也可以是多次多项式形式。
S13：根据步骤S11和S12中的公式可以得出所述转换关系式：
XM＝Xt+a1ux+a2vy+a0 (5)
YM＝Yt+b1ux+b2vy+b0 (6)
通过步骤S11至S13，构建贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式，转换关系式中没有MARK点相机的相机标尺和旋转角度这些物理参数，避免了传统中通过校正MARK点相机的相机标尺和旋转角度来校正MARK点相机的物理偏差时，存在操作灵活性差的缺陷。
S2：利用MARK点相机获取包含固定标志点的多幅图像，记录每幅图像对应的当前贴装头坐标系原点在贴片机坐标系中的XY轴坐标(Xi，Yi)。
现有MARK点相机校正方案仅使用4张图像计算相机参数，而本申请中采用的MARK点相机矫正方案利用多张图像校正，因此校正标定精度更高；同时，现有的MARK点相机校正方案是沿固定方向拍摄四副图像，本申请采用的MARK点相机矫正方案不限制MARK点相机的运动方向，只需MARK点相机所获取图像中包括固定标志点即可，具有操作灵活性好、图像数量多的优点。
MARK点相机固定在贴装头上，在MARK点相机获取每幅图像的过程中，贴装头需要在不同位置拍标志点，每次贴装头所停留的位置不能保证均在同一位置，因而在每次MARK点相机拍摄图像时，均记录当前贴装头坐标系原点在贴片机坐标系中的XY轴坐标，通过多组不同XY轴坐标来拟合，因而在不同位置拍标志点和采用多组不同XY轴坐标来拟合的组合方式，因而提高了最终的贴装精度。
S3：计算每幅图像中固定标志点圆心在MARK点相机坐标系下的像素坐标(uxi，vyi)；
当MARK点相机拍摄到的固定标志点中大标志点和小标志点均存在时，一般选择大标志点作为该固定标志点。
S4：根据每幅图像的XY轴坐标(Xi，Yi)和像素坐标(uxi，vyi)，拟合转换关系式中的待求解参数a1、a2、b1、b2，得到确定的转换关系式；
具体为，利用最小二乘法多元线性回归分析，通过导入XY轴坐标(Xi，Yi)和像素坐标(uxi，vyi)拟合得到转换关系式中的待求解参数a1、a2、b1、b2，如下步骤S41至S44：
S41：根据步骤S13中的公式可以得出所述转换关系式：
Xi＝a1ux+a2vy+A
Yi＝b1ux+b2vy+B
其中，Xi＝-Xt、Yi＝-Yt、A＝a0-XM、B＝b0-YM；
S42：对于待求解参数a1、a2，采用最小二乘法估计获得的样本回归模型为：
Figure BDA0003180534360000061
其中，
Figure BDA0003180534360000062
和
Figure BDA0003180534360000063
分别表示a1、a2的参数估量，
Figure BDA0003180534360000064
分别表示b1、b2的参数估量，
Figure BDA0003180534360000065
表示A的参数估量，参数估量是基于多个同样数据估算得来；
则参数估计量
Figure BDA0003180534360000066
对应的残差平方和为：
Figure BDA0003180534360000067
S43：使残差平方和最小，即可求解出
Figure BDA0003180534360000071
Figure BDA0003180534360000072
S44：参照步骤S41～S43，可求解出参数估量
Figure BDA0003180534360000073
Figure BDA0003180534360000074
最终求得的
Figure BDA0003180534360000075
即对应转换关系式中的待求解参数a1、a2、b1、b2。
具体为：将治具放在PCB板上，移动贴装头至不同位置用MARK相机拍摄治具上的一个固定标志点，获得多副包含该固定标志点的图像，从而获得多副图像中固定标志点的像素坐标(uxi，vyi)，以及其对应的贴装头坐标系原点对应的贴片机坐标系的XY轴坐标(Xi，Yi)，利用公式(5)和(6)进行回归分析得到步骤S43和S44，求出待求解参数a1、a2、b1、b2。
S5：通过所述确定的转换关系式，对MARK点相机坐标系向贴片机坐标系转换进行有效校正。
转换关系式中的待求解参数确定后，得到了确定的贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的对应关系，MARK点相机识别PCB板上固定标志点位置，得到MARK点相机坐标系的位置坐标，将该位置坐标导入确定的转换关系式中，可以直接得到该固定标志点位置在贴片机坐标系下的世界坐标，即可根据该世界坐标用吸嘴吸取元件贴装到PCB板上。
通过步骤S1至S5，MARK点相机可以在任意位置拍摄固定标志点，实时过程灵活性高，同时可以采用多张图像用于校正，标定精度高，最终可以获得高精度贴装。
一种贴片机MARK点相机的校正***，包括公式建立模块、图像获取标记模块、数据拟合模块和校正模块；
所述公式建立模块用于建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式；
所述图像获取标记模块用于利用MARK点相机获取包含固定标志点的多幅图像，记录每幅图像对应MARK点相机坐标系下的图像坐标；
所述数据拟合模块用于根据每幅图像的固定标志点坐标和所述图像坐标，拟合转换关系式中的待求解参数，得到确定的转换关系式；
所述校正模块用于通过所述确定的转换关系式，对MARK点相机坐标系向贴片机坐标系转换进行有效校正。
一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如上所述的校正方法。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种贴片机MARK点相机的校正方法，其特征在于，包括：
建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式；
利用MARK点相机获取包含固定标志点的多幅图像，记录每幅图像对应的当前贴装头坐标系原点在贴片机坐标系中的XY轴坐标；
计算每幅图像中固定标志点圆心在MARK点相机坐标系下的像素坐标；
根据每幅图像的XY轴坐标和像素坐标，拟合转换关系式中的待求解参数，得到确定的转换关系式；
通过所述确定的转换关系式，对MARK点相机坐标系向贴片机坐标系转换进行有效校正。
2.根据权利要求1所述的贴片机MARK点相机的校正方法，其特征在于，在所述建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式中，包括：
S11：假设一个固定标志点M，M在贴片机坐标系下的设备坐标为(XM，YM)，贴装头坐标系下的坐标为(xm，ym)，贴装头坐标系的原点在贴片机坐标系中的坐标为(Xt，Yt)，则贴片机坐标系与贴装头坐标之间的关系为：
XM＝Xt+xm
YM＝Yt+ym
S12：固定标志点M在MARK点相机坐标系中的图像坐标为(ux，vy)，MARK点相机坐标系的原点在贴装头坐标系中的坐标为固定值，记为(a0，b0)，贴装头坐标为(xm，ym)与坐标(ux，vy)的映射关系如下：
xm＝a1ux+a2vy+a0
ym＝b1ux+b2vy+b0
其中，a1、a2、b1、b2为待求解参数。
S13：根据步骤S11和S12中的公式可以得出所述转换关系式：
XM＝Xt+a1ux+a2vy+a0
YM＝Yt+b1ux+b2vy+b0
Figure FDA0003180534350000021
3.根据权利要求2所述的贴片机MARK点相机的校正方法，其特征在于，在根据每幅图像的XY轴坐标和像素坐标，拟合转换关系式中的待求解参数，得到确定的转换关系式中，具体计算公式如下：
S41：根据步骤S13中的公式可以得出所述转换关系式：
Xi＝a1ux+a2vy+A
Yi＝b1ux+b2vy+B
其中，Xi＝-Xt、Yi＝-Yt、A＝a0-XM、B＝b0-YM；XY轴坐标(Xi，Yi)和像素坐标(uxi，vyi)；
S42：对于待求解参数a1、a2，采用最小二乘法估计获得的样本回归模型为：
其中，
Figure FDA0003180534350000022
和
Figure FDA0003180534350000023
分别表示a1、a2的参数估量，
Figure FDA0003180534350000024
分别表示b1、b2的参数估量，
Figure FDA0003180534350000025
表示A的参数估量；
则参数估计量
Figure FDA0003180534350000026
对应的残差平方和为：
Figure FDA0003180534350000027
S43：使残差平方和最小，即可求解出
Figure FDA0003180534350000028
Figure FDA0003180534350000029
S44：参照步骤S41～S43，可求解出参数估量
Figure FDA00031805343500000210
Figure FDA00031805343500000211
4.根据权利要求1所述的贴片机MARK点相机的校正方法，其特征在于，所述多幅图像是MARK点相机在任意不同位置拍摄固定标志点的图像。
5.一种贴片机MARK点相机的校正***，其特征在于，包括公式建立模块、图像获取标记模块、计算模块、数据拟合模块和校正模块；
所述公式建立模块用于建立贴片机坐标系与MARK点相机坐标系之间的转换关系式；
所述图像获取标记模块用于利用MARK点相机获取包含固定标志点的多幅图像，记录每幅图像对应的当前贴装头坐标系原点在贴片机坐标系中的XY轴坐标；
所述计算模块用于计算每幅图像中固定标志点圆心在MARK点相机坐标系下的像素坐标；
所述数据拟合模块用于根据每幅图像的XY轴坐标和像素坐标，拟合转换关系式中的待求解参数，得到确定的转换关系式；
所述校正模块用于通过所述确定的转换关系式，对MARK点相机坐标系向贴片机坐标系转换进行有效校正。
6.一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如权利要求1至4任一所述的校正方法。
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