XY平台机器视觉对位系统的标定方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010034885.2 (22)申请日 2020.01.13 (71)申请人 深圳市精昱智能技术有限公司 地址 518000 广东省深圳市龙岗区坪地街 道高桥社区东维丰3号厂房101 (72)发明人 覃宇平焦庆华李景权雷晨 陈肖涛 (74)专利代理机构 深圳市中联专利代理有限公 司 44274 代理人 朱以智 (51)Int.Cl. G06T 7/80(2017.01) (54)发明名称 一种XY平台机器视觉对位系统的标定方 法 (57)摘要 本发明涉及一种XY平台机器视觉。

2、对位系 统的标定方法， 其中， 所述XY平台机器视觉对 位系统包括A图像采集装置、 A平台、 B图像采集装 置以及B平台， A平台以及B平台均吸附有标定板， 标定板设置有多个横向以及纵向排列的圆靶标， 圆靶标之间等间隔分布， 本发明的的标定方法 中， 通过应用高精度标定板建立相对于图像坐标 的固定虚拟坐标系， 而此坐标系作为中间变换因 素。 控制的平台移动固定距离， 获取标定板上的 基准点图像坐标变化和平台坐标变化， 计算出图 像、 虚拟坐标系、 平台坐标系之间的坐标变换关 系， 完成平台的标定， 克服了平台分体安装无法 在各自图像平面实现XY坐标方向移动来实现精 确标定导致精度误差大的难题，。

3、 具有很强的适应 性与极高的精度。 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 CN 111260734 A 2020.06.09 CN 111260734 A 1.一种XY 平台机器视觉对位系统的标定方法， 其中， 所述XY 平台机器视觉对位系统 包括A图像采集装置、 A平台、 B图像采集装置以及B平台， 所述A平台以及B平台均吸附有标定 板， 所述标定板设置有多个横向以及纵向排列的圆靶标， 所述圆靶标之间等间隔分布， 包括 以下步骤： S1： A图像采集装置获取A平台的标定板图像； S2： 设定一个固定坐标系， 然后设定A平台的标定板图像中一个圆靶标为基准点， 以基 准点的初始位置为原点， 根据。

4、圆靶标布局方向建立虚拟坐标系a， 最后确定虚拟坐标系 a与固定坐标系变换关系； S3： 在A平台上建立一个A平台坐标系， A平台沿X轴移动固定距离， 并且沿着 方向转动 固定的角度， 获取此时基准点在a坐标系下的坐标值的以及A平台相对于固定坐标系下的 坐标值； S4： 根据基准点在a坐标下的坐标值和A平台在固定坐标下的坐标值， 计算出a坐标 系与A平台坐标系变换关系， 完成A平台的标定； S5： B图像采集装置获取B平台标定板的图像； S6： 设定一个固定坐标系， 然后以标定板图像中其中一个圆靶标为基准点， 以基准点的 初始位置为坐标系原点， 建立虚拟坐标系b， 然后计算虚拟坐标系b原点在固定。

5、坐标系 下的坐标值以及计算出虚拟坐标系b原点在固定坐标系下的夹角值， 进而确定b坐标系 的坐标值与固定坐标系的变换关系； S7： 在B平台上建立一个B平台坐标系， B平台沿Y轴移动固定距离， 获取此时基准点在 b坐标系下的坐标值的以及B平台相对于固定坐标系下的坐标值； S8： 根据基准点在b坐标下的坐标值和B平台在固定坐标下的坐标值， 计算出a坐标 系与B平台坐标系变换关系， 完成B平台的标定。 2.根据权利要求1所述的标定方法， 其特征在于， 所述A图像采集装置以及B图像采集装 置均为相机。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111260734 A 2 一种XY 平台机器视觉对位系统的标定方。

6、法 技术领域 0001 本发明涉及一种XY 平台机器视觉对位系统的标定方法。 背景技术 0002 在计算机、 通信、 消费电子及零部件等制造业领域， 往往需要将两个或多个零部件 进行对位安装。 安装的精度直接决定产品的质量， 在生产过程中， 一般使用机器视觉对位系 统来实现零部件的对位。 机构平台也较多使用XY 平台模式， 而且是分体安装为A、 B平台。 0003 如图1所示， A平台110包含运动机构X轴、 轴、 A图像采集装置120， B平台210包含运 动机构Y轴、 B图像采集装置220。 A对象130放置于A平台上， B对象230放置于B平台上， A对象 和B对象均设置有对位标识240。

7、， 在实际的工业生产过程中， A对象130可以为手机液晶屏， B 对象230可以为背光模组， 通过机器视觉对位系统实现两者的贴合； A图像采集装置和B图像 采集装置用于拍摄对位标识240。 对位贴合的过程包括： A图像采集装置采集拍摄A对象130 的对位标识240， 并根据预先确定的A图像平面与A平台平面的映射关系， 计算得出A对象130 中对位标识240的A平台坐标； 同样， B图像采集装置拍摄B对象的对位标识240， 并根据预先 确定的B图像平面与B平台平面的映射关系， 计算得出B对象中对位标识240的B平台坐标； 根 据A、 B平台与A、 B图像采集装置拍摄计算出的坐标偏差， A平台将A。

8、对象移动到调整后的贴合 位置， B平台将B对象移动到调整后的贴合位置， 然后A平台下降将A对象贴合到B对象上， 从 而完成A对象与B对象的贴合。 在对位贴合过程中， 预先确定A对象图像坐标与A平台坐标， 以 及B图像坐标与B平台坐标的映射关系是对位贴合的基础， 称为标定； 标定的精确程度是对 位贴合精确度的关键。 0004 现有的标定方法： A平台沿X、 轴方向， 分别移动固定距离， A图像采集装置获取A平 台对象基准点图像， 并获取图像坐标偏差和A平台坐标偏差。 通过X偏差关系计算X方向像素 比， 并赋值给Y方向的像素比， 通过 偏差结合X、 Y像素比计算确定A平台平面与A图像平面的 坐映射。

9、关系， 完成A平台标定。 B平台沿Y方向移动固定距离， B图像采集装置获取B平台对象 基准点图像， 并获取图像坐标偏差和B平台坐标偏差。 通过Y偏差关系计算Y方向像素比， 并 赋值给X方向的像素比， 从而计算确定B平台平面与B图像平面的坐映射关系， 完成B平台标 定。 0005 由于现有的标定方法中采用分体式A， B平台， 导致在标定时两平台图像采集装置 不能够同时获取平台在X， Y方向的对象基准点图像与X， Y轴运动偏差。 只能获取某1方向(X 或Y)的图像偏差与运动偏差来计算图像与运动映射关系， 而另1方向映射关系也直接取值 于此关系。 如果图像平面与运动平面绝对平行， 理论上X， Y方向。

10、映射关系等值， 但是由于安 装等因素， 存在两平面不平行， X， Y方向映射关系不等值， 从而无法保证标定的精确度。 0006 同时， 由于分体式A， B平台， 在工作组装部件时， A平台的Y方向视觉偏差需B平台Y 轴补偿， B平台X方向视觉偏差需要A平台补偿。 由于映射不等值关系， 从而也无法保证组装 精确度。 说明书 1/4 页 3 CN 111260734 A 3 发明内容 0007 本发明的目的是解决现有技术的不足， 为此， 提供一种XY 平台机器视觉对位系统 的标定方法， 其中， 所述XY 平台机器视觉对位系统包括A图像采集装置、 A平台、 B图像采集 装置以及B平台， 所述A平台以。

11、及B平台均吸附有标定板， 所述标定板设置有多个横向以及纵 向排列的圆靶标， 所述圆靶标之间等间隔分布， 包括以下步骤： 0008 S1： A图像采集装置获取A平台的标定板图像； 0009 S2： 设定一个固定坐标系， 然后设定A平台的标定板图像中一个圆靶标为基准点， 以基准点的初始位置为原点， 根据圆靶标布局方向建立虚拟坐标系a， 最后确定虚拟坐标 系a与固定坐标系的之间； 0010 S3： 在A平台上建立一个A平台坐标系， A平台沿X轴移动固定距离， 并且沿着 方向 转动固定的角度， 获取此时基准点在a坐标系下的坐标值的以及A平台相对于固定坐标系 下的坐标值； 0011 S4： 根据基准点在。

12、a坐标下的坐标值和A平台在固定坐标下的坐标值， 计算出a 坐标系与A平台坐标系变换关系， 完成A平台的标定； 0012 S5： B图像采集装置获取B平台标定板的图像； 0013 S6： 设定一个固定坐标系， 然后以标定板图像中其中一个圆靶标为基准点， 以基准 点的初始位置为坐标系原点， 建立虚拟坐标系b， 然后计算虚拟坐标系b原点在固定坐 标系下的坐标值以及计算出虚拟坐标系b原点在固定坐标系下的夹角值， 进而确定b坐 标系的坐标值与固定坐标系的变换关系； 0014 S7： 在B平台上建立一个B平台坐标系， B平台沿Y轴移动固定距离， 获取此时基准点 在b坐标系下的坐标值的以及B平台相对于固定坐。

13、标系下的坐标值； 0015 S8： 根据基准点在b坐标下的坐标值和B平台在固定坐标下的坐标值， 计算出a 坐标系与B平台坐标系变换关系， 完成B平台的标定。 0016 进一步地， 所述A图像采集装置以及B图像采集装置均为相机。 0017 本发明的有益效果是： 本发明的的标定方法中， 通过应用高精度标定板建立相对 于图像坐标的固定虚拟坐标系， 而此坐标系作为中间变换因素。 控制的平台移动固定距离， 获取标定板上的基准点图像坐标变化和平台坐标变化， 计算出图像、 虚拟坐标系、 平台坐标 系之间的坐标变换关系， 完成平台的标定， 克服了平台分体安装无法在各自图像平面实现 XY坐标方向移动来实现精确标。

14、定导致精度误差大的难题， 具有很强的适应性与极高的精 度。 附图说明 0018 图1为目前一种常用的机器视觉XY 平台对位系统的结构示意图； 0019 图2为本发明提供的A平台标定基准位置的示意图； 0020 图3为本发明提供的A平台沿X方向移动固定距离后的基准点位置示意图； 0021 图4为本发明提供的A平台沿 正方向移动固定距离后的基准点位置示意图； 0022 图5为本发明提供的A平台沿 负方向移动固定距离后的基准点位置示意图； 0023 图6本发明提供的B平台标定基准位置的示意图； 0024 图7为本发明提供的B平台沿Y方向移动固定距离后的基准点位置示意图； 说明书 2/4 页 4 CN。

15、 111260734 A 4 0025 图8为本发明标定方法流程图。 具体实施方式 0026 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0027 见图1， 本发明提供的一种XY 平台机器视觉对位系统的标定方法， 其中， 所述XY 平台机器视觉对位系统包括A图像采集装置120、 A平台110、 B图像采集装置220以及B平台 210， 所述A平台以及B平台均。

16、吸附有标定板160， 所述标定板160设置有多个横向以及纵向排 列的圆靶标， 所述圆靶标之间等间隔分布。 0028 包括以下步骤： 见图8。 0029 步骤S1： A图像采集装置获取A平台的标定板图像； 0030 首先， A平台处于标定基准位置， 具体地， 见图2， 其中， 通过调整A图像采集装置(即 为相机)， 使得A图像采集装置(即为相机)的视场150能够清晰地获得A平台的标定板圆靶标 的图像， 并尽可能使得视场150布满标定板的圆靶标。 0031 步骤S2： 设定一个固定坐标系， 然后设定A平台的标定板图像中一个圆靶标为基准 点， 以基准点的初始位置161为原点， 根据圆靶标布局方向建立。

17、虚拟坐标系a， 最后确定虚 拟坐标系a与固定坐标系的之间； 0032 见图2， 设定一个固定坐标系， 然后以标定板图像中其中一个圆靶标为基准点， 以 基准点的初始位置161为坐标系原点， 建立虚拟坐标系a， 然后计算虚拟坐标系a原点在 固定坐标系下的坐标值以及计算出虚拟坐标系a原点在固定坐标系下的夹角值， 最后确 定虚拟坐标系a与固定坐标系的之间。 0033 步骤S3： 在A平台上建立一个A平台坐标系， A平台沿X轴移动固定距离， 并且沿着 方向转动固定的角度， 获取此时基准点在a坐标系下的坐标值的以及A平台相对于固定坐 标系下的坐标值。 0034 见图2， 首先， 获取基准点的初始位置161。

18、在固定坐标系下坐标值， 然后变换为在 a坐标系下的坐标值， 记为(Xa1， Ya1)， 将A平台在固定坐标系下的坐标值， 记为(XA1， YA1 A1)(0， 0， 0)。 见图3， 之后， 控制A平台沿X轴方向移动固定距离XA12， 获取基准点的第二 位置162在固定坐标系下坐标值， 变换为在a坐标系下坐标值， 记为(Xa2， Ya2)， 此时， A平 台在固定坐标系下的坐标值记为(XA2， YA2， A2)(XA12， 0， 0)。 见图4， 移动A平台使得基 准点回到初始位置161， 再沿 正方向转动固定角度 1， 获取基准点的第三位置163的在固 定坐标系下的坐标值， 变换为在a坐标系。

19、下的坐标值， 记为(Xa3， Ya3)， 此时A平台在固定 坐标系下的坐标值， 记为(XA3， YA3， A3)(0， 0， 1)。 见图5， 移动A平台使得基准点位置 回到初始位置161， 再沿 负方向转动固定角度 2， 获取基准点的第四位置164的在固定坐 标下的坐标值， 变换为在a坐标下的坐标值， 记为(Xa4， Ya4)， 此时A平台在固定坐标系下 记为(XA4， YA4， A4)(0， 0， 2)。 0035 步骤S4： 根据基准点在a坐标下的坐标值和A平台在固定坐标下的坐标值， 计算 出a坐标系与A平台坐标系变换关系， 完成A平台的标定。 说明书 3/4 页 5 CN 111260。

20、734 A 5 0036 基准点在初始位置161、 162两位置在a坐标下坐标偏差值为(Xa12， Ya12)， 其中， Xa12Xa2-Xa1， Ya12Ya2-Ya1。 基准点161、 162两位置时A平台坐标系在固定坐 标下坐标偏差为(XA12， YA12)， 其中， XA12XA2-XA1， YA12YA2-YA10。 从而计 算出a坐标系原点相对于A平台坐标系夹角关系 Aa； 初始位置161， 第三位置163， 第四 位置164共圆且在a坐标系下的坐标值已知， 夹角已知， 同时， A平台坐标系与a坐标系夹 角已知， 可建立两组方程组， 计算得出两组圆心坐标， 取平均值确立圆心坐标， 。

21、即是A平台旋 转中心(A平台坐标系原点)在a坐标系上的坐标。 反过来可得出a坐标系在平A台坐标系 的平移位置与旋转角度， 进而可确立A平台坐标系到a坐标系的变换关系， 完成A平台的标 定。 以上计算方法为本领域技术人员常用计算方法， 不作详述。 0037 步骤S5： B图像采集装置获取B平台标定板的图像； 0038 首先， B平台处于有标定基准位置， 具体地， 见图6， 其中， 通过调整B图像采集装置 (即为相机)， 使得B图像采集装置(即为相机)的视场250能够清晰地获得B平台的标定板圆 靶标的图像， 并尽可能使得视场250布满标定板的圆靶标。 0039 步骤S6： 设定一个固定坐标系， 然。

22、后以标定板图像中其中一个圆靶标为基准点， 以 基准点的初始位置261为坐标系原点， 建立虚拟坐标系b， 然后计算虚拟坐标系b原点在 固定坐标系下的坐标值以及计算出虚拟坐标系b原点在固定坐标系下的夹角值， 进而确 定b坐标系的坐标值与固定坐标系的变换关系。 0040 见图6， 设定一个固定坐标系， 然后以标定板图像中其中一个圆靶标为基准点， 以 基准点的初始位置261为坐标系原点， 建立虚拟坐标系b， 然后计算虚拟坐标系b原点在 固定坐标系下的坐标值。 0041 步骤S7： 在B平台上建立一个B平台坐标系， B平台沿Y轴移动固定距离， 获取此时基 准点在b坐标系下的坐标值的以及B平台相对于固定坐。

23、标系下的坐标值。 0042 见图7， 首先， 获取基准点的初始位置261在固定坐标系下坐标值， 然后变换为在 b坐标系下的坐标值， 记为(Xb1， Yb1)， 将A平台在固定坐标系下的坐标值， 记为(XB1， YB1 B1)(0， 0， 0)， 之后， 控制B平台沿Y轴方向移动固定距离YB12， 获取基准点的第二位置 262在固定坐标系下坐标值， 变换为在b坐标系下坐标值， 记为(Xb2， Yb2)， 此时， B平台在 固定坐标系下的坐标值记为(XB2， YB2， B2)(0， YB12， 0)。 0043 步骤S8： 根据基准点在b坐标下的坐标值和B平台在固定坐标下的坐标值， 计算 出a坐标。

24、系与B平台坐标系变换关系， 完成B平台的标定。 0044 基准点在初始位置261、 262两位置在a坐标下坐标偏差值为(Xb12， Yb12)， 其中， Xb12Xb2-Xb1， Yb12Yb2-Yb1。 基准点261、 262两位置时A平台坐标系在固定坐 标下坐标偏差为(XB12， YB12)， 其中， XB12XB2-XB10， YB12YB2-YB1。 从而计 算出b坐标系原点相对于B平台坐标系夹角关系 Bb； B平台坐标系原点与b坐标系原 点重合而且坐标系夹角为 Bb， 进而可确立B平台坐标系到b坐标系的变换关系， 完成B 平台标定。 以上计算方法为本领域技术人员常用计算方法， 不作详。

25、述。 0045 尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 对于本领域的普通技术人员而言， 可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、 修改、 替换 和变型， 本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。 说明书 4/4 页 6 CN 111260734 A 6 图1 图2 说明书附图 1/5 页 7 CN 111260734 A 7 图3 图4 说明书附图 2/5 页 8 CN 111260734 A 8 图5 图6 说明书附图 3/5 页 9 CN 111260734 A 9 图7 说明书附图 4/5 页 10 CN 111260734 A 10 图8 说明书附图 5/5 页 11 CN 111260734 A 11 。