基于雙目視覺的插件元件針腳視覺定位方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用雙目視覺的非接觸方法對插件元件的針腳進(jìn)行定位，從而對插件 元件進(jìn)行定位，具體是一種基于雙目視覺的插件元件針腳視覺定位方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子產(chǎn)品的市場不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率需要不斷提高，生產(chǎn)的自動 化程度需要不斷提高。目前市場上的一部分電子產(chǎn)品，因?yàn)閷w積的要求沒那么嚴(yán)格，為了 控制成本，廣泛應(yīng)用插件元件。隨著電子產(chǎn)品需求量的不斷提高，人工插件的效率和質(zhì)量已 經(jīng)無法滿足目前的生產(chǎn)需要，需要通過自動化插件設(shè)備代替人工插件的過程，自動化插件 設(shè)備的核心技術(shù)是一種準(zhǔn)確和快速的元件定位方法。
[0003] 目前利用機(jī)器視覺定位插件電子元件，有通過側(cè)面激光給針腳打光，利用底部相 機(jī)100采集針腳端部對光線的折射來定位針腳，如圖1所示。這種方法機(jī)械手101夾持待檢測 元件102,激光線光源103從待檢測元件的側(cè)面打光，線光源的光照到針腳底端部，經(jīng)過針腳 底端部倒角反射光線進(jìn)入鏡頭，在底部相機(jī)中成像。但是如果待檢測元件本體是白色，本體 反光和透光嚴(yán)重干擾針腳的定位，受本體顏色以及環(huán)境光線的限制較大；除此之外由于針 腳端部倒角工藝的不一致性，這些倒角的質(zhì)量差異會影響定位的準(zhǔn)確性。
[0004] 目前利用機(jī)器視覺定位電子元件，還有通過側(cè)面平行光103打光利用另一側(cè)的相 機(jī)100采集元件本體各方向的投影來確定元件的位置和姿態(tài)，如圖2、3所示。這種方法是用 吸盤101吸住電子元件102,經(jīng)過元件側(cè)面平行光103打光，待檢測元件本體遮擋住一部分光 線，其他部位的光線進(jìn)入在待檢測元件的另一側(cè)的鏡頭，在相機(jī)形成元件本體的投影圖像。 但是該方法只能通過吸盤吸取元件，因?yàn)樾枰ㄟ^元件本體的投影確定元件的位置和姿 態(tài)，所以不能通過機(jī)械手夾持待定位元件，所以無法應(yīng)用于一些上表面不光滑的電子元件； 而且需要配合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動采集元件本體多個(gè)方向的投影圖像，不但計(jì)算量大，而且該定位方 法需要待檢測元件在檢測位停頓一定的時(shí)間配合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動采集多個(gè)方向的投影圖像，如果 使用到自動化插件設(shè)備，這種定位方法會使插件效率大大降低。對于一部分本體形狀不規(guī) 則或其針腳相對本體位置精度不高的插件元件，這種通過本體的定位方法，針腳定位的誤 差比較大，可能造成針腳無法插入電路板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供基于雙目視覺的插件元件針腳視覺定位方法，基于圖像處 理給予確定針腳定位，及通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，確定元件姿態(tài)。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供基于雙目視覺的插件元件 針腳視覺定位裝置，通過采集元件針腳的投影圖像，可以有效穩(wěn)定地檢測所有針腳，不受待 檢測元件本體顏色和針腳端部倒角質(zhì)量的影響；而通過對針腳直接進(jìn)行定位，克服了本體 投影定位的精度缺點(diǎn)，以及需要通過旋轉(zhuǎn)元件采集不同方向圖像的效率低的缺點(diǎn)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)方法目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 基于雙目視覺的插件元件針腳視覺定位方法，該方法包括有如下步驟： (1) 在一取景平面上，從不同角度獲取待定位元件的針腳的投影圖像； (2) 經(jīng)過電腦分析處理獲得步驟（1)的待定位元件的針腳處在取景平面上的位置； (3) 重復(fù)上述步驟（1)、（2)獲得待定位元件的另一針腳處在取景平面上的位置； (4) 經(jīng)過電腦分析處理，把取景平面上兩個(gè)針腳圖像位置轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中，得到世 界坐標(biāo)系中針腳的位置，以此確定待定位元件中心位置以及元件姿態(tài)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)裝置目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 基于雙目視覺的插件元件針腳視覺定位裝置，該裝置包括兩個(gè)相機(jī)，一個(gè)光源，一個(gè)直 線運(yùn)動裝置，一個(gè)夾持待定位元件的氣缸夾持機(jī)構(gòu);其中： 兩個(gè)相機(jī)位于待定位元件的針腳的一側(cè)，光源位于待定位元件的另一側(cè)，光線通過待 定位元件的針腳區(qū)域，目標(biāo)針腳的輪廓投影在相機(jī)成像，兩個(gè)相機(jī)采集的針腳投影圖像可 以確定針腳在兩個(gè)相機(jī)光軸所在平面的位置； 氣缸夾持機(jī)構(gòu)夾持待定位元件，由直線運(yùn)動裝置控制待定位元件通過兩個(gè)相機(jī)和光源 之間的區(qū)域，通過控制直線運(yùn)動裝置的速度使兩個(gè)相機(jī)都可以采集到目標(biāo)針腳投影圖像， 由直線運(yùn)動裝置的位移傳感器確定待定位元件的位置，返回信號給控制電腦控制相機(jī)拍照 和光源開關(guān)。
[0009] 上述方案進(jìn)一步是：所述氣缸夾持機(jī)構(gòu)與直線運(yùn)動裝置之間有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)橋 接。
[0010] 上述方案進(jìn)一步是:所述直線運(yùn)動裝置為電機(jī)-絲桿直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，包括有伺服電 機(jī)、絲桿、絲桿螺母，絲桿螺母套裝在絲桿上，伺服電機(jī)驅(qū)動絲桿旋轉(zhuǎn)，絲桿螺母沿絲桿軸向 往復(fù)移動，絲桿螺母連接旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)再連接氣缸夾持機(jī)構(gòu)。
[0011] 上述方案進(jìn)一步是:所述電腦分別通過總線進(jìn)行通信連接的運(yùn)動控制器、圖像采 集卡、攝像控制器、光源控制器，以此對應(yīng)連接直線運(yùn)動裝置、相機(jī)、光源及氣缸夾持機(jī)構(gòu)， 電腦設(shè)有圖像處理模塊、CPU、存儲器、人機(jī)接口，其中： 所述的運(yùn)動控制器與所述直線運(yùn)動裝置相連接;所述由兩個(gè)相機(jī)和一個(gè)光源分別與所 述攝像控制器和光源控制器連接，所述攝像控制器用于實(shí)現(xiàn)所述兩個(gè)方向相機(jī)的圖像采 集，所述光源控制器用于實(shí)現(xiàn)所述光源的開關(guān)控制，用于配合相機(jī)采集圖像;所述兩個(gè)方向 相機(jī)的信號輸出端與所述圖像采集卡分別連接，所述圖像采集卡用于將相機(jī)采集的數(shù)字圖 像信號送給所述CPU處理或到所述存儲器保存;所述直線運(yùn)動裝置的位移傳感器與I/O 口連 接，反饋待檢測元件的位置給CPU，用于控制相機(jī)和光源工作。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果： (1)本視覺定位方法通過兩個(gè)光軸與針腳垂直的相機(jī)可以檢測出待檢測元件針腳在水 平面中的位置以及元件的姿態(tài)。
[0013] (2)本視覺定位方法結(jié)合直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使得相機(jī)可以在機(jī)械手抓取電子元件運(yùn) 動的過程中采集元件針腳的投影圖像，不需要通過旋轉(zhuǎn)獲得各個(gè)角度的圖像信息，可以大 大節(jié)省插件元件的定位檢測時(shí)間。
[0014] (3)本視覺定位方法通過背光打光的方式，利用針腳的投影圖像對待檢測元件的 針腳進(jìn)行定位，避免了待檢測元件本體透光和反光以及針腳端部倒角質(zhì)量對針腳定位效果 的影響。
[0015] (4)本視覺定位方法通過直接采集元件針腳的圖像來定位元件，有效消除了通過 元件本體的圖像來定位元件位置的誤差，大大提高了元件定位的精準(zhǔn)度。
[0016] (5)本發(fā)明可用于插件技術(shù)行業(yè)的高速高精度自動光學(xué)檢測。
[0017]【附圖說明】： 下面結(jié)合附圖及實(shí)施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 圖1為現(xiàn)有側(cè)面激光打光針腳定位裝置簡圖； 圖2為現(xiàn)有電子元件本體定位裝置簡圖； 圖3為圖2的仰視簡圖； 圖4為本發(fā)明元件定位裝置正視圖； 圖5為本發(fā)明元件定位裝置上視圖； 圖6為普通鏡頭針孔成像模型； 圖7為雙普通鏡頭相機(jī)坐標(biāo)系； 圖8為雙相機(jī)坐標(biāo)系以及垂直坐標(biāo)系； 圖9為垂直坐標(biāo)系以及世界坐標(biāo)系； 圖10為兩個(gè)針腳定位不意圖； 圖11為雙遠(yuǎn)心鏡頭相機(jī)坐標(biāo)系； 圖12本發(fā)明檢測系統(tǒng)構(gòu)框圖。
[0018]
【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此。
[0019] 本發(fā)明提供的基于雙目視覺的插件元件針腳視覺定位方法，該方法包括有如下步 驟： (1) 在一取景平面上，從不同角度獲取待定位元件的針腳的投影圖像； (2) 經(jīng)過電腦分析處理獲得步驟（1)的待定位元件的針腳處在取景平面上的位置； (3) 重復(fù)上述步驟（1)、（2)獲得待定位元件的另一針腳處在取景平面上的位置； (4) 經(jīng)過電腦分析處理，把取景平面上兩個(gè)針腳圖像位置轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系中，得到世 界坐標(biāo)系中針腳的位置，以此確定待定位元件中心位置以及元件姿態(tài)。
[0020] 參閱圖4~12所示，本發(fā)明針對上述方法提供的基于雙目視覺的插件元件針腳視覺 定位裝置包括兩個(gè)相機(jī)6、7，一個(gè)光源8，一個(gè)直線運(yùn)動裝置，一個(gè)夾持待定位元件的氣缸夾 持機(jī)構(gòu)4;其中： 兩個(gè)相機(jī)6、7位于待定位元件5的針腳的一側(cè)，光源8位于待定位元件5的另一側(cè)，光線 通過待定位元件的針腳區(qū)域，目標(biāo)針腳的輪廓投影在相機(jī)成像，兩個(gè)相機(jī)采集的針腳投影 圖像可以確定針腳在兩個(gè)相機(jī)光軸所在平面的位置； 氣缸夾持機(jī)構(gòu)4夾持待定位元件，由直線運(yùn)動裝置控制待定位元件通過兩個(gè)相機(jī)和光 源之間的區(qū)域，通過控制直線運(yùn)動裝置的速度使兩個(gè)相機(jī)都可以采集到目標(biāo)針腳51投影圖 像，由直線運(yùn)動裝置的位移傳感器確定待定位元件的位置，返回信號給控制電腦控制相機(jī) 拍照和光源開關(guān)。
[0021 ] 實(shí)施例1: 如圖4、5所不，本裝置包括相機(jī)6、相機(jī)7，光源8，氣缸夾持機(jī)構(gòu)4及直線運(yùn)動裝置。氣缸 夾持機(jī)構(gòu)4與直線運(yùn)動裝置之間有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)3橋接。所述直線運(yùn)動裝置為電機(jī)-絲桿直 線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，包括有伺服電機(jī)11、絲桿9、絲桿螺母2,絲桿9通過滾動軸承10安裝在支架1上， 絲桿螺母2套裝在絲桿9上，伺服電機(jī)11驅(qū)動絲桿9旋轉(zhuǎn)，絲桿螺母2沿絲桿軸向往復(fù)移動，絲 桿螺母2連接旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)3，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動機(jī)構(gòu)3再連接氣缸夾持機(jī)構(gòu)4。圖12所示，所述電腦分 別通過總線進(jìn)行通信連接的運(yùn)動控制器、圖像采集卡、攝像控制器、光源控制器，以此對應(yīng) 連接直線運(yùn)動裝置、相機(jī)、光源及氣缸夾持機(jī)構(gòu)，電腦設(shè)有圖像處理模塊、CPU、存儲器、人機(jī) 接口，其中：所述的運(yùn)動控制器與所述直線運(yùn)動裝置相連接;所述由兩個(gè)相機(jī)和一個(gè)光源分 別與所述攝像控制器和光源控制器連接，所述攝像控制器用于實(shí)現(xiàn)所述兩個(gè)方向相機(jī)的圖 像采集，所述光源控制器用于實(shí)現(xiàn)所述光源的開關(guān)控制，用于配合相機(jī)采集圖像;所述兩個(gè) 方向相機(jī)的信號輸出端與所述圖像采集卡分別連接，所述圖像采集卡用于將相機(jī)采集的數(shù) 字圖像信號送