CN115666125A - 基于机器视觉的贴片机xy平台定位误差检测与补偿方法 - Google Patents

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CN115666125A CN202211681882.3A CN202211681882A CN115666125A CN 115666125 A CN115666125 A CN 115666125A CN 202211681882 A CN202211681882 A CN 202211681882A CN 115666125 A CN115666125 A CN 115666125A
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Abstract

本发明涉及贴片机控制技术领域，具体公开了一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测与补偿方法，所述检测方法包括以下步骤：计算XY平台内的各标记点基于机械坐标系下的理论位置坐标；分别移动基准标记相机至所述各标记点，通过基准标记相机获得各标记点基于机械坐标系下对应的实际位置坐标为；根据理论位置坐标和实际位置坐标计算各标记点的定位误差。该方案通过分析误差来源，建立了误差检测模型，有效归纳和精确计算出定位误差的大小与分布规律，在此基础上，设计了误差检测流程，实现了高效的误差检测方案，定位精度大幅度提高，并且极大地减少误差检测的时间和成本。

Description

基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测与补偿方法
技术领域
本发明涉及贴片机控制技术领域，具体地涉及一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测与补偿方法。
背景技术
常规贴片机包括贴装头模块、XY轴运动模块和传送轨道模块等，如图1所示，在贴装元件过程中，X轴1与Y轴2将贴装头移动到目标位置，由基准标记相机3部件识别传送轨道5上PCB电路板基准点动作，由贴装头上多个吸嘴杆4执行元件吸取、元件贴装等动作。可见，X、Y轴移动定位精度是贴装元件精度的重要组成部分，直接影响生产质量。
X、Y轴定位误差主要来源于控制误差和几何误差，其中控制误差通常由控制***的不精确引起的运动部分实际运动轨迹与理想运动轨迹的偏差，几何误差主要来源于零部件的制造及装备精度，由于机器零部件本身及其装备过程存在形状和位置误差，当X、Y轴运动部件移动或转动时，这些形状和位置误差会反映到运动部件上，从而产生几何误差。其中，控制误差可采用先进的控制***达到微米量级的精度，故几何误差是影响X、Y轴定位精度的主要误差因素。
常用的XY移动平台几何误差校正方法借助于精密测试仪器，如用激光干涉仪、激光测距仪或电子水平仪逐一测量X、Y轴误差，这对于实际的现场误差校正有如下不足：首先，高精度仪器使用需有熟练的操作，校正过程对于工程人员的知识面要求高；其次，考虑到由多个贴片机组成的生产线，校正环境空间紧凑，难以有效搭建基于高精密测试仪器的平台，校正方法实现繁杂；再次，高精密测试仪器通常伴随着检测时间长的特点，由于校正数据采集时间间隔过长，可能会增大贴片机X、Y轴误差的随机性，甚至影响数据之间的一致性和相关性，从而降低数据的有效程度。
此外，常规的贴片机X、Y轴定位误差补偿方法仅包括检测与补偿这两部分工作，误差补偿仅通过修改程序或代码实现，忽略或缺失误差建模。而有效的误差补偿应建立误差模型，在此基础上，才能有效进行误差检测和补偿，误差建模和检测关系密切，相互依赖，故贴片机X、Y轴定位误差校正中误差建模是不可或缺的组成部分。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，本发明方法提出了一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测与补偿方法，针对贴片机XY运动平台误差来源，建立误差模型，设计定位误差检测方法，并构建误差补偿模型，极大地提高了贴片机XY轴定位精度。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测方法，包括以下步骤：
计算XY平台内的各标记点基于机械坐标系下的理论位置坐标Pt(xt mn , yt mn )，公式如下：
Figure 58363DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，所述各标记点由治具标定且在所述治具上成矩形阵列分布，Δθ表示所述治具相对XY平台的倾斜角，
Figure 997500DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 727559DEST_PATH_IMAGE003
分别表示第m行第n列个标记点在基于治具坐标系下的横纵坐标，
Figure 68541DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 999588DEST_PATH_IMAGE005
分别表示基准点一在基于治具坐标系下的横纵坐标，xr 11、yr 11分别表示基准点一在基于机械坐标系下的实际位置横纵坐标；
分别移动基准标记相机至所述各标记点，通过基准标记相机获得各标记点基于机械坐标系下对应的实际位置坐标为Pr(xr mn , yr mn )；
计算各标记点的定位误差（Δx mn ，Δy mn ），公式如下Δx mn =xt mn - xr mn ，Δy mn =yt mn - yr mn 。
优选地，所述治具相对XY平台的倾斜角Δθ计算公式如下：
Figure 658977DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 192727DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 388216DEST_PATH_IMAGE008
其中，θ T 为治具理论角度，θ R 为治具实际角度，x MN 、y MN 分别表示基准点二在基于机械坐标系下的横纵坐标，Δx MN 、Δy MN 分别表示基准点二的位置偏差，Δx 11、Δy 11分别表示基准点一的位置偏差，x 11、y 11分别表示基准点一在基于机械坐标系下的横纵坐标。
优选地，所述位置偏差由所述基准标记相机利用识别标记圆方法获得。
优选地，所述治具为板状结构，设于所述XY平台上；所述基准标记相机固设于贴装头上。
优选地，还包括存储所述各标记点的位置信息及其定位误差[xr mn, yr mn , Δx mn ,Δy mn ]。
本发明第二方面提供了一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测***，包括
图像采集模块，用于贴装头移动到各标记点位置拍摄标记点图像，包括基准标记相机和治具，所述基准标记相机安装在贴装头上，所述治具设于所述XY平台上且所述各标记点在所述治具上成矩形阵列分布；
图像处理模块，用于识别图像上标记点中心位置，通过标记点中心与图像中心位置的偏差计算各标记点的位置偏差；
运控控制模块，用于驱动XY轴将所述基准标记相机移动至各标记点位置；
计算模块，用于根据各标记点的位置信息执行上述检测方法的步骤。
本发明第三方面提供了一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差补偿方法，包括以下步骤：
计算位于XY平台内的电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R ；
根据上述检测方法计算得到所述定位误差，利用插值算法计算电路板上基准点J 0的定位误差，记为(
Figure 224585DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 262948DEST_PATH_IMAGE010
)，则有：
Figure 475755DEST_PATH_IMAGE011
式中f x 、f y 分别为插值算法获得的X、Y轴定位误差补偿值，(xr J0 ，yr J0 )为基准点J 0基于机械坐标系下的实际位置坐标；
根据贴装点P在基于机械坐标系下的理论位置坐标(xt P , yt P )，计算对应的实际位置坐标(xr P , yr P )，则有：
Figure 27215DEST_PATH_IMAGE012
，
式中xt J0、yt J0分别为基准点J 0在机械坐标系下的理论位置横纵坐标；
计算所述贴装点P的定位误差补偿值，记(
Figure 300065DEST_PATH_IMAGE013
,
Figure 294565DEST_PATH_IMAGE014
)，则有：
Figure 311063DEST_PATH_IMAGE015
；
对所述贴装点P进行补偿，补偿后的贴装位置坐标记为(
Figure 746724DEST_PATH_IMAGE016
,
Figure 423430DEST_PATH_IMAGE017
)，则有：
Figure 436386DEST_PATH_IMAGE018
。
优选地，所述电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R 的计算过程如下：
在位于XY平台内的电路板上确定两个基准点J 0和J 1，两个基准点J 0和J 1基于机械坐标系下的理论位置坐标分别记为J 0t (xt J0, yt J0) 和J 1t (xt J1, yt J1)；
利用基准标记相机分别识别两个基准点J 0和J 1的位置偏差，分别记为ΔJ 0(Δx J0，Δy J0) 和ΔJ 1(Δx J1，Δy J1)；计算所述电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R ，公式为：
Figure 256574DEST_PATH_IMAGE019
，
xr J0=xt J0 + Δx J0，yr J0 =yt J0 + Δy J0，xr J1 =xt J1+ Δx J1 ，yr J1 =yt J1 + Δy J1 ，
其中，xr J1 ，yr J1 分别为基准点J 1基于机械坐标系下的实际位置横纵坐标。
优选地，所述插值算法根据最近邻插值、线性插值或双线性插值实现。
本发明第四方面提供一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差补偿***，包括：电路板倾斜角模块，用于计算位于XY平台内的电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R ；
基准点定位误差模块，用于利用插值算法计算电路板上基准点J 0的定位误差，记为(
Figure 281162DEST_PATH_IMAGE020
,
Figure 630235DEST_PATH_IMAGE021
)，则有：
Figure 507317DEST_PATH_IMAGE022
式中f x 、f y 分别为插值算法获得的X、Y轴定位误差补偿值，(xr J0 ，yr J0 )为基准点J 0基于机械坐标系下的实际位置坐标；
实际位置坐标模块，用于根据贴装点P在基于机械坐标系下的理论位置坐标(xt P ,yt P )，计算对应的实际位置坐标(xr P , yr P )，则有：
Figure 662355DEST_PATH_IMAGE023
，
式中（xt J0，yt J0）为基准点J 0在机械坐标系下的理论位置坐标；
贴装点定位误差模块，用于计算所述贴装点P的定位误差补偿值，记(
Figure 947974DEST_PATH_IMAGE024
,
Figure 497642DEST_PATH_IMAGE025
)，则有：
Figure 360556DEST_PATH_IMAGE026
；
补偿模块，用于对所述贴装点P进行补偿，补偿后的贴装位置坐标记为(
Figure 381601DEST_PATH_IMAGE027
,
Figure 380781DEST_PATH_IMAGE028
)，则有：
Figure 602815DEST_PATH_IMAGE029
。
通过上述技术方案，分析误差来源，建立了误差检测模型，有效归纳和精确计算出定位误差的大小与分布规律，在此基础上，设计了误差检测流程，实现了高效的误差检测方案，定位精度大幅度提高，并且极大地减少误差检测的时间和成本。
附图说明
图1为常规贴片机结构示意图；
图2为XY平台定位误差补偿玻璃板治具示意图；
图3为两种坐标系下玻璃板治具校正位置示意图；
图4为基于机器视觉的治具上标记点识别综合误差示意图；
图5为玻璃板治具倾斜角度误差校正示意图；
图6为本发明实施例误差检测XY运动轨迹；
图7为XY平台补偿前、后的误差对比示意图，图7(a)为补偿前的结果，图7(b)为补偿后的结果；
图中：1、X轴；2、Y轴；3、基准标记相机；4、吸嘴杆；5、传送轨道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
为实现贴片机XY平台高精度定位精度要求，首先分析XY轴的定位误差来源，其中，定位误差主要来自XY轴几何误差，XY轴几何误差来源的分析过程具体如下：
当贴装头运动分别沿X、Y轴进给时，忽略Z方向的几何误差，轴沿x、y方向运动之后的实际位置点(x real , y real )和理想位置点(x theory , y theory )在XY平台存在两个方向的误差Δx geo 、Δy geo ，即：
Figure 923332DEST_PATH_IMAGE030
（1）
式中，E x (x, y)、E y (x, y)为贴装头分别沿X、Y轴运动后在x、y方向上产生的误差值；E x (x, y)误差值是沿X轴运动在x方向上产生的误差的综合，包括了定位误差、直线度误差、转角误差和垂直度误差的影响。同理，E y (x, y)为沿Y轴运动在y方向上产生的误差的综合。本发明的检测及补偿方法是针对所述的X、Y轴运动产生的几何误差。
X、Y轴运动几何误差测量采用治具对XY平台进行标定，治具优选为精密玻璃板，采用矩形阵列的圆作为标记点标记精密玻璃板，进行平面综合定位校正，如图2所示，图2为XY平台定位误差补偿玻璃板治具示意图。假设X g -Y g 为治具坐标系，X-Y为机械坐标系（即基于XY平台构建的坐标系），玻璃板可视为理想矩形平面阵列，标记点行间距为D x ，列间距为D y ，在X g -Y g 治具坐标系下，第m行、n列个测量点单元的坐标位置为（
Figure 889014DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 742700DEST_PATH_IMAGE032
）：
Figure 135635DEST_PATH_IMAGE033
（2）
如图3所示，图3为两种坐标系下（即X g -Y g 治具坐标系与X-Y机械坐标系）玻璃板治具校正位置示意图，玻璃板放置在XOY平面内，玻璃板在传送轨道上有倾斜，即X g -Y g 治具坐标系与X-Y机械坐标系存在微小夹角误差。
假设F 11为基准点（见图2标注），通过X、Y轴运动增量D x 倍数和增量D y 倍数到达某标记点位置时，根据图像识别圆方法，获得位置图像位置偏差并记录，如图4所示，实测位置与理论位置会存在偏移Δx和Δy，偏移Δx和Δy可描述为下列关系式：
Figure 832196DEST_PATH_IMAGE034
（3）
式中，Δx jig 为玻璃板治具摆放倾斜引起的X方向误差，Δx geo 为X轴几何误差，Δx rec 为机器视觉识别圆产生的X方向误差。同理，Δy jig 为玻璃板摆放倾斜引起的Y方向误差，Δy geo 为Y轴几何误差，Δy rec 为识别圆产生的Y方向误差。
进一步地，所述图像识别圆方法，是使用图像处理方法计算标记圆中心像素位置，采用常规的阈值分割、二值化处理、边缘提取点的最小二乘拟合圆流程，计算后的圆中心能够得到亚像素精度，约为0.1 pixel（piexl表示像素）。优选地，本发明图像识别圆方法中使用的基准标记相机采用放大倍率镜头，图像中像素分辨率约为5 μm/pixel，故机器视觉能够达到的精度为：0.1 pixel*5 μm/pixel = 0.5μm，很好地满足了检测的精度要求。
考虑到标记圆图像识别产生的误差小且不超过1μm，为了便于分析，可忽略Δx rec 和Δy rec 误差，即Δx rec = 0和Δy rec = 0。因此，式（3）可简化为：
Figure 834525DEST_PATH_IMAGE035
（4）
根据式（4）可知，为了能够获得测量点XY轴的几何误差Δx geo 、Δy geo ，需要消除玻璃板摆放引起的倾斜误差Δx jig 、Δy jig 。
其次，基于XY轴几何误差来源分析，构建XY轴几何误差检测数学模型，基本原理是：贴装头上的基准标记相机可视为精密设备，采用基于基准标记相机的机器视觉提供精密的参照基准，进而将基准标记相机作为机械运动定位误差的测量工具，定位精度由机器视觉定位精度和机械运动精度共同决定，在此基础上，构建XY轴几何误差检测数学模型。
XY轴几何误差检测的数学模型建模具体过程为：
在X g -Y g 治具坐标系下，示例性地以第1行第1列的标记点作为基准点，记基准点F 11（见图2标注）的坐标位置为(
Figure 808297DEST_PATH_IMAGE036
,
Figure 840975DEST_PATH_IMAGE037
)，则基准点F MN （见图2标注）的坐标位置为 (
Figure 900198DEST_PATH_IMAGE038
,
Figure 697428DEST_PATH_IMAGE039
) = (
Figure 525707DEST_PATH_IMAGE040
+m*D x ,
Figure 260445DEST_PATH_IMAGE041
+n*D y )；在X-Y机械坐标系下，记基准点F 11对应的理论位置坐标为
Figure 806964DEST_PATH_IMAGE042
(x 11, y 11)，则基准点F MN 对应的理论位置坐标为
Figure 511615DEST_PATH_IMAGE043
(x MN , y MN )= (x 11 +m*D x , y 11 +n* D y )。
在X-Y机械坐标系下，将贴装头上的基准标记相机移动到位于
Figure 692935DEST_PATH_IMAGE044
(x 11, y 11) 位置并拍图，根据图像识别圆得到基准点
Figure 598574DEST_PATH_IMAGE045
偏差，记偏差为(Δx 11, Δy 11)，则基准点
Figure 366810DEST_PATH_IMAGE042
的实际位置坐标为(xr 11, yr 11) = (x 11 +Δx 11, y 11 +Δy 11)。然后X轴移动m*D x 距离且Y轴移动n*D y 距离，到达基准点
Figure 16097DEST_PATH_IMAGE046
，同理，记识别偏差为(Δx MN , Δy MN ), 则基准点
Figure 320433DEST_PATH_IMAGE047
的实际位置坐标为(xr MN , yr MN ) = (x MN +Δx MN , y MN +Δy MN )，如图5所示。则玻璃板的倾斜夹角Δθ计算公式如下：
Δθ =θ R - θ T （5）
式（5）中θ T 为玻璃板理论角度，θ R 为玻璃板实际角度，关系式分别为：
Figure 256028DEST_PATH_IMAGE048
（6）
Figure 245981DEST_PATH_IMAGE049
（7）
默认治具的伸长率为1，采用玻璃板做治具时，考虑玻璃板倾斜情况下，在X-Y机械坐标系，第m行n列标记点消除倾斜误差后的理论坐标记为Pt(xt mn , yt mn )，则有：
Figure 698959DEST_PATH_IMAGE050
（8）
其中，
Figure 356336DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 102313DEST_PATH_IMAGE052
分别表示第m行第n列个标记点在基于治具坐标系下的横纵坐标。
进一步地消除玻璃板倾斜误差，即根据式（8），将基准标记相机移动到标记点位置Pt(xt mn , yt mn )，同理根据圆图像识别处理，得到圆心识别偏移量记为(Δx mn , Δy mn )，第m行n列标记点的实际位置坐标为Pr(xr mn , yr mn )，则有：
Figure 579562DEST_PATH_IMAGE053
（9）
根据式（4）和式（9），可得第m行n列标记点的几何误差值为：
Figure 570652DEST_PATH_IMAGE054
（10）
因此，根据式（10）可得到X-Y二维平面下各标记点的几何误差数据，即得到各标记点的定位误差。
基于上述定位误差来源分析和构建的数学模型，本发明第一方面提供了一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测方法，包括以下步骤：
S1、计算XY平台内的各标记点基于机械坐标系下的理论位置坐标Pt(xt mn , yt mn )，公式如下：
Figure 207169DEST_PATH_IMAGE055
式中，所述各标记点由治具标定且在所述治具上成矩形阵列分布，Δθ表示所述治具相对XY平台的倾斜角，
Figure 625512DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 357102DEST_PATH_IMAGE057
分别表示第m行第n列个标记点在基于治具坐标系下的横纵坐标，
Figure 886303DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 783852DEST_PATH_IMAGE059
分别表示基准点F 11在治具坐标系下的横纵坐标，xr 11 、yr 11 分别表示基准点F 11在机械坐标系下的理论位置横纵坐标。
执行步骤S1前，需要执行计算玻璃板倾角流程，具体包括以下过程：
S11、先调整传送轨道宽度，将玻璃板放置在传送轨道上，再利用基板夹具夹住固定玻璃板；
S12、手动将基准标记相机移动到F 11标记点视野范围内，尽可能保证F 11标记圆在相机视觉中心位置，利用识别标记圆方法获得F 11标记点偏差(Δx11, Δy11)；
S13、移动X、Y轴，将基准标记移动到F MN 标记点位置，利用识别标记圆方法获得F MN 标记点偏移量，记为(Δx MN, ΔyMN)；
S14、根据公式（7）计算得到治具倾斜角度Δθ。
S2、分别移动基准标记相机至所述各标记点，通过基准标记相机获得各标记点基于机械坐标系下对应的实际位置坐标为Pr(xr mn , yr mn )；
执行完计算玻璃板倾角流程后，依次移动基准标记相机至各个标记点，示例性地，各标记点位置与运动轨迹如图6所示，依次从m=1:M，n=1:N顺序依次拍摄标记点，图6中的运动轨迹顺序如箭头所指：1->2->3->4，获得各标记点基于机械坐标系下对应的实际位置坐标为Pr(xr mn , yr mn )。
S3、计算各标记点的定位误差（Δx mn , Δy mn ），公式如下：
Δx mn =xt mn - xr mn ，
Δy mn =yt mn - yr mn 。
S4、存储所述各标记点的位置信息及其定位误差[xr mn , yr mn , Δx mn , Δy mn ]，以表的形式存储到数据文件中，为后续的补偿实现提供数据集。
基于同一发明构思，本发明第二方面提供一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测***，包括：
图像采集模块，用于贴装头移动到各标记点位置拍摄标记点图像，包括基准标记相机、治具和图像采集卡，所述基准标记相机安装在贴装头上，所述治具设于所述XY平台上且所述各标记点在所述治具上成矩形阵列分布；图像采集卡将图像信息传输到上位机进行图像识别处理；
图像处理模块，用于识别图像上标记点中心位置，通过标记点中心与图像中心位置的偏差计算各标记点的位置偏差；
运控控制模块，用于驱动XY轴将所述基准标记相机移动至所述各标记点位置；由上位机发送XY轴运动控制指令到XY轴运控控制***，运控控制***中的伺服电机驱动滚珠丝杠实现XY轴定位；运控控制***中运动控制误差是控制***的稳态误差，本发明方案中运动控制误差小于4μm，故忽略运动控制产生的***误差；
计算模块，用于根据各标记点的位置信息执行上述基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测方法的步骤。上述方案通过分析误差来源，建立了误差检测模型，有效归纳和精确计算出定位误差的大小与分布规律，在此基础上，设计了误差检测流程，实现了高效的误差检测方案，定位精度大幅度提高，并且极大地减少误差检测的时间和成本。
本发明第三方面提供一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差补偿方法，包括以下步骤：
（1）计算位于XY平台内的电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R ；
示例性地，以PCB电路板为例，建立PCB电路板误差补偿数学模型实现误差补偿。首先计算倾斜角Δθ R ：假设PCB电路板有2个基准点分别记为J 0和J 1，在X-Y机械坐标系的理论位置坐标数据记为J 0t (xt J0, yt J0) 和J 1t (xt J1, yt J1)，利用基准标记相机图像识别基准标记的偏差记为ΔJ 0(Δx J0，Δy J0) 和ΔJ 1(Δx J1，Δy J1)，故J 0和J 1在X-Y机械坐标系实际位置坐标为J 0r (xr J0, yr J0 ) = (xt J0 +Δx J0, yt J0 + Δy J0) 和J 1r(xr J1 , yr J1 ) = (xt J1 + Δx J1, yt J1 + Δy J1)。
根据式（5）可知该PCB电路板倾斜角为：
Figure 107517DEST_PATH_IMAGE060
（11）
（2）根据上述检测方法计算得到所述定位误差，利用插值算法计算电路板上基准点J 0的定位误差；
根据插值算法和已存储的定位误差补偿数据，计算基准点J 0的的几何误差，记 (
Figure 323472DEST_PATH_IMAGE061
,
Figure 656365DEST_PATH_IMAGE062
)为基准点J 0识别XY轴几何误差值，则有：
Figure 142841DEST_PATH_IMAGE063
（12）
式中f x 、f y 分别为插值算法获得的X、Y轴几何误差补偿值。
（3）根据贴装点P在基于机械坐标系下的理论位置坐标记为(xt P , yt P )，计算对应的实际位置坐标(xr P , yr P )；根据PCB板倾斜角度计算贴装点P的实际贴装位置，则有：
Figure 902986DEST_PATH_IMAGE064
（13）。
（4）计算所述贴装点P的定位误差补偿值，记(
Figure 966757DEST_PATH_IMAGE065
,
Figure 604805DEST_PATH_IMAGE066
)；
根据式（13）进一步计算贴装点计算几何误差补偿值，记 (
Figure 945788DEST_PATH_IMAGE067
,
Figure 611256DEST_PATH_IMAGE068
)为XY平台的几何误差补偿误差值，则有：
Figure 303268DEST_PATH_IMAGE069
（14）。
（5）进一步对贴装点P进行补偿，补偿后的贴装坐标位置记为(
Figure 476498DEST_PATH_IMAGE027
,
Figure 937567DEST_PATH_IMAGE028
)，则有：
Figure 39515DEST_PATH_IMAGE070
（15）。
因此，在X-Y机械坐标系下，经误差补偿后，贴装点P的最终贴装位置为(
Figure 77878DEST_PATH_IMAGE027
,
Figure 290685DEST_PATH_IMAGE028
)。
进一步地，所述的插值算法可根据最近邻插值、线性插值或双线性插值等常规算法实现获得目标位置的XY轴几何误差补偿数据。
基于同一发明构思，本发明第四方面提供一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差补偿***，包括：
PCB电路板倾斜角模块，用于计算位于XY平台内的电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R ；
基准点定位误差模块，用于利用插值算法计算电路板上基准点J 0的定位误差，记为(
Figure 853864DEST_PATH_IMAGE071
,
Figure 392293DEST_PATH_IMAGE072
)，则有：
Figure 527739DEST_PATH_IMAGE073
式中f x 、f y 分别为插值算法获得的定位误差补偿值，(xr J0 ，yr J0 )为基准点J0基于机械坐标系下的实际位置坐标；
实际位置坐标模块，用于根据贴装点P的基于机械坐标系下的理论位置坐标(xt P ,yt P )计算对应的实际位置坐标(xr P , yr P )，则有：
Figure 668870DEST_PATH_IMAGE074
；
贴装点定位误差模块，用于计算所述贴装点P的定位误差补偿值，记(
Figure 838952DEST_PATH_IMAGE075
,
Figure 781237DEST_PATH_IMAGE025
)，则有：
Figure 669559DEST_PATH_IMAGE076
；
补偿模块，用于对所述贴装点P进行补偿，补偿后的贴装位置坐标记为(
Figure 224168DEST_PATH_IMAGE077
,
Figure 514335DEST_PATH_IMAGE078
)，则有：
Figure 630452DEST_PATH_IMAGE079
。
本发明技术方案根据XY轴几何误差来源，构建了基于机器视觉的XY轴几何误差检测的数学模型，然后通过误差检测模型设计了误差自动检测流程，最后根据误差数据，建立了PCB电路板误差补偿数学模型，利用新增一种新的与原始误差大小相等、方向相反的误差抵消XY轴定位误差，大大提高了贴片机XY轴定位精度，达到了提高设备精度的目的。
因此，该方案提出了基于机器视觉的贴片机X、Y轴定位误差的补偿方法，通过分析误差来源，建立了误差检测模型，有效归纳和精确计算出几何误差的大小与分布规律，在此基础上，设计了误差检测流程，实现了高效的误差检测方案，大大减少误差检测的时间和成本。进一步地，提出了一种软件技术的补偿手段，人为产生一种新的误差抵消当前成为问题的原始误差，验证了该方法的有效性，贴片机X、Y轴误差补偿效果显著，定位精度大幅度提高，实现了一种既有效又准确的提高贴片机X、Y定位精度方法，达到了提高设备精度的目的。为了验证本发明技术方案的有效性，进行了误差补偿对比测试，补偿前后的检测条件以及玻璃板治具等套件的安装方式不变，得到对应的误差补偿数据，如图7所示，图7为XY平台补偿前、后的误差对比示意图，其中Δx横坐标为实际位置与理论位置的X方向偏差，同理，Δy 纵坐标实际位置与理论位置的Y方向偏差，标注同图4示意图。
由图7可知，X方向位置误差从图7(a)所示补偿前的30μm降低到图7(b)所示补偿后的5μm，Y方向误差从补偿前的20μm降低到补偿后的5μm，X、Y定位精度都得到了很好的改善，部分误差降低的幅度超过20μm，部分精度提高超50%，由以上对比测试可知，运用本发明提出的技术方案进行补偿后，误差补偿效果明显，X、Y定位精度大幅度提高。
综上所述，本发明技术通过分析误差来源，建立了误差检测模型，有效归纳和精确计算出几何误差的大小与分布规律。借助高精度玻璃板治具，实现了高效的误差检测方案，误差检测为自动化流程，大大减少误差检测的时间和成本，采用软件技术的补偿手段，构建了PCB电路板误差补偿数学模型，产生一种新的误差抵消当前成为问题的原始误差，验证了该方法的有效性，补偿后的定位精度明显提高，适用于贴片机X、Y轴高精度定位***，达到了提高设备精度的目的。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算XY平台内的各标记点基于机械坐标系下的理论位置坐标Pt(xt mn , yt mn )，公式如下：
Figure 662729DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，所述各标记点由治具标定且在所述治具上成矩形阵列分布，Δθ表示所述治具相对XY平台的倾斜角，
Figure 213927DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 124114DEST_PATH_IMAGE003
分别表示第m行第n列个标记点在基于治具坐标系下的横纵坐标，
Figure 157667DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 522921DEST_PATH_IMAGE005
分别表示基准点一在基于治具坐标系下的横纵坐标，xr 11、yr 11分别表示基准点一在基于机械坐标系下的实际位置横纵坐标；
分别移动基准标记相机至所述各标记点，通过基准标记相机获得各标记点基于机械坐标系下对应的实际位置坐标为Pr(xr mn , yr mn )；
计算各标记点的定位误差（Δx mn ，Δy mn ），公式如下Δx mn =xt mn - xr mn ，Δy mn =yt mn -yr mn 。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述治具相对XY平台的倾斜角Δθ计算公式如下：
Figure 898932DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 511179DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 736755DEST_PATH_IMAGE008
其中，θ T 为治具理论角度，θ R 为治具实际角度，x MN 、y MN 分别表示基准点二在基于机械坐标系下的横纵坐标，Δx MN 、Δy MN 分别表示基准点二的位置偏差，Δx 11、Δy 11分别表示基准点一的位置偏差，x 11、y 11分别表示基准点一在基于机械坐标系下的横纵坐标。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述位置偏差由所述基准标记相机利用识别标记圆方法获得。
4.根据权利要求1-3任一所述的检测方法，其特征在于，所述治具为板状结构，设于所述XY平台上；所述基准标记相机固设于贴装头上。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，还包括存储所述各标记点的位置信息及其定位误差[xr mn , yr mn , Δx mn , Δy mn ]。
6.一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差检测***，其特征在于，包括
图像采集模块，用于贴装头移动到各标记点位置拍摄标记点图像，包括基准标记相机和治具，所述基准标记相机安装在贴装头上，所述治具设于所述XY平台上且所述各标记点在所述治具上成矩形阵列分布；
图像处理模块，用于识别图像上标记点中心位置，通过标记点中心与图像中心位置的偏差计算各标记点的位置偏差；
运控控制模块，用于驱动XY轴将所述基准标记相机移动至各标记点位置；
计算模块，用于根据各标记点的位置信息执行如权利要求1-3中任意所述的方法的步骤。
7.一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算位于XY平台内的电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R ；
根据如权利要求1-5中任意一项所述方法计算得到所述定位误差，利用插值算法计算电路板上基准点J 0的定位误差，记为(
Figure 469481DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 87282DEST_PATH_IMAGE010
)，则有：
Figure 417900DEST_PATH_IMAGE011
式中f x 、f y 分别为插值算法获得的X、Y轴定位误差补偿值，(xr J0 ，yr J0 )为基准点J 0基于机械坐标系下的实际位置坐标；
根据贴装点P在基于机械坐标系下的理论位置坐标(xt P , yt P )，计算对应的实际位置坐标(xr P , yr P )，则有：
Figure 378377DEST_PATH_IMAGE012
，
式中xt J0、yt J0分别为基准点J 0在机械坐标系下的理论位置横纵坐标；
计算所述贴装点P的定位误差补偿值，记(
Figure 819853DEST_PATH_IMAGE013
,
Figure 495423DEST_PATH_IMAGE014
)，则有：
Figure 324839DEST_PATH_IMAGE015
；
对所述贴装点P进行补偿，补偿后的贴装位置坐标记为(
Figure 823210DEST_PATH_IMAGE016
,
Figure 740481DEST_PATH_IMAGE017
)，则有：
Figure 536137DEST_PATH_IMAGE018
。
8.根据权利要求7所述的补偿方法，其特征在于，所述电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R 的计算过程如下：
在位于XY平台内的电路板上确定两个基准点J 0和J 1，两个基准点J 0和J 1基于机械坐标系下的理论位置坐标分别记为(xt J0, yt J0) 和(xt J1, yt J1)；
利用基准标记相机分别识别两个基准点J 0和J 1的位置偏差，分别记为 (Δx J0，Δy J0)和(Δx J1，Δy J1)；计算所述电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R ，公式为：
Figure 474137DEST_PATH_IMAGE019
，
xr J0=xt J0 + Δx J0，yr J0 =yt J0 + Δy J0，xr J1 =xt J1+ Δx J1 ，yr J1 =yt J1 + Δy J1 ，
其中，xr J1 ，yr J1 分别为基准点J 1基于机械坐标系下的实际位置横纵坐标。
9.根据权利要求7或8所述的补偿方法，其特征在于，所述插值算法根据最近邻插值、线性插值或双线性插值实现。
10.一种基于机器视觉的贴片机XY平台定位误差补偿***，其特征在于，包括：电路板倾斜角模块，用于计算位于XY平台内的电路板相对XY平台的倾斜角Δθ R ；
基准点定位误差模块，用于利用插值算法计算电路板上基准点J 0的定位误差，记为(
Figure 145289DEST_PATH_IMAGE020
,
Figure 898875DEST_PATH_IMAGE021
)，则有：
Figure 722606DEST_PATH_IMAGE022
式中f x 、f y 分别为插值算法获得的X、Y轴定位误差补偿值，(xr J0 ，yr J0 )为基准点J 0基于机械坐标系下的实际位置坐标；
实际位置坐标模块，用于根据贴装点P在基于机械坐标系下的理论位置坐标(xt P ,yt P )，计算对应的实际位置坐标(xr P , yr P )，则有：
Figure 18458DEST_PATH_IMAGE023
，
式中xt J0、yt J0分别为基准点J 0在机械坐标系下的理论位置横纵坐标；
贴装点定位误差模块，用于计算所述贴装点P的定位误差补偿值，记(
Figure 426174DEST_PATH_IMAGE024
,
Figure 200095DEST_PATH_IMAGE025
)，则有：
Figure 143912DEST_PATH_IMAGE026
；
补偿模块，用于对所述贴装点P进行补偿，补偿后的贴装位置坐标记为(
Figure 610665DEST_PATH_IMAGE027
,
Figure 508607DEST_PATH_IMAGE028
)，则有：
Figure 961586DEST_PATH_IMAGE029
。
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